Aplicación del concepto de energía específica y cantidad de movimiento

LAB HIDRAULICA I Ambar García 1057440 / 13-0345

1

Apliain %el !nep+! %e energía espeí'ia  an+i%a% %e )!4i)ien+! 8r"ctca %o. 9 Ambar García 013-0345 / 1057440 Laboratoro !$ H!r"#lca I> s$cc'% 7 ?$cha !$ r$al
#. $n%a" Ca!a #%a !$ las $l$,aco%$s (#$ s$ &orma% $% la s#)$r&c$ !$ #% lí(#!o. lí(#!o.4

I. R ESUMEN ESUMEN El salto h!r"#lco $s #% &$%'m$%o (#$ s$ )r$s$%ta $% los ca%al$s c#a%!o s$ )ro!#c$ c#a%!o #% &l#*o !$ a+#a (#$ ,a*a a r+m$% s#)$rcrítco choca co% otro &l#*o !$ a+#a (#$ ,a*a a r+m$% s#bcrítco. st$ &l#!o $s &r$%a!o br#scam$%t$ $ %cr$m$%ta la alt#ra !$ s# %,$l co%,rt$%!o )art$ !$ la $%$r+ía c% c%t tca ca %c %ca all !$l !$l &l#* &l#*oo $% $%$r+ $%$r+ía ía )ot$% )ot$%c cal al s#&r s#&r$% $%!o !o #%a %$, %$,t tabl abl$$ )r! )r!!a !a !$ $%$r+ $%$r+ía ía $% &orma !$ calor. E% $l !s$o !$ co%!#ctos ab$rtos $s m)orta%t$ !$&%r la $%$r+ía $s)$cí&ca (#$ )r$s$%ta $l &l#*o $% #%a !$t$rm%a!a s$cc'% 2a (#$ $sto %os )$rmt$ !$&%r la ca)ac!a! )ara !$sarrollar #% traba*o así msmo la !$t$rm%ac'% !$l tra%t$ crítco t$%$ #%a a)l a)lca cac c'% '% !r$c !r$cta ta $% la !$& !$&% %c c'% '% !$l t)o t)o !$ r+m$% (#$ )r$s$%ta #% !$t$rm%a!o $sc#rrm$%to.

II.PALABRAS CLAVES D$sa)ar$c$r 1. Disipar +ra!#alm$%t$ !$s,a%$c$r .1

$s)arcr

Dm$%s %s'% '% !$ los los c#$r)o c#$r)oss &. Pr!'un 'un%i%a% Dm$ )$r)$%!c#lar$s a #%a s#)$r&c$ )la%a. )la%a .5

(. Pris)a 8ol$!ro &orma!o )or !os )olí+o%os )la%os $ +#al$s llama!os bas$s 2 )o )orr ta%to ta%toss )aral )aral$l $lo+ o+ram ramos os como como la!os la!os t$%+a ca!a bas$. bas$.9 *. Resal+! 8art$ (#$ sobr$sal$ !$ la s#)$r&c$ !$ #%a cosa.7 ,. Sal+! :o,m$%to (#$ co%sst$ $% $l$,ars$ !$l s#$lo # otra s#)$r&c$ co% m)#lso )ara ca$r $% $l msmo l#+ar o $% otro.; -. iran+e" 8$
Ca)ac c!a !a!! !$ los los c#$r c#$r)o )oss )ara )ara 4 Onda %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 2. Energía Ca)a  !$s!$ htt)//.or!r$&$r$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%c %c$.com/!$&%co%/o%!a o%/o%!a )ro!#cr #% traba*o. Acc c'% '% 2 r$s# r$s#llta!o a!o !$ &l# &l#rr los 3. Flu!" Ac lí(#!os 2 los +as$s. +as$s.3 1 Disipar %.!.6 %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%co%/!s &%co%/!s)ar )ar  Energía %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%c $.com/!$&%co%/$%$r+a o%/$%$r+a 3 Flujo %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%co%/&l#*o &%co%/&l#*o

5 Profundidad Profundidad %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2 htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2.com/)ro& .com/)ro&#%!!a! #%!!a! 9 Prisma %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2 htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2.com/)ro& .com/)ro&#%!!a! #%!!a! 7 Resalto %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2.com/r$salto ; Salto %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2.com/salto = Tirante %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%c %c$.com/!$&%co%/tra%t$ o%/tra%t$ 10 Turbulencia %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l ao 015 !$s!$ htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2 htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2.com/t#r .com/t#rb#l$%ca b#l$%ca


INR$DUCCI5N Los saltos h!r"#lcos oc#rr$% c#a%!o ha2 #% co%&lcto $%tr$ los co%trol$s (#$ s$ $%c#$%tra% a+#as arrba 2 a+#as aba*o los c#al$s %&l#2$% $% la msma $@t$%s'% !$l ca%al. Est$ )#$!$ )ro!#crs$ $% c#al(#$r ca%al )$ro $% la )r"ctca los r$saltos s$ obl+a% a &ormars$ $% ca%al$s !$ &o%!o hor


IV.F5RMULAS DE RABA6$ V. 1. Vel!i%a%" 

Q b∗Y

El salto h!r"#lco )#$!$ t$%$r l#+ar 2a s$a sobr$ la s#)$r&c$ lbr$ !$ #% &l#*o homo+%$o o $% #%a %t$r&as$ !$ !$%s!a! !$ #% &l#*o $strat&ca!o 2 $% c#al(#$ra !$ $stos casos $l salto h!r"#lco ,a acom)aa!o )or #%a t#rb#l$%ca m)orta%t$ 2 #%a Do%!$ !s)ac'% !$ $%$r+ía.  $loc!a! b Bas$ C#a%!o $% #% ca%al co% &l#*o s#)$rcrítco s$ coloca  ra%t$ #% obst"c#lo (#$ obl+#$ a !sm%#r la ,$loc!a! F Ca#!al !$l a+#a hasta #% ,alor %&$ror a la ,$loc!a! crítca s$ +$%$ra #%a o%!a $staco%ara !$ alt#ra 2. Cau%al uni+ari!" %&%ta a la (#$ s$ !$%om%a r$salto h!r"#lco la Q ,$loc!a! !$l a+#a s$ r$!#c$ !$ #% ,alor 1  C a (   C la )ro&#%!!a! !$l &l#*o a#m$%ta !$ #% b ,alor ba*o 1 !$%om%a!o %cal a #% ,alor  alto !$%om%a!o s$c#$%t$.

III. $B6EIV$S G$%$ral$s

 Co%&rmar la t$oría (#$ !$scrb$ $l &l#*o )or !$ba*o !$ #%a com)#$rta !$sl
 Estmar la &#$r
Do%!$ F ca#!al b a%cho !$l ca%al

3. Energía espei'ia" 2

 Estmar las )r!!as (#$ oc#rr$% $% la com)#$rta.  Estmar la $&c$%ca !$l &l#*o.

Es = y x +

q 2

∗

2

Do%!$ y x  ra%t$ !$ la s$cc'% (#$ s$r" $,al#a!a + +ra,$!a! ( ca#!al #%taro

#. Per%i%a %e energía" E E − E


Do%!$ E  E%$r+ía !$s)#s !$l salto. E  E%$r+ía a%t$s !$l salto. 3

3

( 0.0006 m / s )

2

3

E1=0.2 +

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.2 ) 2

2

=0.2001 m

2

&. Al+ura pr!)e%i!" H r  y 3− y 1

Do%!$1 y  ra%t$ !$s)#s !$l salto y  ra%t$ a%t$s !$l salto 3

( 0.0006 m / s ) 3

E 2=0.009 +

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.009 ) 2

2

E3/E

( 0.0006 m / s ) 3

E3= 0.043+

(. E'iienia"

2

2

= 0.04822 m

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.043 2

2

)

= 0.0447 m

∆ E =0.0447 −0.2001=0.155 m H r= 0.043−0.009 =0.034 m

E 3 0.0447 m = =0.9274 m E 2 0.04822 m

− Co% 10.11m> 0.01m>

30.05m

Q=

0.005 m 5s

3 3

= 0.00098 m / s 2

( 0.00098 m / s ) 3

E1=0.112 +

VI.DA$S Lo%+t#! !$l ca%al  5m bas$  0.079m ol#m$%0.005m3

E 2=0.012 +

− Co% 10.m> 0.00=m> 30.043m

8s

( 0.00098 m / s )

3 3

= 0.0006 m / s

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.012 ) ( 0.00098 m / s )

2

=0.07085 m

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.05 )

∆ E = 0.0534 −0.1127 =0.059 m H r= 0.05−0.012 =0.038 m E 3 0.0534 m = =0.75354 m E 2 0.07085 m

=0.1127 m

2

2

3

VII. PRESENACI5N DE C7LCUL$S

Q=

2

3

E3= 0.05+

0.005 m

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.112 )

2

2

= 0.0534 m


− Co% 10.145m> 0.013m> 30.057m Q=

0.005 m

3 3

= 0.00114 m / s

4s

( 0.00114 m / s ) 3

E1=0.145 +

2

3

E 2=0.013 +

E3= 0.057 +

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.013 ) ( 0.00114 m / s )

=0.1

2

= 0.0

3.6 s

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.057 ) 2

2

=0.0

( 0.00128 m / s )

3 3

= 0.00139 m / s

( 0.00139 m / s )

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.154 ) 2

( 0.00139 m / s )

2

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.015 ) 2

( 0.00139 m / s )

=0.1

2

= 0.0

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.074 ) 2

2

=0.0

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.121 ) 2

( 0.00128 m / s ) 3

E 3= 0.058+

3

E3= 0.074 +

3

= 0.00128 m / s 2

2

( 0.00128 m / s )

2

=0.08776 m

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.058 )

∆ E =0.0623− 0.122=0.06 m H r= 0.058−0.014 =0.044 m E 3 0.0623 m = =0.70984 E 2 0.08776 m

=0.122 m

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.014 ) 3

3

E2=0.015 +

E 1=0.121 +

E2=0.014 +

3

E1=0.154 +

3.9 s

3

3

− Co% 10.154m> 0.015m> 30.074m Q=

Q=

0.005 m

2

∆ E =0.0605− 0.1455=0.085 m H r= 0.057− 0.013=0.044 m E 3 0.0605 m = =0.7486 m E 2 0.08086 m

0.005 m

− Co% 10.11m> 0.014m> 30.05;m

2

2

3

∆ E =0.0771−0.1547 =0.078 m H r= 0.074− 0.015=0.059 m E 3 0.0771 m = =0.84951 m E 2 0.09077 m

2

( 2∗9.81 m 2 / s∗( 0.076 m ) ∗0.145 ) ( 0.00114 m / s )

4

2

2

= 0.0623 m


5

VIII. R ESULAD$S Q (m3/s)

Yc (m)

y1 (m)

y2 (m)

y3 (m)

E1 (m)

E2 (m)

E3 (m)

E (m)

Hr (m)

E3/E2

0.000 6 0.000 98 0.001 14 0.001 39 0.001 28

0.028

0.2

0.009

0.043

0.012

0.05

0.059

0.038

0.041

0.145

0.013

0.057

0.085

0.044

0.045

0.154

0.015

0.074

0.078

0.059

0.043

0.121

0.014

0.058

0.044 7 0.053 4 0.060 5 0.077 1 0.062 3

0.034

0.112

0.0482 2 0.0708 5 0.0808 6 0.0907 7 0.0877 6

0.155

0.033

0.200 1 0.112 7 0.145 5 0.154 7 0.122

0.06

0.044

0.927 4 0.753 54 0.748 6 0.849 51 0.709 84

I8.DISCUSI5N DE R ESULAD$S Como $s %otoro los r$s#lta!os arro*a!os )or los c"lc#los !a% la $,!$%t$ )r$s$%ca !$ #% r$salto 2a (#$ la $%$r+ía sobr$)asa la alt#ra $s)$ra!a @.

8. AN7LISIS DE L$S RESULAD$S 1. Calule V1  p!s+eri!r)en+e 9aga un gra'i! V1:g1 4s 3:1. V1: 0.039473 68 0.115131 58 0.103448 28 0.118762 82 0.139190 95

v1/g*y1 0.020119 11 0.104787 01 0.072725 42 0.078612 35 0.117261 82

y3/y1 0.215 0.446428 57 0.393103 45 0.480519 48 0.479338 84

2. Calule ;E  p!s+eri!r)en+e 9aga un gra'i! ;E:1 4s 3:1. E/y1 y3/y1 0.77680 677 0.215 0.52933 0.44642 668 857 0.58631 0.39310 568 345 0.50393 0.48051 151 948 0.49330 0.47933 373 884

DE/y1 vs y3/y1

V1/g*y1 vs y3/y1

3. Veri'i
yc 0.028 0.033

y3 0.043 0.05

LAB HIDRAULICA I Ambar García 1057440 / 13-0345 0.145 0.154 0.121

0.041 0.045 0.043

0.057 0.074 0.058

o c#m)l$ co% la )r$msa.

#. En +ia la per%i%a %e energía a ausa %e un resal+! 9i%r>uli! es 0ene'ii!s! para la s!ie%a% en general. E% los casos !o%!$ $s %$c$saro #% co%trol o #%a r$!#cc'% !$ la car+a (#$ tra%s)orta #% &l#*o !$t$rm%a!o co% $l ob*$t,o !$ $,tar (#$ s$a !a%o )ara las com#%!a!$s c$rca%as a la
3

Q=3.10 m / s b =0.45 m y 2=1.06 m A 2= y 2∗b= 0.45∗1.06 A 2=0.477 m 3

Q 3.10 m / s V 2= = A 0.477 m V 2=6.50 m / s Nr2 =V 2 / √ g∗ y 2=6.50 /√ 9.81∗1.06 Nr2 =2.016 y 2 1 = ( √ 1 + 8 F 22−1) y 1 2 2∗ y 2 = y 1 2 √ 1 +8 F 2 −1 y 1=

&. Deir el +ip! %e resal+! !0ser4a%!? la l!ngi+u% %el )is)!  su al+ura. NF 0.00 56 0.01 64 0.01 48 0.01 7 0.01 99

Hr 0.0 34 0.0 38 0.0 44 0.0 59 0.0 44

9

∗( 1.06 )

2

(√ 1 +8 ( 2.016 ) −1 ) 2

=0.442 m

$loc!a! A =( 0.45 )∗( 0.442 )= 0.1992 Q 3.10 m / s V = = =15.562 m/ s 1

3

1

A 0.1992 m2 Nr1 =V 1 / √ g∗ y 1=15.562 / √ 9.81∗(0.1992)= 11.1323

o ha2 r$salto 2a (#$ %o camba !$ #% &l#*o s#)$rcrítco a #% s#bcrítco.

#$stros r$saltos oscla% $%tr$ r$saltos o%!#la%t$s a oscla%t$s.

8I.E6ERCICI$ DISE@$ U% ca%al r$cta%+#lar !$ 0.45 m !$ a%cho tra%s)orta #% ca#!al !$ 3.10m3/s. El tra%t$ (#$ s$ )r$s$%ta a+#as aba*o !$l salto h!r"#lco (#$ s$ )ro!#c$ $l ca%al $s !$ 1.09m. D$t$rm%ar a6 El tra%t$ a+#as arrba !$l salto. b6 )o !$ r$salto (#$ s$ )ro!#c$. Datos

8II. BI$RAFA illia) Fr!u%e El %+$%$ro %a,al %+ls Jllam ?ro#!$ %ac' $% Dart%+to% D$,o% I%+lat$rra6 hac$ !osc$%tos aos $l ; !$ %o,$mbr$ !$ 1;10. Est#!' $% K@&or! !o%!$ s$ +ra!#' $% :at$m"tcas $% 1;3. Com$%<' a traba*ar como to)'+ra&o )ara los &$rrocarrl$s !$l s#r$st$ !$ I%+lat$rra. E 1;37 &#$ $%car+a!o !$ la co%str#cc'% !$ #% tramo !$l &$rrocarrl !$ Brstol a E@$t$r> allí !$sarroll' #%


7

mto!o $m)írco )ara $l tra
8III. C$NCLUSI5N

Disipar %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%co%/!s)ar Energía %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%co%/$% $r+a Flujo %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%co%/&l#*o Onda %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

E% $l !$sarrollo !$ $sta )r"ctca s$ )#!o obs$r,ar 2 co%&rmar !$ ac#$r!o a los co%c$)tos a%t$s m$%co%a!o !$l salto h!r"#lco $s (#$ $st$ cambaba co%sta%t$m$%t$ ca!a ,$< (#$ alt$r"bamos $l &l#*o !$ a+#a (#$ l$ s#m%str"bamos al ca%al. 8#!mos co%&rmar (#$ )ara (#$ s$ )ro!#
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Resalto %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

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Prisma %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

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Salto %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

ao 015 !$s!$ htt)//$s.th$&r$$!cto%ar2.com/salto Tirante %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$ !$l

ao 015 !$s!$ htt)//.or!r$&$r$%c$.com/!$&%co%/tra%t$ Turbulencia %.!.6 R$c#)$ra!o $l 0 !$ !c$mbr$

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8IV. N.

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Aplicación del concepto de energía específica y cantidad de movimiento

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