UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO HIDRÁULICA II CIVIL 5 Informe de Laboratorio de Salto Hidráulico Gutiérrez Daniela; Bernal Javier; Delvasto Juan u11010!"unimilitar#edu#co $ u1101%"unimilitar#edu#co ; u1101%1&"unimilitar#edu#co Resumen
El ensayo de salto hidráulico se realizó con el objetivo de determinar la disipación de energía que se presenta presenta en un canal rectangular y de esta manera cuantificar y detallar el fenómeno de salto hidráulico. En el laboratorio se tomaron diferentes medidas en cuanto a las dimensiones del canal rectangular y las dos áreas para diferentes caudales las cuales se caracterizan por ser de flujo subcritico y flujo supercrítico. supercrítico. Los datos que se tomaron son los de alturas que marcan los piezómetros piezómetros en varios puntos del canal, altura inicial y la altura del vertedero con la cual posteriormente y con la ayuda de ecuaciones ecuaciones se determinó el caudal caudal para cada caso. ara ara variar el salto hidráulico se modificó la apertura de la compuerta aguas abajo, lo que hacía que la zona de flujo subcritico y supercrítico supercrítico cambiara con respecto respecto a otra apertura de compuerta. !sí mismo se utilizaron diferentes ecuaciones y fórmulas para determinar valores importantes como el n"mero de #roude, #roude, energías energías específicas, fuerzas específicas y tipos de flujo todo en función del caudal que manejamos y la respectiva apertura de la compuerta . Palabras clave
Número de Froude, energía energía específica, fuerza específica, salto salto hidráulico.
Introducci'n El fenómeno de salto hidráulico se estudia para esta establ blec ecer er la disi disipa paci ción ón de ener energí gíaa que que se produce en el agua cuando fluye por vertederos de pres presas as u otra otrass obra obrass hidr hidráu áulilica cas, s, de esta esta mane manera ra el salt saltoo hidr hidráu áulilico co es aque aquell asce ascens nsoo brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto por consecuencia del retardo que sufre el agua que fluye pasando de una zona de alta velocidad a una zona de baja velocidad. Estos estu estudi dios os se real realiz izan an con con dife difere rent ntes es fine finess y apli aplica caci cion ones es tale taless como como recu recupe pera rarr altu altura ra o leva levant ntar ar el nive nivell de agua agua agua aguass abaj abajoo y así así mant manten ener er un buen buen nive nivell para para el rieg riegoo u otro otross propósitos de distribución de agua. Los cálculos permit permitirá iránn compar comparar ar los valore valoress obteni obtenidos dos con aque aquellllos os que que puede puedenn ser ser calc calcul ulad ados os con con las las ecuaciones propuestas en los libros de referencia y así aplicar los nuevos conocimiento conocimientoss teóricos teóricos y en la prác práctitica ca para para la cons constr truc ucci ción ón obras obras hidráulicas en ingeniería civil.
(lementos del )raba*o + metodolo,-a ara desarrollar la práctica se debe tener en cuenta que equipos harán parte de esta y su desarrollo, seg!n su montaje"
El caudal será variado mediante una válvula y una compuerta para que el laboratorio sea satisfactorio se recomienda mantener el #alto hidráulico en la condic condición ión de #alto #alto perman permanent entee o establ estable. e. La compuerta lo que hace es regular el caudal de manera que al disminuir el área del flujo este aumentara su velocidad con el fin de mantener
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO HIDRÁULICA II CIVIL 5 conservación conservación de flujo, flujo, llegando llegando a un punto donde el fluido quiere estar en equilibrio y volver a su esta estado do inic inicia iall dism dismin inuye uyend ndoo su velo veloci cidad dad e incrementando su sección transversal. $nte $ntess de come comenz nzar ar el labo labora rato tori rioo se debe debe empezar por purgar los piezómetros con el fin que los los resu resulltado tadoss obt obtenid enidos os tanto anto de líne líneaa piezom%trica como de energía no varíen, en la líne líneaa piez piezom om%t %tri rica ca se mues muestr tran an los los dato datoss arrojados por cada piezómetro colocados en la longitud del canal, y la línea de energía será la suma de la cabeza de velocidad más la cabeza de pres presió iónn que que son son los los mism mismos os dato datoss usad usados os anteriormente" 2
ρ v L. L . E = z + + γ 2 g .esultados
)rafico '. Líneas iezom%tricas para cada apertura de compuerta (e acuerdo a la gráfica de las líneas piezom piezom%tr %trica icass puede puede tener tener una observ observaci ación ón de perf perfilil del del camb cambio io en el mome moment ntoo del del salt saltoo hidr hidráu áulilico co para para las las dife difere rent ntes es aber abertu tura ras. s. La velocidad fue hallada de acuerdo al caudal *+ y este a su vez fue a partir de la ecuación de vertedero" 2.343
Q=0.0172 ¿ ( H v − H o )
&abla -. álculo área, velocidad y froude. •
y 2 y 1
on ayuda de la ecuación ' determinaremos el n!mero de froude 1
= [−1 +√ 1+ 8 F ] 2
2 1
&abla '. (atos obtenidos en el Laboratorio
&abla /. 0elación del #alto #egu #eguid idam amen ente te se proc proced edió ió a comp compro roba barr la veracidad de los datos anteriormente calculados
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO HIDRÁULICA II CIVIL 5 mediante la aplicación de la ecuación *1, y se procedió a calcular un error e2perimental entre los dato datoss obt obtenid enidoos. Los Los resu resultltaados dos fuero ueronn consignados en la &abla &abla 341.
(ónde" audal 8nitario
q=
Q b
&abla 1. 5ariación de la Energía
•
#e emplean la siguientes ecuaciones"
)ráfica -. omportamiento de la línea de energía en el salto hidráulico
&abla 9. :uerza Específica $ continuación se calculó la longitud que tenía el salt saltoo hidr hidráu áulilico co usan usando do las las altu altura rass ante antess y despu%s de %l y reemplazándolas en la siguiente ecua ecuaci ción ón,, los los resu resultltad ados os obte obteni nido doss fuer fueron on consignados en la &abla &abla 346"
•
#e calculó con la siguiente Ecuación. 2
Q F = y∗ A + qA
$ continuación se realiza la clasificación de los saltos.
&abla 6. Longitud (e #alto /nálisis de resultados
&abla 7. Energía Específica •
#e calculó con la siguiente ecuación. 2
q E= y + 2 gy
on ayuda de los resultados de las líneas de energía energía y líneas piezom%trica piezom%tricass se entendió mejor la disipación de energía en el canal con el sistema de compuerta reguladora aguas abajo. $demás se pudo determinar que siempre hay perdidas por fric fricci ción ón a si sean sean míni mínima mas, s, pero pero el obje objetitivo vo princi principal pal de disipa disiparr la energí energíaa se cumpli cumplióó con %2ito, tambi%n se observó que cuando se presenta
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO HIDRÁULICA II CIVIL 5 el salt saltoo hid hidrául ráulic icoo las las línea íneass de ener energí gíaa disminuyen y esto indica que si se presentó la disipación de energía esperada por efectos de cambio cambio en la apertu apertura ra de la compue compuerta rta aguas abaj abajoo que cont contro rola la el fluj lujo de agua agua y su turbulencia. La líne líneaa de ener energí gíaa y ener energí gíaa espec específ ífic icaa se diferencian en el t%rmino independiente ; donde para para el primer primer caso caso sería sería el cocien cociente te entre entre la presión y el peso específico del agua. ara la ener energí gíaa espe especi cififica ca ese ese ; hace hace refe refere renc ncia ia a diferentes profundidades de la lámina de agua con un caudal dado.
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$ medida medida que que la lámi lámina na de agua agua se acerca acerca al punto punto de salto salto hidráu hidráulico lico la velo veloci cida dadd y rela relaci ción ón con con respe respect ctoo al :roude es menor. El n!mero de :roude permite calificar el r%g r%gime imen de flujo lujo,, de acue acuerd rdoo a la ecuación analítica del n!mero de :roude y la ecua ecuaci ción ón teóri eórica ca se obti btienen enen resultados con gran diferencia entre sí pero en los dos el flujo se mantiene en el mismo r%gimen.
onclusiones •
#e determinó la disipación de energía en un canal abierto cuando se utiliza una
•
compuer compuerta ta de regula regulació ciónn aguas aguas abajo. abajo. Esto mediante las gráficas de energía y de línea piezom%trica. (e la toma de datos de variables como dife difere renc ncia ia de pres presio ione nes, s, altu altura rass y abertura de la compuerta, entre otras, se pudo obtener los n!meros de :roude que permitió caracterizar cada tipo de flujo a medi medida da que que se hací hacíaa un camb cambio io de abertura y con esta el caudal. Los errores presentados en el anterior laboratorio llegaron a cifras entre un '- y un 17 > lo cual puede ser atribuido a la e2actitud de la medida de la abertura además de la forma en que se est estabil abiliz izab abaa el resa resaltltoo *li *limit mitar su desplazamiento por la superficie. :inalmente la metodología usada en el presente laboratorio permite obtener las caract caracterí erísti sticas cas especí específic ficas as que debe debe tener un salto hidráulico y como estos pueden variar seg!n la apertura de una comp compue uert rta, a, o seg! seg!nn el tray trayec ecto to del del mismo flujo a trav%s del canal abierto.
.eferencias ho? ho?, 5en &e. =idráu =idráulic licaa de canale canaless abiertos. @c)ra?A=ill