UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO PILOTO DE HIDRÁULICA
TEMA: RESALTO HIDRÁULICO.
Integrantes:
José Daniel Alvarado Gino González Cedeño Nohelia Jurado Sánchez
Nombre del profesor:
Josué Rodríguez Macro: 2 Subgrupo: 7
2016
ÍNDICE ÍNDICE............................................................................................................................................ 2 GLOSARIO DE TÉRMINOS ..................................................................................................... 3 Resumen...................................................................................................................................... 5 Abstract ........................................................................................................................................ 5 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 6 FORMAS DE RESALTO HIDRÁULICO.............................................................................. 6 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL RESALTO ............................................................. 6 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 7 ESQUEMA TIPO ........................................................................................................................ 8 FORMULARIO: ........................................................................................................................... 9 CÁLCULO TIPO: ...................................................................................................................... 10 RESUMEN O CUADRO RESULTADOS .............................................................................. 13 CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 16 RECOMENDACIONES............................................................................................................ 16
2
GLOSARIO DE TÉRMINOS
b
Ancho del canal.
m
h
Altura de agua que se tomó del pitot que sobresale del gradiente hidráulico. Velocidad antes del resalto
m
V1 V2
Velocidad resalto
después
g
Gravedad (9,81).
del
m/s m/s m/s2 m2
A Área
Y1 Y2
m Calado conjugado menor, del agua antes del resalto. Calado conjugado mayor, del agua después del resalto.
m
Q1
Caudal de punto 1
m3/s
Q2
Caudal de punto 2
m3/s
Qprom
Caudal de Q1 Y Q2
m3/s
E1
Energía específica antes del resalto
m
E2
Energía específica después del resalto
m
L
Longitud del resalto
m
a
Abertura de la compuerta
m
3
𝑽𝟐 𝟐𝒈 q
Carga de velocidad después y antes del resalto Caudal unitario
𝑚3 /𝑠 𝑚
YC
Calado crítico
m
𝜟𝑯
Pérdida de energía
m
H3
Altura del resalto
m
4
m
RESUMEN El informe tiene como objetivo determinar la energía específica, las características y tipo de flujo del resalto hidráulico en una compuerta, para formar el resalto se lo regulaba con una segunda compuerta. Se tomaron 5 aberturas en las cuales se determinó los calados conjugados antes y después del resalto, su carga de velocidad respectiva y la longitud del resalto. ABSTRACT The report has as objective to determine the specific energy, the characteristics and type of flow of the hydraulic projection in a floodgate, to form the projection it regulated it to him with a second floodgate. They took 5 openings in which the soaked ones conjugated before was determined and after the projection, their load of respective speed and the longitude of the projection.
5
INTRODUCCIÓN El resalto hidráulico es el aumento brusco del agua que se presenta en un canal abierto, al entrar el flujo de agua a la zona del resalto se reduce la velocidad, esto hace que ocurra un incremento del tirante que virtualmente rompe el perfil del flujo, se produce un estado de turbulencia y pérdida de energía. Se los utiliza como disipador de energía, para incrementar la altura en los canales, reduce presiones, incrementa la descarga en los orificios, indica las condiciones de flujo y reduce el aire en los conductos para purificar el agua. FORMAS DE RESALTO HIDRÁULICO. Hay 5 formas de resalto hidráulico que pueden ocurrir, se clasifican de acuerdo a la disipación de la energía en función del parámetro de cineticidad. 𝑽𝟐
La cineticidad se expresa como 𝝀 = 𝒈𝒚 Superficie Ondulada 𝝀(𝟏, 𝟓 𝒂 𝟐, 𝟓). Se presentan ondas estacionarias donde solo existe diferencia entre 𝑌1 𝑦 𝑌2 .
una pequeña
Pre Salto 𝝀(𝟐, 𝟓 𝒂 𝟔). Aquí la superficie es perfectamente uniforme y la pérdida de energía es baja, no se requiere de dados si se ha previsto una longitud conveniente para la solera. Transición 𝝀(𝟔 𝒂 𝟐𝟎) Aquí tenemos una acción oscilante de chorro desde el fondo del cuerpo hasta la superficie, cada oscilación produce una gran onda de periodo irregular que puede desplazarse aguas abajo varios kilómetros y que se deteriora los orillas del cause y escolleras (no llevan dado) y no se recomienda diseñar. Bueno𝝀(𝟐𝟎 𝒂 𝟏𝟎𝟎) En este caso el resalto esta equilibrado y su acción es la deseada siendo la disipación de la energía entre el (40% - 70%) se usan dados y la solera dentada para reducir la longitud del resalto. Mejorado (𝝀 > 𝟏𝟎𝟎) La disipación de energía es mayor al 85%, debe estar recubierto de hormigón para evitar la erosión y la cavitación. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL RESALTO Pérdida de energía.El resalto hidráulico la pérdida de energía es igual a la diferencia de las energías especificas antes y después del resalto. 6
Δ𝐻 =
2
( 𝑌2 −𝑌1 ) 4𝑌1 𝑌2
Δ𝐻= Pérdida de energía Y2 =Profundidad del agua después del resalto Y1 = Profundidad del agua antes del resalto Eficiencia.Es la relación entre la energía específica antes y después del resalto, es una función adimensional y depende solo del número de froude del flujo de aproximación. 3
(8𝐹12 + 1)2 − 4𝐹12 + 1 𝐸2 = 𝐸1 8𝐹12 (2 + 𝐹12 )
𝑉
F1 = 𝑔𝑦1
1
Donde: F1 : numero de froude V1 : velocidad de agua en la sección. g : constante de gravedad.
Altura del resalto.Es la diferencia entre las profundidades antes y después del resalto. H3 = Y2 – Y1 Longitud.Es la distancia en la cual se forma el resalto hidráulico, desde el calado menor al calado mayor. OBJETIVOS
Determinar la energía específica. Determinar las características del resalto hidráulico. Determinar el Tipo de Flujo.
7
ESQUEMA TIPO
FORMULARIO:
ECUACIONES
DESCRIPCIÓN
UNIDADES
𝐴=𝑏∗𝑌
ÁREA MOJADA
m2
𝑉 = √ℎ ∗ 2𝑔
VELOCIDAD
m/s
𝑄1 = 𝐴 ∗ 𝑉
ECUACIÓN DE CONTINUIDAD,
𝑄2 = 𝐴 ∗ 𝑉 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝐴 ∗ 𝑉
𝑞=
𝑄𝑝𝑟𝑜𝑚
𝑏 3
𝑌𝑐 = √(
𝑞2 ) 𝑔
m3/s m3/s
Caudal promedio de𝑸𝟏 𝒚 𝑸𝟐
m3/s
CAUDAL UNITARIO
𝑚3 /𝑠 𝑚
CALADO CRÍTICO
m m
Δ𝐻 =
2
( 𝑌2 −𝑌1 ) 4𝑌1 𝑌2
PÉRDIDA DE ENERGÍA
𝑉2 𝐻1 = 𝑌1 + 2𝑔
ALTURA EN EL PUNTO 1
m
𝑉2 𝐻2 = 𝑌2 + 2𝑔
ALTURA EN EL PUNTO 2
m
𝑉2 𝐸1 = 𝑌2 + 2𝑔
ENERGÍA ESPECÍFICA EN EL PUNTO 1 ENERGÍA ESPECÍFICA EN EL PUNTO 1 NÚMERO DE FROUDE EN EL PUNTO 1
m
𝑉2 𝐸2 = 𝑌2 + + Δ𝐻 2𝑔 𝐹𝑟1 =
𝑉 √𝑔𝑦
m
Adimensional
𝐹𝑟2 =
𝑉 √𝑔𝑦
H3 = Y2 – Y1
NÚMERO DE FROUDE EN EL PUNTO 2
Adimensional
ALTURA DEL RESALTO
m
EFICIENCIA
Adimensional
3
(8𝐹12 + 1)2 − 4𝐹12 + 1 𝐸2 = 𝐸1 8𝐹12 (2 + 𝐹12 )
CÁLCULO TIPO: 1. CÁLCULO DE ÁREAS.CÁLCULO DE ÁREA A1 A1 = b ∗ Y1
CÁLCULO DE ÁREA A2 A 2 = b ∗ Y2
A1 = 0.3m ∗ 0.033m
A2 = 0.3m ∗ 0.179m
A1 = 0.0099m2
A2 = 0.0537m2
2. SE OBTUVO EL VALOR DE LA CARGA DE VELOCIDAD CON EL PITOT
Punto
𝒀𝟏 :
Punto
𝒀𝟐 :
𝑽𝟐 𝟐𝒈
𝑽𝟐 𝟐𝒈
= 𝟎. 𝟑𝟏𝟔𝟓 m
= 𝟎. 𝟎𝟏𝟐𝟓 m
3. OBTENIENDO LA CARGA DE VELOCIDAD SE ENCUENTRA EL VALOR DE VELOCIDAD. CÁLCULO DE VELOCIDAD V1 𝑉2
=ℎ 2𝑔
Entonces
CÁLCULO DE VELOCIDAD V2
𝑉2
𝑉2
=0.3165 m 2𝑔
=ℎ 2𝑔
Entonces
𝑉2 2𝑔
0.0125 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 ∶ 𝑉 = √ℎ ∗ 2𝑔
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 ∶ 𝑉 = √ℎ ∗ 2𝑔
𝑉 = √0.3165 ∗ 2(9.81) 𝑉 = 2.4919 m / s
𝑉 = √0.0125 ∗ 2(9.81) 𝑉 = 0.4952 m / s 10
=
4. SE CALCULÓ DE CAUDAL PROMEDIO CÁLCULO DE CAUDAL Q1
CÁLCULO DE CAUDAL Q2
𝑄1 = A ∗ V
𝑄2 = A ∗ V
𝑄1 = 0.0099𝑚2 ∗ 2.4919 𝑄1 = 0.02466
𝑚3
𝑚
𝑄2 = 0.0537𝑚2
𝑠
𝑄2 = 0.02659
𝑠
Promedio del caudal 0.02466 + 0.02659 𝑚3 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑚 = = 0.02526 2 𝑠 5. SE CALCULÓ DE CAUDAL UNITARIO
𝑞=
𝑄𝑝𝑟𝑜𝑚 𝑏
q=
0.02526 0.3
q = 0.0842 6.
∗ 0.4952
𝑚3 /𝑠 𝑚
SE CALCULÓ EL CALADO CRÍTICO
𝑞2 𝑌𝐶 = √ 𝑔 3
3
0.0842 2
𝑌𝐶 = √
9.81
11
= 0.090 𝑚
𝑚3 𝑠
𝑚 𝑠
7. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE ENERGÍA
( 𝑦2 − 𝑦1) Δ𝐻 = 4𝑌1 𝑌2
2
2
( 0.179 − 0.033) Δ𝐻 = 4 ∗ 0.033 ∗ 0.179 Δ𝐻 = 0.1317 𝑚 8. SE CALCULÓ DE LAS ALTURAS. CÁLCULO DE LA ALTURA H1
CÁLCULO DE LA ALTURA H2
𝑉2
𝑉2
𝐻1 = 𝑌1 + 2𝑔
𝐻2 = 𝑌2 + 2𝑔
𝐻1 = 0.033 + 0.3165
𝐻2 = 0.179 + 0.0125
𝐻1 = 0.3495 m
𝐻1 = 0.1915 m
9. SE CALCULÓ DE LA ENERGÍA ESPECÍFICA Punto 𝑌1
Punto 𝑌2
𝑉2
𝑉2
𝐸1 = 𝑌1 + 2𝑔
𝐸2 = 𝑌2 + 2𝑔 + Δ𝐻
𝐸1 = 0.033 + 0.3165
𝐸2 = 0.179 + 0.0125 + 0.1317
𝐸1 = 0.3495 m
𝐸2 = 0.32321 m
10. SE CALCULÓ DEL NÚMERO DE FROUDE CÁLCULO DE 𝐹𝑟1 CÁLCULO DE LA ALTURA 𝐹𝑟2 𝐹𝑟1 =
𝐹𝑟1 =
𝑉1
𝐹𝑟2 =
√𝑔𝑌1 2.4919
𝐹𝑟2 =
√𝑔(0.033) 𝐹𝑟1 = 4.3796
𝑉2 √𝑔𝑌2
0.4952
√𝑔(0.179) 𝐹𝑟2 =0.3736
11. DEFINIR EL TIPO DE FLUJO 𝐹𝑟1 > 1 = SUPERCRÍTICO
Fr2 < 1 = 𝑆𝑈𝐵𝐶𝑅Í𝑇𝐼𝐶𝑂
12
12. ALTURA DEL RESALTO.
H3 = Y2 – Y1 H3 = 0.033-0.179 H3 =0.146 m 13. EFICIENCIA 3
(8𝐹12 + 1)2 − 4𝐹12 + 1 𝐸2 = 𝐸1 8𝐹12 (2 + 𝐹12 ) 3
((8 ∗ 4.372 ) + 1)2 − 4(4.372 ) + 1 𝐸2 = 𝐸1 8 ∗ 4.372 (2 + 4.372 ) 𝐸2 = 0.56 𝐸1 14. SE PROCEDIÓ A REALIZAR EL MISMO CÁLCULO EN LAS 4 ABERTURAS.
RESUMEN O CUADRO RESULTADOS
a (m)
0,0474 0,0559 0,059 0,0748 0,0845
L (m)
1,2 1,04 0,93 0,675 0,59
Y1 (m)
0,033 0,0354 0,0409 0,0479 0,0591
Y2 (m)
0,179 0,3165 0,1735 0,2883 0,159 0,20955 0,145 0,15205 0,127 0,1105
13
b (m)
0,0125 0,0212 0,0205 0,0245 0,028
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
0,0099 0,01062 0,01227 0,01437 0,01773
0,0537 0,05205 0,0477 0,0435 0,0381
V1 (m)
V2 (m)
Q1 (m)
2,491933 2,3783284 2,0276516 1,7272003 1,4724164
0,4952272 0,6449372 0,6342003 0,6933181 0,7411882
0,0246701 0,0252578 0,0248793 0,0248199 0,0261059
Q2 (m) Qprom (m)
0,0265937 0,033569 0,0302514 0,0301593 0,0282393
0,0256319 0,0294134 0,0275653 0,0274896 0,0271726
0,0854397 0,0980447 0,0918844 0,091632 0,0905754
Yc (m)
∆H (m)
H1(m)
H2 (m)
E1 (m)
E2 (m)
0,0906185 0,0993253 0,0951199 0,0949457 0,0942143
0,1317139 0,1072058 0,0633241 0,0329529 0,010427
0,3495 0,3237 0,25045 0,19995 0,1696
0,1915 0,1947 0,1795 0,1695 0,155
0,3495 0,3237 0,25045 0,19995 0,1696
0,3232139 0,3019058 0,2428241 0,2024529 0,165427
Fr1
Fr 2
4,3797053 4,0358562 3,2010848 2,5196514 1,9337592
0,3737175 0,4943485 0,5078008 0,5813184 0,6640368
FLUJO 1
FLUJO 2 ALTURA DEL RESALTO (H) EFICIENCIA
SUPERCRITICO SUBCRITICO SUPERCRITICO SUBCRITICO SUPERCRITICO SUBCRITICO SUPERCRITICO SUBCRITICO SUPERCRITICO SUBCRITICO
0,146 0,1381 0,1181 0,0971 0,0679
0,56 0,6 0,71 0,82 0,91
CONCLUSIÓN Al terminar este laboratorio observamos que el tipo del flujo en nuestro calado conjugado menor es supercrítico y cambió a subcrítico en el calado mayor, una característica que se produce en resalto hidráulico. La energía específica antes del resalto es menor que la energía que va después del resalto y esto origina pérdida de energía ocasionada por este fenómeno.
RECOMENDACIONES Para el siguiente laboratorio debemos tener en cuenta:
Leer la información dada para realizar el laboratorio.
Tener paciencia y concentración al hacer las mediciones para poder terminar la práctica de manera rápida y con datos correctos.
Todos debemos verificar que la persona que tome los datos los realice de manera correcta.
