Laboratorio No. 4 RESALTO HIDRÁULICO
PRESENTADO POR:
José Luis Aniceto Gil Rodríguez 2103209 Yorleynis Montejo Ruiz
2103208
Duber Andrey Corzo Galán
2103205
PRESENTADO A:
Camilo Andrés Gómez Mónoga AUX. LABORATORIO DE HIDRAÚLICA
Grupo L
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS ESCUELA DE ING. CIVIL LABORATORIO DE HIDRAULICA BUCARAMANGA, II SEMESTRE DE 2013
Tabla de Datos
Parte A
Parte B
No 1 2 3 1 2 3
Y Spillway 5,5 5,5 5,5 4,8 5,9 6,4
W 7 4,5 4,3 5,4 5,4 5,4
y2 4 5 5,2 4 4,5 4,9
y3 11,2 9 8,1 7,4 9,1 12,1
Longitud Resalto 22 17 28,5 20 25,5 26
CALCULOS TIPO Parte A: Resalto hidráulico con Caudal Constante y altura de la compuerta variable. Parte B: Resalto hidráulico con altura de la compuerta constante y caudal variable.
Cálculo del caudal
Cálculo de la profundidad de flujo critica Yc
⁄ ⁄⁄ ⁄⁄
Cálculo del Número de Froude
⁄ ⁄⁄ ⁄⁄
Tipo de flujo
Sí el número de Froude es Fr > 1 el régimen del flujo es supercrítico. Sí el número de Froude es Fr < 1 el régimen del flujo es subcrítico
Parte A
Parte B
No
Y Spillway
Qspill [Lps]
Qspill [m3/s]
1
5,5
13,884
0,01388
4
11,2
2
5,5
13,884
0,01388
5
3
5,5
13,884
0,01388
1
4,8
11,320
2
5,9
3
6,4
y2 [cm] y3 [cm] Fr [y2]
Fr [y3]
Tipo Flujo Y2
Tipo Flujo Y3
1,345
0,287
Flujo Supercrítico
Flujo Subcrítico
9
0,962
0,398
Flujo Subcrítico
Flujo Subcrítico
5,2
8,1
0,907
0,467
Flujo Subcrítico
Flujo Subcrítico
0,01132
4
7,4
1,097
0,436
Flujo Supercrítico
Flujo Subcrítico
15,426
0,01543
4,5
9,1
1,252
0,435
Flujo Supercrítico
Flujo Subcrítico
17,428
0,01743
4,9
12,1
1,245
0,321
Flujo Supercrítico
Flujo Subcrítico
TIPO DE RESALTO HIDRAÚLICO:
Luego el tipo de resalto para cada uno de estos ensayos, dado por los intervalos que se dan de seguida, es:
Para Fr2 >1.0 y <1.7, el resalto es Ondular. Para Fr2 >1.7 y <2.5, el resalto es Débil. Para Fr2 >2.5 y <4.5, el resalto es Oscilatorio. Para Fr2 >4.5 y <9.0, el resalto es Regular. Para Fr2 >9.0, el resalto es Fuerte.
Parte A
Parte B
Ensayo N° 1 2 3
Fr2 1,345 0,962 0,907
Tipo de Resalto Ondular -
Ensayo N° 1 2 3
Fr2 1,097 1,252 1,245
Tipo de Resalto Ondular Ondular Ondular
CÁLCULO DEL MOMENTO:
Sobre el canal ensayado existe conservación de la cantidad de movimiento o momentum, lo que sugiere que el momento antes del resalto debe ser igual al momento después de él. Dado que físicamente existen perdidas energéticas, la diferencia de error para esta magnitud se expresa de la siguiente forma:
Ensayo N° 1 Parte A
Parte B
y2
y3
M2 cm2
M3 cm2
%e M
4
11,2
36,9409
73,05604
97,76464
2
5
9
35,65272
53,36262
49,67336
3
5,2
8,1
35,78223
47,0968
31,62065
y2
y3
M2 cm2
M3 cm2
%e M
4 4,5 4,9
7,4 9,1 12,1
27,23746 41,88112 49,22941
43,02373 54,12627 82,77224
57,95795 29,23788 68,13577
Ensayo N° 1 2 3
PROFUNDIDAD SECUENTE:
La relación de profundidades resultante aguas arriba y abajo del resalto se obtiene de aplicar las ecuaciones de la cantidad de movimiento y de continuidad, de tal forma que podemos determinar la profundidad y3 teórica, así:
(√ ) √ √
Luego la diferencia porcentual con la profundidad tomada en laboratorio aguas a rriba es:
Parte A
Parte B
Ensayo N°
y2
y3 Exp
1 2 3
4 5 5,2
11,2 9 8,1
Ensayo N°
y2
y3 Exp
1 2 3
4 4,5 4,9
7,4 9,1 12,1
y3 Teo
%e y3
5,86649844 47,6205496 4,74951296 47,2276337 4,56131691 43,6874456 y3 Teo
%e y3
4,5172781 38,9557014 6,03098688 33,7254189 6,51946558 46,1201192
CÁLCULO DE LA ENERGÍA:
En base al anterior cálculo, y ya que en el resalto la pérdida de energía es igual a la diferencia de las energías específicas antes y después de este, el delta de energía está dado por:
Del mismo modo, la pérdida relativa es
⁄, donde E2 es:
⁄
Y la eficiencia, que se define como la relación entre la energía específica antes y después del resalto hidráulico, puede mostrarse como:
⁄ ⁄
Parte A
Ensayo N°
y2
y3
ΔE
E2
ΔE/E2
Eficiencia
1
4 5 5,2
11,2 9 8,1
2,082857143
0,07617612
27,3426507
0,990905788
0,355555556
0,07315272
4,86045577
1,000022618
0,144759022
0,07340599
1,97203282
1,000374086
2 3
CÁLCULO DE LA LONGITUD DEL RESALTO:
La longitud del resalto experimentalmente se determinó como la distancia medida desde la cara frontal del resalto hidráulico hasta un punto en la superficie inmediatamente aguas abajo del mismo, pero teóricamente la longitud del salto hidráulico puede ser calculada con la siguiente expresión:
Parte A Ensayo N° 1 2 3
y2
Fr2
4 1,345 5 0,962 5,2 0,907
Parte B Longitud [cm]
Ensayo N°
y2
Fr2
Longitud [cm]
13,56405 18,19566 19,03443
1
4 4,5 4,9
1,097 1,252 1,245
14,287799 15,601823 17,015302
2 3
Parte A Ensayo N° 1 2 3
y2 4 5 5,2
Fr2 1,345 0,962 0,907
Longitud Teo 13,56405 18,19566 19,03443
Longitud Exp 22 17 28,5
% Error 62,1934 6,57111 49,7287
q [m3/s/m] 0,033699 0,033699 0,033699
Y critico 0,048736836 0,048736836 0,048736836
% Error 39,979573 63,442444 52,803636
q [m3/s/m] 0,027475 0,037442 0,042301
Y critico 0,042533966 0,052281334 0,056711955
Parte B Ensayo N° 1 2 3
y2 Fr2 4 1,097 4,5 1,252 4,9 1,245
Longitud Teo 14,2878 15,60182 17,0153
Longitud Exp 20 25,5 26
PREGUNTAS LABORATORIO DE RESALTO HIDRÁULICO 1. ¿Qué tipo de resaltos pueden ser generados en el canal de vidrio con las condiciones de que se dispone en el laboratorio? Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular la energía del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia causada por la fricción a lo largo de las paredes y del fondo del canal, lo que hace que haya una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la dirección del flujo; De acuerdo al análisis delos datos medidos en el laboratorio, los resaltos hidráulicos obtenidos son de tipo ondular para números de Froude mayores a 1 y menores de 1,7. En este tipo de resaltos la superficie de agua presenta la tendencia a la formación de ondulaciones. 2. ¿Qué tanto se ajusta la longitud del resalto hidráulico medido a las longitudes teóricas? De acuerdo a los porcentajes de error entre las longitudes experimentales medidas en el laboratorio y las longitudes calculadas con la formula teórica se puede decir que las
Longitudes se ajustan, pero con cierto grado de incertidumbre ya que los porcentajes de error son elevados en algunos ensayos, debido a que las longitudes calculadas por lo general están por debajo de las longitudes experimentales.
Conclusiones
Una de las posibles causas de que el porcentaje de error fuera elevado pudo ser debido a que los puntos y2 y y3 no son fácilmente distinguibles por lo cual los valores tomados quedan a criterio de quien toma la medida, y debido a que son valores pequeños cualquier variación provoca un porcentaje de error alto.
Cada uno de los tipos de resalto hidráulico fue identificado en el laboratorio al ir variando el caudal. Según qué tan turbulento sea el resalto, este puede ser clasificado como débil, oscilante, permanente y fuerte, cada uno con un número de Froude mayor que el anterior.
