EXPERIMENTO G

EXPERIMENTO G
El Salto Hidráulico.
OBJETIVO
Investigar las características de una Ola erguida (el salto hidráulico) que se produce
cuando el flujo de agua debajo de un vertedor sumergido y observar el flujo de los
patrones obtenidos.
EQUIPO DE INSTALACIÓN
Canal multipropósito de enseñanza, C4.
Vertedor de descarga sumergida ajustable.
Gancho y punto indicador de nivel, de 300 mm de escala. Se necesitan 2.
Cronómetro en caso de la medición de gasto usando el tanque volumétrico (no
suministrado).
Nota: Si está disponible, el tubo de Pitot y manómetro, C4-61 (accesorio opcional) se
pueden utilizar para medir directamente la velocidad del agua.
RESUMEN DE LA TEORÍA Y DE ANTECEDENTES
Cuando el agua fluye rápidamente hacia las cargas más lentas de flujo pasivo el salto
hidráulico u ola erguida se produce. Este fenómeno se puede observar cuando el agua
pasa por debajo de una puerta de esclusa y se mezcla con aguas más profundas aguas
abajo. Se produce cuando una profundidad inferior de la critica cambia a una
profundidad superior a la critica y debe ir acompañada de una pérdida de energía.
Un salto ondular se produce cuando el cambio en la profundidad es pequeño. La
superficie del agua ondula en series de oscilaciones que gradualmente decaen a una
región sin problemas en un flujo pasivo.
Un salto directo se produce cuando cambio en la profundidad es grande. La gran
cantidad de energía que se traduce en la pérdida de una zona de agua muy turbulenta
antes de que se asiente sin problemas en un flujo pasivo.
Al considerar las fuerzas que actúan dentro del fluido en ambos lados de un salto
hidráulico de la unidad de ancho se puede demostrar que:
H  y a 
Va2 
V2
  yb  b 
2g 
2g 
Considerando como unidad el canal la ecuación se convierte en:
Q2
Ey
2gy 2
Dónde:
ΔH
= Perdida de carga total a través del salto (energía disipada)
(m)
Va
= Velocidad media antes del salto hidráulico.
(m.s-1)
ya
= Profundidad de flujo antes del salto hidráulico.
(m3.s-1)
Vb
= Velocidad media después del salto hidráulico.
(m.s-1)
ya
= Profundidad de flujo después del salto hidráulico.
(m3.s-1)
Debido a que la sección de trabajo es corta ya ≈ y1 y yb ≈ y3.
Por lo tanto simplificando la ecuación anterior:
H 
y3  y1 3
4 y1 y 3
PROCEDIMIENTO
Asegúrese de que el canal este nivelado, sin obstrucciones en el extremo final de
descarga del canal. Mida y registre el ancho real b (m) del vertedor de descarga
sumergido.
Fije el vertedor de descarga sumergida asegurándolo a los lados del canal estrecho
aguas arriba al final del canal con el borde afilado en la parte inferior de la puerta
mirando aguas arriba. Para resultados exactos los espacios entre el vertedor y el canal
deben ser herméticamente sellados en la parte aguas arriba utilizando plastilina.
Ubique dos ganchos y puntos indicadores de nivel en los lados del canal, aguas debajo
de vertedor, cada uno con el punto equipado.
El dato para todas las mediciones será el fondo del canal. Con cuidado, ajuste el
indicador de nivel para que coincida con el fondo del canal y registre el dato de lectura.
Ajuste la perilla en la parte superior del vertedor para posicionar el borde afilado del
vertedor a 0.020 m sobre el fondo del canal. Coloque un obstáculo en la descarga final
del canal.
Abra gradualmente la válvula de control de flujo y ajuste la corriente hasta que se
genere un salto ondular con pequeñas ondulaciones que decaen hacia la descarga final
de canal. Observe y dibuje el patrón de flujo.
Aumentar la altura del agua aguas arriba del vertedor mediante el aumento del gasto y
aumente la altura del obstáculo para crear un salto hidráulico en el centro de la sección
de trabajo. Observe y dibuje el patrón de flujo.
Mueva un indicador de nivel hacia la región de flujo rápido justo aguas arriba del salto
(sección a). Mueva el segundo indicador de nivel a la región de flujo pasivo justo
después del salto (sección b). Mida y registre los valores de y1, y3, yg y Q. Repita esto
para otros gastos Q (la carga aguas arriba) y alturas de la puerta yg.
RESULTADOS Y CÁLCULOS
Tabule sus mediciones y cálculos de la siguiente manera:
b = ………. (m)
Ancho de la puerta
yg
y1
Calcule V1 y tabule
Calcule
y3
Q
Hb
ΔH
y
V12
contra 3 .
y1
gy1
y
H
H
y tabule
contra 3 .
y1
y1
y1
Calcule yc y verifique si y1 ≤ yc ≤ y3
CONCLUSIONES
Compruebe que la fuerza de la corriente en ambos lados del salto sea igual y que la
H
curva de energía específica predice una pérdida igual a
.
yc
Sugiera una aplicación donde la pérdida de la energía en un salto hidráulico sería
deseable. ¿Cómo es la energía disipada?