EL RESALTO HIDRÁULICO AHOGADO

RESALTO HIDRÁULICO AHOGADO 1)INTRODUCCIÓN.El salto hidráulico es un fenómeno local, caracterizado por un ascenso brusco del nivel de agua. Generalmente. la pérdida de energía es importante y en este fenómeno se observa un fuerte turbulencia, acompañada de la formación de espuma por el aireamiento del flujo, ruido, y acción dinámica sobre las paredes y el fondo del canal. En la figura 1 se muestran algunos casos de salto hidráulico.

Este fenómeno puede provocarse en las conducciones libres con el fin de utilizar sus características. A continuación se presentan algunos ejemplos: a) Para disipar la energía al pie de rápidas y vertedores. De esa manera se evita o reduce peligro de erosión en el canal aguas abajo. b) Para elevar el nivel del agua en canales de medición y en canales de regadío, en los cuales se requieren niveles altos. c) Para mezclar productos químicos con el agua (floculantes, cloro, etc.) con el fin de tratar el agua en las plantas purificadoras, y esta forma evitar el uso de mezcladores mecánicos. d) Con el fin de mezclar el fertilizante con el agua de regadío. e) Para airear el agua y mejorar sus condiciones biológicas. En esta práctica en especial, se utilizarán además del método de Área Velocidad, otros métodos como ser el del vertedero y el medidor electromagnético, para medir el caudal del canal de Rehbock, dicho flujo estará sometido mediante una barrera de contención que lo obligará a realizar un resalto hidráulico, ahora conociendo este caudal aforado, se podrá medir el resalto, y hallar su tirante inicial y su tirante crítico.

2)OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL.•

Determinación de los tirantes inicial, crítico y conjugado de un flujo que realiza un resalto hidráulico ahogado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.•

Estudiar la distribución de velocidades que se produce en la sección transversal del canal.

•

Manejar el molinete hidráulico a la perfección.

•

Determinar los caudales de una sección utilizando diferentes métodos.

3)DEFINICIONES: 1. Tirante crítico.- Altura a la cual el flujo sería crítico. 2. Sección.- Corte transversal aplicado a un cuerpo, en este caso a un canal de Rehbok, se entiende por sección al área que tiene la superficie de dicho corte trasversal. 3. Flujo subcrítico.-Se da cuando el tirante de agua, está por encima del tirante crítico. 4. Flujo crítico.- Se da cuando el tirante de agua está por debajo del tirante crítico. 5. Gasto o Caudal.- Volumen que pasa por una determinada sección en un determinado tiempo. 6. Tirante de agua.- Altura que alcanza el agua desde el fondo del canal. 7. Energía especifica.- es la relación entre la energía mínima y el tirante critico. 8. Aforara.-medir el caudal en una determinada sección de agua. 9. Flujo súper-critico.- Se da cuando el tirante de agua, está por debajo del tirante critico.

4)FUNDAMENTO TEORICO.El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad. Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico. Consideremos el siguiente esquema:

- Resalto hidráulico En la sección 1, actúan las fuerzas hidrostática F1h y dinámica F1d; en forma similar pero en sentido contrario en la sección 2, F2h y F2d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas da como resultado F1 y F2 respectivamente. En el estado de equilibrio, ambas fuerzas tienen la misma magnitud pero dirección contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es mayor a F2d). Debido a la posición de las fuerzas resultantes, ambas están espaciadas una distancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentido contrario. En razón a la condición de líquido, las partículas que la componen adquirirán la tendencia de fluir en la dirección de las fuerzas predominantes, presentándose la mezcla del agua con líneas de flujo superficiales moviéndose en sentido contrario a la dirección de flujo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre las masas de líquido y el inevitable choque entre partículas, provocan la generación de un medio líquido de gran turbulencia que da lugar a la absorción de aire de la atmósfera, dando como resultado un medio mezcla agua-aire. Para un metro de ancho de un canal, se considera el escurrimiento de una masa de fluido por unidad de tiempo.

(5.1) El impulso total se expresará

(5.2) El que deberá estar en equilibrio con la fuerza resultante:

(5.3) El impulso se expresa ahora

(5.4) Considerando la ecuación de continuidad (5.5) y eliminado q y v2 se obtiene:

(5.6)

(5.7)

(5.8) Resultando el tirante conjugado (aguas abajo del resalto):

(5.9)

(5.10) Con ayuda de la expresión del número de Froude (número adimencional que expresa la relación entre las fuerzas de inercia y de gravedad): Se llega a la expresión adimensional de tirantes conjugados:

(5.11) El tirante antes y después del resalto hidráulico resulta función del Número de Froude. Las características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los límites permitidos por los materiales que componen el perímetro mojado. El lugar geométrico en el que se presenta el resalto se denomina colchón hidráulico. Diferentes investigadores han profundizado en el tema de la disipación de la energía a través de un resalto hidráulico; algunos han puesto atención a la relación entre los tirantes y condiciones de flujo antes y después del resalto, los menos han abordado los mecanismos internos que gobiernan un resalto hidráulico. Se han investigado diferentes formas de colchones hidráulicos con el objeto de lograr una mejor disipación de energía en una menor longitud. Tipos de resalto hidráulico canales horizontales, cuya base de clasificación es el número de Froude, a saber: Fr1 = 1 Flujo crítico, por lo que no se forma ningún resalto. Fr1 = 1 a 7 La superficie de agua presenta la tendencia a la formación de ondulaciones. Resalto hidráulico ondular. Fr1 = 1.7 a 2.5 El ondulamiento de la superficie en el tramo de mezcla es mayor y aguas abajo las perturbaciones superficiales son menores. Resalto hidráulico débil.

Fr1 = 4.5 1 9.0 Se trata de un resalto plenamente formado, con mayor estabilidad y el rendimiento es mejor, pudiendo variar entre 45 % a 70 % (13). Resalto hidraúlico permanente. Fr1 > 9

Resalto con grán disipación de energía (hasta 80 %), gran ondulación de la superficie con tendencia de traslado de la zona de régimen supercrítico hacia aguas abajo. En la práctica se recomienda mantener el resalto hidraúlico en la condición de resalto oscilante, por cuanto se trata de un resalto bién formado y accesible en las condiciones de flujo reales, si bien la disipación que se logra no alcanza los mejores niveles. En los casos de resaltos permanente y fuerte, las condiciones hidraúlicas aguas abajo son muy exigentes y díficiles de cumplir en la práctica. Para el diseño de colchones hidráulicos se consideran los siguientes aspectos.

Pérdida de energía.Se define como la diferencia de energías específicas antes y después del resalto.

Eficiencia.Se define la eficiencia de un resalto hidráulico como la relación de energía específica después y antes del resalto:

(5.13) Por lo que se puede advertir, la eficiencia de un resalto hidraúlico depende únicamente del número de Froude antes del mismo.

Longitud del resalto hidráulico.Un parámetro importante en el diseño de obras hidráulicas es la longitud del resalto, que definirá la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de protección de la superficie para incrementar su resistencia a las tensiones de corte. Los resultados de pruebas experimentales realizadas por el Bureau of Reclamation, dan los siguientes resultados:

Perfil de la superficie del resalto.Este dato tiene utilidad para el diseño de las paredes laterales de la obra, tanto en lo que se refiere a su altura como a su estabilidad. Bakhmeteff y Matzke, encontraron que el perfil de la superficie de un resalto hidráulico, se puede representar por curvas adimensionales en función de Fr1, como se muestra en el siguiente gráfico:

Localización del resalto hidráulico La ubicación del resalto hidráulico depende de las condiciones de flujo tanto aguas arriba como aguas abajo. Para la explicación de este aspecto, consideremos el caso del flujo a través de un conducto inferior, a manera de un desfogue de fondo. Aguas abajo, el nivel de agua es influenciado por algún elemento de control, como por ejemplo una estructura transversal.

Esquema de un resalto hidráulico en un sistema formado por una compuerta y una estructura de caída

Por un lado, el tirante alcanza su mínimo valor inmediatamente después de la compuerta, este se incrementa gradualmente en régimen supercrítico en dirección aguas abajo. Por otro lado el tirante aguas abajo se desarrolla a través de una curva de depresión incrementándose hacia aguas arriba en régimen subcrítico. En alguna sección A, el chorro que se desplaza desde la compuerta, tiene un tirante h1A y requiere, para la formación del resalto, un tirante conjugado h2A, sin embargo el tirante real en esa sección es menor al requerido. Bajo estas condiciones el chorro líquido continúa su movimiento hacia aguas abajo, incrementando el tirante y por lo tanto reduciendo su energía cinética. En una sección G el tirante conjugado requerido h2A alcanzará una magnitud equivalente al tirante existente, presentandosé las condiciones para la formación de un resalto hidráulico.

Diseño de un colchón hidráulico Un colchón hidráulico se hace necesario cuando no es posible lograr la disipación de energía deseada de manera natural, es decir cuando el tirante conjugado necesario es mayor al tirante existente aguas abajo. En esos casos se considera la alternativa de forzar a la disipación a través de un cuenco artificial, obligando el desarrollo del resalto hidráulico en un tramo definido que sea lo más corto posible, para este propósito serán necesarias obras complementarias que permitan proteger el perímetro mojado de la zona de mayores velocidades.

A) Colchón hidráulico con un cuenco amortiguador Tiene su aplicación en vertederos de excedencias, rápidas y estructuras de caída libre. Al pie de la caída se presenta el tirante mínimo hmin y por lo tanto la energía específica máxima.

Figura 5.5 - Resalto hidráulico para h min < h1

Si hmin = h1, para la formación del hidráulico será necesario contar con un tirante conjugado h2, que deberá desarrollarse por efecto de las condiciones de escurrimiento existentes aguas abajo; es decir que h2  hab. Si hab < h2, el resalto hidráulico no se formará en la sección 1, sino que por efecto de su energía ciné-tica, la zona de régimen supercrítico se desplazará hacia aguas abajo, hasta encontrar un tirante que sea próximo al tirante conjugado. Sin embargo es posible que la zona de régimen supercrítico tenga una longitud mayor a la máxima establecida por los criterios adoptados para el proyecto. Para incrementar el tirante de aguas abajo existen varias posibilidades, a saber: profundizar la solera o construir un travesaño de fondo, incrementar la rugosidad de la solera, reducir el ancho de la sección, reducir la pendiente de la solera, etc. Las tres últimas posibilidades son normalmente difíciles de lograr por lo que se considerarán únicamente la primera y la segunda de las posibilidades.

La profundización de la solera en la zona del colchón hidráulico, determina el incremento de la altura de caída en la estructura y en consecuencia un menor tirante hmin (h1) y un mayor tirante conjugado h2. Afortunadamente en el colchón hidráulico no solo se presenta una compensación geométrica del déficit de altura en el tirante aguas abajo, sino que la confinación del resalto hidráulico genera mayor intensidad de choques entre las partículas de agua, contra las paredes laterales del cuenco y principalmente contra la pared frontal que genera la profundización del lecho.

Figura 5.6 - Colchón hidráulico profundizando el nivel de la solera

Investigaciones realizadas en modelos hidráulicos ofrecen (Norma Alemana DIN 19661) una expresión para determinar la altura de profundización necesaria para el confinamiento de un resalto hidráulico plenamente formado; esta expresión admite aún la permanencia de un déficit de tirante a la salida del cuenco.

(5.14)

Se recomienda adoptar Lz = 10*z, como longitud del colchón hidráulico, magnitud que permitirá confinar el resalto. Dependiendo de las condiciones que presente la obra, también es posible la formación de un colchón hidráulico con la aplicación de un travesaño de fondo, cuya misión será elevar el tirante aguas abajo hasta niveles que compensen el déficit del tirante conjugado. La altura e necesaria para alcanzar el objetivo indicado puede ser calculada por medio de la siguiente expresión:

Figura 5.7 - Colchón hidráulico por aplicación de un travesaño de fondo

(5.15) Como en el caso anterior, se puede adoptar Le = 10*e La altura de travesaño e tiene como altura máxima, la altura de caída mínima necesaria para la formación del resalto hidráulico (CAP. 6), ya que un valor mayor de e daría lugar a un nuevo resalto hidráulico.

Figura 5.8 - Formación de resalto adicional por e > W lim

En estructuras de elevada pendiente se desarrollan estados de flujo con gran velocidad que requieren condiciones hidráulicas muy exigentes que son difíciles de alcanzar; la profundización del lecho o la construcción de un travesaño de fondo puede resultar insuficiente. La necesidad de lograr estructuras disipadoras de mayor eficiencia a motivado la investigación de diversos tipos de colchones hidráulicos. Entre estos se puede mencionar los siguientes:

B) Colchón hidráulico SAF (13) Ha sido desarrollado en el Laboratorio de Hidráulica St. Anthony Falls de la Universidad de Minnesota EE.UU., para su uso en pequeñas estructuras de drenaje. La utilización de este tipo de estructuras en sistemas de gran altura podría dar lugar a la generación de fenómenos como la cavitación.

Figura 5.9 - Colchón hidráulico SAF

La longitud del colchón hidráulico puede ser expresada en función del Número de Froude:

(5.16) y está limitada a Fr1 desde 1.7 hasta 17. El tirante h2 está dado por:

(5.17) (5.18)

(5.19) La altura del umbral extremo inferior está dado por c = 0.07 h2 donde h2 es el tirante conjugado de h1 y h2' = h2 + c.

La distancia máxima entre un extremo de un bloque y la pared será  3/8 h1. Los bloques de piso serán construidos siguiendo las líneas de los ejes de los espacios entre los bloques de caída, y ocuparán entre 40% y 50% del ancho del colchón hidráulico.

Disipación por impacto Con la idea de incrementar la eficiencia de disipación de energía se han probado sistemas que funcionan predominantemente bajo la acción del impacto sobre estructuras de choque especiales. Entre las más elaboradas podemos mencionar el trabajo desarrollado por Rothmund-Hartung (14).

Estructura de impacto de Rothmund-Hartung

Hasta ahora se ha considerado la disipación de energía en colchones hidráulicos, donde se presentan cambios de régimen a través de un resalto hidráulico. Para aumentar la eficiencia de estas obras se han incorporado elementos de choque que generen mayor pérdida de energía y al mismo tiempo logren que la zona de gran turbulencia se mantenga confinada en un tramo corto. Rothmund-Hartung plantean la aplicación de un elemento que permita frenar bruscamente el escurrimiento del chorro líquido y obligue al flujo a orientar las líneas de flujo a seguir una trayectoria similar a la que se presenta en un resalto hidráulico; de esta manera se incrementarán las pérdidas de energía cinética y se reducirá aún más la zona de régimen supercrítico y gran turbulencia. En estas condiciones se genera un cambio brusco de dirección de las líneas de flujo, conduciéndolas en dirección contraría a la dirección de llegada, lo cual produce el choque entre las partículas líquidas. De este modo se presenta la reducción de las velocidades de flujo y en consecuencia tiene lugar el incremento del tirante. Este proceso se presenta en un medio de gran turbulencia y absorción de aíre de la atmósfera, produciendo un flujo mezcla agua-aire.

Figura 5.11 - Funcionamiento hidráulico de la estructura de impacto de Rothmund - Hartung

Los resultados del trabajo de investigación brindan los siguientes resultados: (5.20) (5.21) (5.22)

(5.23) Donde: Ls Longitud parcial del colchón hidráulico entre el travesaño y el paramento del vertedero en m. f Espesor del travesaño en m. R Radio de la curva entre el vertedero y el colchón hidráulico en m. z Tirante de agua sobre el colchón hidráulico en m. W Altura de caída en m. a Profundidad del colchón hidráulico en m.

La transición, en movimiento permanente, de régimen rápido a lento se realiza con una gran disipación local de energía presentándose un frente abrupto muy turbulento conocido con el nombre de resalto hidráulico. Como se observa en la figura 4.4.5 este fenómeno provoca un aumento apreciable del calado, consideración que debe ser tenida en cuenta en el dimensionamiento de la red, en los puntos en que, por sus características geométricas, se den las condiciones de posible aparición de un resalto hidráulico.

Se considera la sección (1) en régimen rápido justo antes del resalto y la (2), ya en movimiento uniforme después del resalto, en régimen lento. En las secciones (1) y (2) puede suponerse una distribución hidrostática de presiones. La relación de calados resultante aguas arriba y abajo del resalto se obtiene de aplicar las ecuaciones de la cantidad de movimiento y de continuidad:

(1)

siendo F ²1 = V1²/ ( g· y ) La longitud del resalto (L) no puede determinarse teóricamente, existiendo varias correlaciones experimentales. Aproximadamente, puede tomarse:

L = 6· ( y2- y1 )

(2)

Experimentalmente se ha comprobado que el resalto se presenta para F>3 1/3 ; para F<3 situación más estable se produce para

1/3

el resalto es ondulado y su

4,5 < F < 9 Cuando las condiciones en los límites no corresponden con las determinadas por las ecuaciones del resalto, el resalto no es estable y se presenta un resalto móvil, que se puede estudiar considerando unos ejes móviles que se trasladen a la velocidad del resalto.

5)ESQUEMA DE LA PRÁCTICA.

A

B

C

A

B

C

6)APARATOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZADOS. •

Canal de Rehbock.-Es de sección rectangular de 0,6m de ancho de plato y es por donde circula el agua

•

Bomba de carga constante.

•

Compuerta.- sirve para elevar el nivel en el canal.

•

Micromolinete .- el que utilizamos fue el micromolinte Swofer Instrument modelo2100 de alta presición.

•

Vertedero..- Nos ayuda acontrolar los caudales calculados

•

Medidor electromagnético

7)DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN.En esta práctica instalaremos el equipo de la siguiente manera: Sobre el canal de Rehbock pondremos el micromolinete, que medirá las velocidades que tendrá el agua al pasar por el canal a 5 diferentes profundidades, luego al final del canal Rehbock estará una compuerta que tendrá el fin de elevar el nivel de las aguas del canal, sin embargo, esto reducirá la velocidad del agua, pero el caudal se mantendrá constante, también necesitaremos una bomba conectada a una válvula que estará instalada aguas arriba del micromolinete, para dotar al sistema de agua a un caudal constante. Al final del canal se debe instalar un vertedero calibrado, y para comprobar los resultados, finalmente habrá un medidor electromagnético que medirá los caudales directamente.

8)PROCEDIMIENTO.-

Medimos el ancho del plato del canal (b). 1. Antes de abrir la válvula tomamos la lectura de la mira mecánica en el vertedor, para determinar el Li, es decir la altura del agua cuando esta se encuentra al nivel de la cresta. 2. Fijamos un gasto de circulación y esperamos que se estabilice, luego tomamos la lectura de la mira mecánica en el vertedor para determinar la lectura final y así calcular la carga sobre el vertedor. 3. Subimos la compuerta ubicada al final del canal hasta obtener una altura de circulación suficiente para realizar las mediciones con el molinete, y medimos la profundidad (y). 4. Dividimos la sección en 4 partes para tener 4 verticales de velocidad. 5. Para aforar el caudal con el molinete, empleamos el método detallado, es decir medimos la velocidad en la superficie a 0.2; 0.6 y 0.8 de ‘y’ cerca del fondo en cada una de las 4 verticales. Para medir las velocidades, seleccionamos mediante el botón giratorio el mayor intervalo de tiempo para obtener mejores resultados. 9)OBSERVACIONES.Algo que se pudo observar en esta práctica fue lo siguiente: 1. No se contó con un método recomprobación de resultados. 2. La práctica se realizó de manera incompleta, puesto que se midió la velocidad a una distancia constante desde la pared del canal. 3. Los datos que recolectamos del micromolinete no nos daban valores exactos por que no se parecen a los del medidor electromagnetico. 4. Los datos del vertedor varian demasiado por que al instrumento le falta mantenimiento.

DATOS Y CALCULOS.-

Datos para el primer caudal Caudal 1 Superficie Fondo Tirante Base de canal Area

cm

A 15 cm de la pared Superficie

Sumatoria Promedio

m/s 0,55 0,53 0,5 0,47 0,52 2,57 0,514



0,615 0,241 0,374 0,6 0,2244

m/s 0,2 0,56 0,5 0,57 0,53 0,6 2,76 0,552

A 30 cm de la pared m/s Superficie 0,53 0,52 0,49 0,56 0,54 Sumatoria 2,64 Promedio 0,528

Sumatoria Promedio

mts 61,5 24,1 37,4 60

m/s

m/s

m/s 0,8 0,5 0,53 0,55 0,55 0,53 2,66 0,532

m/s 0,6 0,58 0,55 0,56 0,57 0,57 2,83 0,566

m/s 0,2

Fondo 0,46 0,46 0,47 0,5 0,47 2,36 0,472

m/s 0,6 0,57 0,53 0,58 0,55 0,57 2,8 0,56

0,2 0,55 0,57 0,58 0,57 0,6 2,87 0,574

m/s 0,8 0,51 0,51 0,48 0,48 0,54 2,52 0,504

m/s 0,2 0,58 0,58 0,55 0,57 0,57 2,85 0,57

m/s 0,54 0,58 0,55 0,56 0,55 2,78 0,556

m/s 0,6 0,52 0,52 0,52 0,54 0,52 2,62 0,524

0,6

m/s 0,8 0,57 0,58 0,56 0,54 0,58 2,83 0,566

m/s

Fondo 0,52 0,52 0,51 0,5 0,5 2,55 0,51

Fondo 0,48 0,49 0,5 0,49 0,48 2,44 0,488

m/s 0,8 Fondo

Sumatoria Promedio

0,49 0,51 0,53 0,56 0,52 2,61 0,522

0,54 0,55 0,54 0,48 0,57 2,68 0,536

0,53 0,53 0,56 0,52 0,58 2,72 0,544

0,52 0,56 0,55 0,53 0,55 2,71 0,542

0,52 0,51 0,48 0,47 0,45 2,43 0,486

0,5596

a 60 cm 0,5332

Cálculos para el primer caudal Vsup + 3 * V0.2h + 3 * V0.6h + 2 * V0.8h + Vfondo Vmed = 10

Ecuacion para Vel med. Velocidad media

a 15 cm a 30 cm 0,5222

a 45 cm 0,5492

CALCULO DE CORIOLS Y BOUSSNESQ

Vmed =

∑Q.parcial ∑A. parcial

α=∑3

v3 * ∆ A

V

β =∑2

*A

v2 * ∆ A

V

*A

Datos para el segundo caudal Caudal 2

cm

m

Superficie Fondo Tirante Base de canal Area

62,1 24,1 38 60


Sumatoria

m/s 0,52 0,46 0,54 0,57 0,53 2,62 0,524


Sumatoria Promedio

m/s

0,2 0,53 0,58 0,53 0,58 0,59 2,81 0,562

m/s

m/s

0,58 0,57 0,59 0,57 0,58 2,89 0,578

0,6 0,59 0,59 0,59 0,57 0,58 2,92 0,584

0,59 0,61 0,59 0,56 0,59 2,94 0,588

m/s m/s 0,2 0,62 0,6 0,62 0,6 0,6 3,04 0,608

0,6 0,61 0,59 0,59 0,58 0,56 2,93 0,586

0,55 0,57 0,56 0,54 0,57

m/s m/s 0,2 0,56 0,57 0,53 0,55 0,55


m/s

m/s 0,8 Fondo 0,54 0,43 0,53 0,45 0,52 0,45 0,55 0,44 0,56 0,42 2,7 2,19 0,54 0,438

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,58 0,52 0,59 0,52 0,57 0,5 0,58 0,49 0,57 0,52 2,89 2,55 0,578 0,51

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,55 0,5 0,57 0,47 0,56 0,51 0,54 0,45 0,55 0,48 2,77 2,41 0,554 0,482

0,6 0,55 0,54 0,53 0,55 0,57 2,74 0,548

0,2 0,61 0,6 0,59 0,6 0,61 3,01 0,602


Sumatoria Promedio

0,621 0,241 0,38 0,6 0,228

m/s 0,6 0,57 0,57 0,54 0,56 0,59

m/s 0,8 Fondo 0,57 0,53 0,56 0,55 0,55

0,49 0,46 0,48 0,46 0,47

Sumatoria Promedio

2,79 2,76 0,558 0,552

2,83 0,566

2,76 0,552

2,36 0,472

Cálculos para el segundo caudal Vsup + 3 * V0.2h + 3 * V0.6h + 2 * V0.8h + Vfondo Vmed = 10

Ecuacion para Vel med.

a 15 a 30 1 0,5372

a 45 0,5802

a 60 0,576


Q.parcial ∑ A. parcial ∑

Vmed =

∑v α=

3

* ∆A

3

V *A

β=∑2

v2 * ∆ A

V

*A

Datos para el tercer caudal Caudal 3 Superficie Fondo Tirante Base de canal Area

A 12 cm de la pared

cm 58,18 24,2 33,98 60

m/s

m 0,5818 24,2 0,3398 0,6 0,20388

m/s

m/s

m/s

0,5488

Superficie

0,2 0,42 0,42 0,42 0,39 0,4 0,41 Sumatoria 1,24 1,22 Promedio 0,41333 0,40666667

0,6 0,4 0,39 0,42 1,21 0,403333333

0,8 Fondo 0,38 0,38 0,35 0,36 0,39 0,38 1,12 1,12 0,373333333 0,37333333

A 24 cm de la pared m/s m/s m/s m/s Superficie 0,2 0,6 0,8 Fondo 0,42 0,45 0,43 0,43 0,38 0,42 0,43 0,41 0,41 0,39 0,39 0,45 0,43 0,43 0,39 Sumatoria 1,23 1,33 1,27 1,27 1,16 Promedio 0,41 0,44333333 0,423333333 0,423333333 0,38666667

A 36 cm de la pared m/s Superficie 0,43 0,44 0,42 Sumatoria 1,29 Promedio 0,43

m/s 0,2 0,44 0,43 0,45 1,32 0,44

A 48 cm de la pared m/s Superficie 0,43 0,42 0,43 Sumatoria 1,28 Promedio 0,4266667

0,2 0,43 0,43 0,46 1,32 0,44

A 60 cm de la pared m/s Superficie 0,39 0,4 0,39 Sumatoria 1,18 Promedio0,393333333

0,2 0,38 0,41 0,41 1,2 0,4

m/s 0,8 Fondo 0,39 0,35 0,4 0,38 0,41 0,36 1,2 1,09 0,4 0,36333333

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,39 0,35 0,37 0,34 0,41 0,37 1,17 1,06 0,39 0,35333333

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,38 0,34 0,37 0,35 0,39 0,32 1,14 1,01 0,38 0,33666667

0,6 0,44 0,42 0,43 1,29 0,43 m/s 0,6 0,42 0,43 0,44 1,29 0,43

m/s

Cálculos para el tercer caudal

m/s

0,6 0,42 0,4 0,43 1,25 0,416666667

Vsup + 3 * V0.2h + 3 * V0.6h + 2 * V0.8h + Vfondo Vmed = 10

Ecuacion para Vel med.

a 12 a 24 1 0,39633333

a 36 0,42433324

a 48 0,420333

a 60 0,417



Vmed =

α=∑3

v3 * ∆ A

V

β =∑2

*A

v2 * ∆ A

V

*A

Datos para el cuarto caudal Caudal 4 Superficie Fondo Tirante Base de canal Area

A 12 cm de la pared m/s Superficie 0,47 0,44

cm 58,4 24,7 33,7 60

m 0,584 0,247 0,337 0,6 0,2022

m/s 0,2 0,58 0,54

m/s 0,6 0,54 0,56

m/s 0,8 Fondo 0,52 0,46 0,53 0,48

0,394

0,47 0,48 0,51 Sumatoria 2,37 Promedio 0,474

0,53 0,55 0,56 2,76 0,552


0,2 0,59 0,59 0,57 0,57 0,59 2,91 0,582


0,2 0,55 0,59 0,58 0,58 0,56 2,86 0,572

0,56 0,55 0,55 2,76 0,552 m/s

0,2 0,55 0,56 0,57 0,58 0,58 2,84 0,568

A 60 cm de la pared m/s Superficie 0,51

0,2 0,54

m/s 0,8 Fondo 0,55 0,46 0,54 0,53 0,53 0,46 0,54 0,47 0,52 0,49 2,68 2,41 0,536 0,482

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,59 0,49 0,52 0,52 0,53 0,46 0,5 0,48 0,52 0,51 2,66 2,46 0,532 0,492

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,57 0,55 0,56 0,53 0,54 0,49 0,52 0,52 0,54 0,44 2,73 2,53 0,546 0,506

m/s

m/s 0,8 Fondo 0,48 0,46

0,6 0,59 0,58 0,58 0,59 0,58 2,92 0,584

m/s 0,6 0,57 0,58 0,57 0,54 0,56 2,82 0,564

m/s 0,6 0,49

0,49 0,48 0,5 2,41 0,482

m/s 0,6 0,57 0,55 0,57 0,58 0,59 2,86 0,572

m/s


0,51 0,56 0,52 2,64 0,528

0,51 0,5 0,49 0,48 2,49 0,498

Sumatoria Promedio

0,59 0,57 0,53 0,56 2,79 0,558

0,51 0,48 0,49 0,5 2,47 0,494

0,5 0,49 0,48 0,5 2,45 0,49

0,47 0,47 0,47 0,46 2,33 0,466

Cálculos para el cuarto caudal Vsup + 3 * V0.2h + 3 * V0.6h + 2 * V0.8h + Vfondo Vmed = 10

Ecuacion para Vel med. 1

a 12 a 24 0,5324

a 36 0,5546

a 48 0,5576

a 60 0,5512



Vmed =

α=∑3

v3 * ∆ A

V

β =∑2

*A

v2 * ∆ A

V

*A

CALCULO DEL TIRANTE CONJUGADO MAYOR Y MENOR SUPONIENDO QUE SE CONOCE UNO DE ESOS DOS TIRANTES:

Para el primer caudal DATOS Q Prom. = 121.5831926 m3/seg.ç Y2=0.14 G=9.81 m3/seg. B=0.6 m F

= b*

Q g * y

3

0.121581926 = 6* 9.81 * 0.1 4 3

= 1.235069

0,51

F

2

= 1.5 2 5 3 9 5 4 3 5

1 Y1 = * 2

Y1

1+ 8* F

2

− 1 * ( y 2)

= 0.1 8 4 3 5 3m

Curva de Velocidades

Velocidades

0,6

0,5

0,4 0

10

20

30

40

50

60

Base del canal Superficie

a 0,2Y

Para el segundo caudal DATOS Q Prom. = 0.128071155 m3/seg.ç Y2=0.12 G=9.81 m3/seg. B=0.6 m = b*

F

F

2

g * y

3

0.128071155 = 6* 9.81 * 0.1 23

= 2.6 8 7 7 4 0 9 3 7

1 Y1 = * 2

Y 1

Q

1+ 8* F

2

− 1 * ( y 2)

= 0 .2 2 4 6 1 7 1 7 9m

= 1.639433115

0,6Y

0,8Y

Fondo

Velocidades


0,6

0,5

0,4 0

10

20

30

40

50


a 0,2Y

a 0,6Y

Para el tercer caudal DATOS Q Prom. = 0.083831545 m3/seg.ç Y2=0.0.8 G=9.81 m3/seg. B=0.6 m = b*

F

F

2

Q g * y

3

0.083831545 = 3 0 .6 * 9.81 * 0.08

= 3 .886632

1 Y1 = * 2

Y1

1+ 8* F

2

− 1 * ( y 2)

= 0 .186602946 m

= 1.971454397

a 0,8Y

Fondo

60


Velocidad

0,5

0,4

0,3 0

10

20

30

40

50

60


a 0,2Y

a 0,6Y

Para el cuarto caudal DATOS Q Prom. = 0.10966 m3/seg.ç Y2=0.1 m G=9.81 m3/seg. B=0.6 m = b*

F

F

2

g * y

3

= 0.6 *

0.10966 9.81 * 0.10

= 3 .405061615

1 Y1 = * 2

Y 1

Q

1+ 8* F

2

− 1 * ( y 2)

= 0 .215708924 m

3

= 1.845280904

a 0,8Y

Fondo

Curva de Velocidad

Velocidad

0,6

0,5

0,4 0

10

20

30

40

50

60


a 0,2Y

a 0,6Y

a 0,8Y

Fondo

11) ANALISIS DE LOS RESULTADOS.Los resultados obtenidos en la practica e parte son satisfactorios por si observamos las graficas de velocidades los calculos parecen reales. En lo que varian exageradamente es en la comprobación del de caudales con el vertedor ya que estos salen muy disparados y obsrvando con el medidor elctromagnetico no varian por mas de 0.1m3/seg. Para la obtención del salto ahogado lo calculamos con una formula que nos proporciono el ingeniero el clase. 12)CONCLUSIONES.Después de realizar la practica llegamos a las siguientes conclusiones: •

Determinamos el tirantes inicial,de un flujo que realiza un resalto hidráulico ahogado.

•

Estudiamos las distribución de velocidades que se produce en la sección transversal del canal.

•

Aprendimos a manejar el molinete hidráulico a la perfección.

•

Determinamos los caudales de una sección utilizando diferentes métodos

13)RECOMENDACIONES.Después de realizar la práctica llegamos a las siguientes recomendaciones: •

Tratar de hacer un mantenimiento tanto al canal como a los aparatos que se utiliza en la

práctica. •

No jugar en la realización de la práctica ya que eso puede ocasionar la mala recolección

de datos. •

Tratar de alinear lo mejor posible molinete de tal forma que la lectura de datos sea

exacta.

14)BIBLIOGRAFÍA.La bibliografía utilizada en la elaboración de esta práctica es la siguiente: 1. Hidráulica de los canales abiertos de Ven Te Chow 2. Hidráulica general de Gilberto Sételo Ávila 3. Manual de prácticas del labioratorio de hidraulica del Dr. Ernesto Garcia Ruis. 4. C:\Documents and Settings\All Users\Documentos\CIVIL\HidraulicaII\pablo\4_4_5 - RESALTO HIDRÁULICO.htm

ANEXOS

Figura1.-Molinete a 0.6 del tirante

Figura3.- produciéndose el salto

Figura1.- Piezómetro

Figura2.-canal rehbock prudiciendo el salto

Figura1.-cuando se estaba provocando el salto ahogado

Figura1.-compuerta

Figura1.-alineando el molinete

Figura1.-medidor de velocidades

EL RESALTO HIDRÁULICO AHOGADO

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