En un salto hidráulico simple

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS
FTC
LABORATORIO DE HIDRÁULICA II
PRACTICA # 3
DETERMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO
INTEGRANTES:
NOTA:
1. BAYARDO MERCADO BRACAMONTE
_______________
2. JUAN JOSÉ RAMOS CABEZA
_______________
PROFESOR DE TEORIA:
ING. José Ángel Baltodano
PROFESOR DE PRÁCTICA: Dr. Néstor Lanzas
FECHA DE REALIZACIÓN:
FECHA DE ENTREGA:
4 DE OCTUBRE DEL2010
18 DE OCTUBRE DEL 2010
1
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
INDICE
I. INTRODUCCION ----------------------------------------------------------------------------------------3
1. INTRODUCCION--------------------------------------------------------------------------------------3
2. ANTECEDENTE ---------------------------------------------------------------------------------------4
3. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS--------------------------------------------------------5
4. IMPORTACIA DE LA PRACTICA-------------------------------------------------------------------5
5. FUNDAMENTO TEORICO-----------------------------------------------------------------------6-10
II.
DASARROLLO DE LABORATORIO----------------------------------------------------------11
1. MATERIALES Y EQUIPOS -------------------------------------------------------------------------11
2. EXPLICACION DEL TRABAJO REALIZADO EN EL LABORATORIO------------------------11
3. RESUMEN DE LOS DATOS OBTENIDOS--------------------------------------------------------12
III. CALCULOS------------------------------------------------------------------------------------------13-20
1. METODOS Y FORMULAS A UTILIZARSE---------------------------------------------------13-14
2. CALCULOS MATEMATICOS-------------------------------------------------------------------14-17
3. TABLA DE RESULTADOS---------------------------------------------------------------------------18
4. GRAFICAS-----------------------------------------------------------------------------------------19-20
IV. COMPRESION DE LOS RESULTADOS---------------------------------------------------21-26
1. CUESTIONARIO----------------------------------------------------------------------------------21-26
V. ANALISIS DE LOS RESULTADOS---------------------------------------------------------------27
1. CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------------------27
VI. BIBLIOGRAFIA----------------------------------------------------------------------------------------28
VII. Anexos--------------------------------------------------------------------------------------------------28
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
I.
INTRODUCCION
1. INTRODUCCION
La tercera práctica de laboratorio de hidráulica “Determinación del Salto hidráulico se realizo el
día lunes 4 de octubre del corriente año a las 8:00 AM en el laboratorio de hidráulica de la UNI –
RUPAP concluyendo a las 9:30 AM.
El presente reporte presenta el estudio de la determinación del Salto hidráulico bajo condiciones
diferentes.
En el primer ensayo se observo el salto hidráulico simulando una compuerta en el tercero
simulando un vertedor vertical y el quinto un vertedor inclinando. La práctica consistió en
determinar de manera experimental las características (los tirantes conjugados y la longitud del
salto) que se visualizan en el salto hidráulico bajo diferentes condiciones.
El salto hidráulico es un fenómeno local que se produce cuando un flujo supercrítico pasa a uno
subcrítico. En tales casos la elevación de superficie del liquida aumenta súbitamente en la
dirección del flujo. La ocurrencia de un salto hidráulico está determinada por las condiciones del
flujo aguas arriba y aguas abajo del salto.
3
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
2. ANTECEDENTE
El salto hidráulico fue investigado por primera vez experimentalmente por Giorgio Bidone, un
científico italiano en 1818 El salto hidráulico es conocido también como una onda estacionaria. Las
aplicaciones de este fenómeno local en la ingeniería civil, son:

Para la disipación de la energía del agua escurriendo por los vertederos de las presas y
otras obras hidráulicas, y evitar así la socavación aguas abajo de la obra.

Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de
medida y así mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propósitos de
distribución de agua.

Para incrementar peso en la cuenca de disipación y contrarrestar así el empuje hacia
arriba sobre la estructura.

Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrás el nivel aguas abajo, ya
que la altura será reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto.

Para indicar condiciones especiales del flujo, tales como la existencia del flujo supercrítico
o la presencia de una sección de control siempre que se pueda ubicar una estación de
medida.

Para mezclas químicas usadas para purificar el agua.
 abastecimiento de agua a las ciudades
4
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
3. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
 Observar y comprender bajo qué condiciones se produce un salto hidráulico simple.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Determinar los elementos del salto hidráulico simple tales como tirantes conjugados y
longitud del salto a través de una compuerta y a través de un vertedero.
 Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio.
4. IMPORTACIA DE LA PRACTICA
Es de gran importancia conocer y comprender el procedimiento para obtener
las
características del salto hidráulico ya que tiene muchas aplicaciones en la ingeniería civil
como en el diseño de las estructuras de control como vertederos, aliviadores y estructuras de
caída, a menudo debe asegurarse de disipar el acceso de energía cinética que posee el flujo aguas
abajo. Esto se logra con unas estructuras conocidas como disipadores de energía y las cuales son
muy comunes en las estructuras de control
5
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
5. FUNDAMENTO TEORICO
El Salto Hidráulico producido por obstáculos recibe el nombre de SALTO HIDRÁULICO FORZADO,
mientras que el producido solamente por las condiciones del canal se denomina SALTO
HIDRÁULICO SIMPLE. En ambos casos, la existencia de corrientes secundarias en las cresta del
salto, que en los casos más violentes produce mezcla de aire en la corriente, produce pérdidas de
energía cuyo cálculo resulta muy complicado.
El método más utilizado es inducir en el flujo una gran turbulencia por medio de cambios
repentinos tanto en dirección como en expansión, como sucede con el resalto hidráulico (salto
hidráulico), el cual es muy efectivo en la disipación de energía y convierte el flujo supercrítico en
subcrítico. Veremos brevemente las propiedades más importantes del salto hidráulico.
Consideremos un tramo de un caudal el cual posee dos controles tanto en la parte superior como
inferior: un aliviadero en la parte superior y una compuerta en la inferior (figura 2.15)
El vertedero o aliviadero produce flujo supercrítico al final de él y la compuerta se produce flujo
subcrítico antes de ella; el resultado es un conflicto entre la influencia de los dos controles: uno de
los cuales busca imponer flujo supercrítico y otro flujo subcrítico en el tramo de caudal dentro de
ellos. Este conflicto se puede resolver únicamente si el flujo pasa de régimen supercrítico a
subcrítico, y este paso no puede ser suave ya que el flujo ocurre de una baja elevación a una
mayor. Evidencia experimental muestra que el flujo puede transformarse de supercrítico a
subcrítico en forma abrupta por medio de un salto hidráulico; este cambio está acompañado de
considerable turbulencia y disipación de energía.
Dado que las pérdidas de energía en el salto hidráulico no son conocidas de antemano, este es un
caso donde no es posible aplicar la ecuación de la energía, así que tomamos el recurso de usar la
ecuación del momento. Consideremos, entonces, la situación general mostrada en la figura 2.16
en la cual puede o no haber pérdidas de energía entre las secciones 1 y 2 y puede o no haber un
obstáculo sobre el cual hay una fuerza de arrastre, Pf.
6
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
De acuerdo al principio del momento.
F1 – F2 – Pf = (>rQV) 2 – (rQV) 2
Donde r<> es la densidad del agua. Para un canal rectangular, es necesario considerar un ancho
unitario. Así que:
rqV2 – rqV1 = F1 – F2 – Pf =
Donde g es el peso específico del agua. Reorganizando términos.
Pf =
Haciendo la sustitución,
Para un salto hidráulico simple, Pf = 0 y la ecuación anterior puede escribirse como:
Esto es
Sustituyendo q =v1 y1,
o
(2.30)
La cual es la bien conocida ecuación del salto hidráulico, las profundidades del salto hidráulico
agua arriba (y1) y agua abajo (y2) son llamados conjugados o se cuentes la una de la otra. La
ecuación (2.30) es cuadrática en Y2/ Y1 cuya solución es dada por:
(2.31)
7
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
La ecuación (2.31) puede usarse para calcular la profundidad (Y2) aguas abajo del resalto hidráulico
cuando las condiciones aguas arriba son conocidas, consecuentemente es posible calcular la
profundidad aguas arriba (Y1) cuando las condiciones aguas abajo son conocidas, mediante la
siguiente expresión,
(2.32)
Es importante observar que el flujo después del salto hidráulico es subcrítico y entonces está
sujeto a un control adicional aguas abajo. Entonces la profundidad aguas abajo es causada no por
las condiciones aguas arriba sino por algún control actuando adicionalmente aguas abajo. Si este
control produce la profundidad requerida Y2, un salto se formará; de otra manera no. Los
estanques disipadores (o amortiguadores) y otras estructuras disipadoras utilizan esta propiedad
para crear un resalto hidráulico y disipar la energía en exceso en el salto.
Las características deseables en las estructuras disipadoras de energía (estanques o pozos
amortiguadores) son aquellas que tienden a:



Promover la formación de un resalto hidráulico dando condiciones adecuadas aguas
abajo.
Establecer una condición de un resalto hidráulico estable
Establecer su resalto hidráulico tan corto como sea posible.
La estabilidad y longitud del salto hidráulico varía de acuerdo a las condiciones aguas arriba y es
función del número de Froude (Fr1).
Cuando Fr1<1.7, la diferencia en energía es pequeña y puede disiparse por radiación. No se
necesita un salto hidráulico donde la energía es perdida convirtiéndose en calor debido a la
turbulencia. Para un numero de Froude en el rango entre2.5 a4.5 hay un bien definido, pero
todavía pobre salto hidráulico. Cuando Fr1esta entre4.5 a9.0el salto es fuerte y estable en una
posición, en este rango de números de Fraude es donde es más necesario la disipación de energía.
Cuando el salto hidráulico se forma sobre un lecho esencialmente horizontal la longitud de este es
aproximadamente de 6Y2 para un rango de 4.5 ≤ Fr1<13. Por razones económicas es deseable
tener longitudes del delantal que sean menores a 6Y2. Este acortamiento del salto se puede
obtener haciendo que la profundidad aguas abajo sea mayor que la profundidad conjugada Y2.Lo
anterior forzó al resalto a formarse parcial o completamente sobre la pendiente fuerte o cara
inclinada
Canales rectangulares horizontales
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, resultando una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
dirección del flujo. Un salto hidráulico se formará en el canal si el número de Froude (F) del flujo, la
profundidad (y1) y una profundidad aguas abajo (y2) satisfacen la ecuación:
Longitud del salto
La longitud del salto ha recibido gran atención de los investigadores, pero hasta ahora no se ha
desarrollado un procedimiento satisfactorio para su cálculo. Se acepta comúnmente que la
longitud “L” del salto se defina como la distancia medida entre la sección de inicio y la sección
inmediatamente aguas abajo en que termina la zona turbulenta.
Un salto hidráulico se formará en el canal si el número Froude F1 del flujo, la profundidad del flujo
y1 aguas arriba, y una profundidad aguas abajo y2 satisfacen la ecuación:


1
  1  8 F  1
2
y2 1
2

1  8 F1  1
y1 2
y1
y2
F
V 
2
2
V
gy
Q
by
La longitud del salto se puede determinar por las siguientes expresiones:
1. Para Canales Rectangulares
L
1.01
 9.75F1  1
y1
L  2.51.9 y2  y1 
L  10.3 y1
L


F1

F1  1
8 10  F1
(Pavlovski)
0.81
 * E
(Chertonsov)
(Aivazion)
Tipos de salto hidráulico
Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation en
función del número de Froude del flujo
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
Características básicas del salto hidráulico
Las principales características de los saltos hidráulicos en canales rectangulares horizontales son:

Pérdida de energía
La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica antes y después del
salto. Se puede mostrar que la pérdida es:
a).- Para el salto hidráulico simple:
3

y2  y1 
E 
4 y1 y2
b).- Para el salto hidráulico forzado:
q2  1
1 
 2  2
E   y1  y2  
2 g  y1
y2 

Eficiencia
La relación de la energía específica después del salto a aquella antes del salto se define como
eficiencia del salto. Se puede mostrar que la eficiencia del salto es:
Esta ecuación indica que la eficiencia de un salto es una función adimensional, dependiendo
solamente del número de Froude del flujo antes del salto.
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
II.
DASARROLLO DE LABORATORIO
1. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADO







Agua
Una cinta métrica de3mts de longitud
1 pesa de 15Kg
1 Hidrómetro
1 cronometro
Una bomba hidráulica de 1HP
1 Canal rectangular
Detalles del canal
a. Longitud total: 4870 mm
b. Longitud Practica: 4500mm
c. Ancho de canal: 75mm
d. Altura total de canal:120mm
2. EXPLICACION DEL TRABAJO REALIZADO EN EL LABORATORIO
 Se encendió la bomba que alimenta el canal
 Se abrió la válvula de pase, dando lugar a la circulación del caudal sobre el canal.
 Se calibro un hidrómetro
 Se nivelo el canal de laboratorio.
 Se coloco en el canal una placa metálica dejando una separación con el fondo del canal
simulando así una compuerta de tal forma que produzca un salto hidráulico simple, y
se dejo que se estabilizara el salto.
 Se midió la profundidad del flujo antes y después del salto
 Se midió la longitud del flujo antes y después del salto
 Se determino el caudal real.
 Se aplico 2 vueltas al mecanismo regulador de pendiente para tener flujo supercrítico.
 Se coloco la placa metálica tocando el fondo del canal simulando un vertedor
 El hidrómetro se coloco antes y después del Salto Hidráulico
11
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
 Se midió la profundidad del flujo antes y después del salto
 Se midió la longitud del flujo antes y después del salto
 Se determino el caudal real.
 Se coloco la placa metálica inclinada tocando el fondo del canal simulando un vertedor
 Se aplico 1 vueltas al mecanismo regulador de pendiente para tener flujo supercrítico
 El hidrómetro se coloco antes y después del Salto Hidráulico
 Se midió la profundidad del flujo antes y después del salto
 Se midió la longitud del flujo antes y después del salto
 Se determino el caudal real.
3. RESUMEN DE LOS DATOS OBTENIDOS
No.
De #
de Peso (Kg)
ensaye
Vueltas
1
0
15
2
2
15
3
0
15
4
1
15
5
0
15
6
2
15
Nota:
T tiempo
(Seg)
24.9
25.08
25.27
25.05
24.7
25.01
Y 1(cm)
Y2 (cm)
L (cm)
Causas de Salto
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
45
37
36
27
40
30
Por compuerta
Por compuerta
Por vertedero
Por vertedero
Vertedero inclinado
Vertedero inclinado
Hay que aclarar que las vueltas con signo negativos indican que, en la última vuelta de signo
positivos se retrocedió esas misma cantidad de vuelta en dirección contraria, poniendo la
manivela en cero vueltas, luego se comienzan a dar vueltas desde cero pero ahora en sentido
contrario a las vueltas iníciales
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
III. CALCULOS
1. METODOS Y FORMULAS A UTILIZARSE
Primeramente se calculara el caudal promedio (¨Q¨), esto se hará a través de:
Q promedio = (W/ρH2O*T promedio)
Donde
W = 15Kg
T = Tiempo promedio de llenado del volumen

Posteriormente se calculara la pendiente del canal (¨S¨), esto tomando en cuenta que
la posición inicial del canal la pendiente es cero, de ahí se obtienen pendientes
positivas y negativas si sube o baja el canal respectivamente.
S = N*2.54/4500
Donde:
N = numero de vuelta en cierta dirección
Nota:
4500mm es la longitud total del canal, y 2.5mm sube o baja el canal por cada vuelta
que se le dé a la manivela.


Luego se procederá a calcular la longitud teórica ¨L¨ del salto hidráulico, esto se hará
teniendo en cuenta que el tipo de salto estudiado es un salto simple, ya que la
ocurrencia del fenómeno se debe a la condiciones del canal (como son compuertas)
además se utilizara la ecuación de Pavlovski para su respectivo calculo.
L = 2.5 (1.9Y2  Y1)
A continuación se calculara las pérdidas de energía ¨∆E ¨que se produjeron durante el
salto hidráulico esto se hará a través de la siguiente ecuación:
∆E = (Y2  Y1)3/(4Y2*Y1)

También se calculará la fuerza especifica o función impulso (M) esto para saltos
hidráulico simples a través de la ecuación general que define dicho concepto
13
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
M = Y̅1 A1 + (Q2/gA1) = ̅̅̅
Y2 A2 + (Q2/gA2)

Finalmente para fines grafico se calculara la relación (Y2/Y1), relación que se debe
establecer de la siguiente forma para que pueda existir un salto hidráulico
Y2/Y1 = 0.5 (√1 + 8(F12 )  1)
Donde:
F = Numero de Froude = V2/ (g Y) = Q2/ (g*b2*Y3)
b = ancho de canal 7.5cm
2. CALCULOS MATEMATICOS

Caudal (Q) sobre el canal
Q promedio = (W/ρH2O*T promedio)
Tiempo promedio= (24.9 + 25.08 + 25.27 + 25.05 + 24.7 + 25.01)/6 =
= 24,002 seg
Q promedio = 15kg/ ((1000kg/m3)*24,002seg) = 0,0006m3/seg =600 cm3/seg

Pendiente ¨S¨ a diferentes valores de vueltas.
S = N*2.54/4500
N=1
N=2
S= 0,001
S = 0,002
14
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Longitud teórica del salto Hidráulico
L = 2.5*(1.9*Y2  Y1)
A continuación el procedimiento y resultado se muestra en la siguiente tabla:
Ensaye No.
Y2 (cm)
Y1 (cm)
1
2
3
4
5
6
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85

L (cm) teórica=
2.5*(1.9Y2  Y1)
14.975
12.250
15.825
15.663
15.575
9.275
Perdidas de Energía
∆E = (Y2  Y1)3/(4Y2*Y1)
A continuación el procedimiento y resultado se muestra en la siguiente tabla
Ensaye No.
Y2
Y1
∆E (cm) =
(Y2  Y1)3/(4Y2*Y1)
1
2
3
4
5
6
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
1.699
1.109
2.606
1.358
2.060
0.456
15
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Fuerza especifica o función Impulso.
M = Y̅1 A1 + (Q2/gA1) = ̅̅̅
Y2 A2 + (Q2/gA2)
Aguas abajo
M = (Y1/2) (b*Y1) + (Q2/ (g*b*Y1)) = (b/2) (Y1)2 + (Q2/ (g*b*Y1))
Pero también ¨M¨ puede ser expresado en función de Y2
Aguas arriba
M = (b/2) (Y2)2 + (Q2/ (g*b*Y2))
A continuación se plantea el procedimiento y resultados de los cálculos
Q= 600 cm3/seg
g = 981 cm/seg2
Ensaye No. Y2 (cm)
1
2
3
4
5
6
Nota:
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
Y1 (Cm)
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
(Aguas arriba)
M (cm3) =
3.75(Y2)2
(6002)/(981*7.5*Y2)
62.192
50.060
64.562
68.293
64.562
41.987
(Aguas abajo)
M (cm3) =
+ 3.75(Y1)2
(6002)/(981*7.5*Y1)
60.274
63.562
71.737
50.734
63.562
60.274
+
Hay que señalar que el resultado de ¨M¨ para aguas arriba es diferente del valor para
aguas abajo, aunque en teoría estos valores deberían ser iguales. Sus motivos serán
expuestos en las conclusiones de este reporte
16
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Relación Y2/Y1 para saltos Hidráulicos
Y2/Y1 = 0.5 (√1 + 8(F12 )  1)
F1 = Q2/ (g*b2*Y13)
Q= 600 cm3/seg
g = 981 cm/seg2
Ensaye No.
Y1 (cm)
Y2 (cm) F1 = (6002)/(981*7.52*Y13)
1
2
3
4
5
6
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
Y2/Y1 = 0.5(√1 + 8(F12 )  1)
14.532
17.527
26.403
7.486
17.527
14.532
10.623
12.742
19.020
5.636
12.742
10.623
Y2/Y1 (experimentales)
4.235
3.750
5.286
3.667
4.625
2.824
NOTA:
Según la teoría, para que ocurran un salto hidráulico éste debe satisface la ecuación de la
columna #5 de la tabla anterior, al comparar el resultado de la columna 5 y 6 de la tabla
en teoría deberían ser iguales, ya que estamos tratando de los mismos términos, pero
resulta que los datos son muy diferentes, entonces nos preguntamos ¿Qué pasa?
17
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
3. TABLA DE RESULTADOS
Ensaye
No.
1
2
3
4
5
6
Tipo
de Condiciones de salto
salto
Simple
Por compuerta
Simple
Por compuerta
Simple
Por vertedero
Simple
Por vertedero
Simple
Vertedero inclinado
Simple
Vertedero inclinado
Y1 (cm)
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
Y2 (cm) L (cm)
Experimental
3.6
45
3
37
3.7
36
3.85
27
3.7
40
2.4
30
18
L (cm)
Teórico
14.975
12.250
15.825
15.663
15.575
9.275
∆E
(cm)
1.699
1.109
2.606
1.358
2.060
0.456
M (aguas
abajo)
60.274
63.562
71.737
50.734
63.562
60.274
M (aguas
arriba)
62.192
50.060
64.562
68.293
64.562
41.987
Y2/Y1
Experimental
4.235
3.750
5.286
3.667
4.625
2.824
Y2/Y1
Teórico
14.532
17.527
26.403
7.486
17.527
14.532
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
GRAFICAS
Nota:
Aunque en teoría la fuerza especifica tanto aguas arriba como agua abajo debería ser igual, en la práctica estos valores resultan ser diferentes por ellos se
hará una grafica de M vs Y, para agua arriba y aguas abajo de forma independiente
 M
cm3(X)
Vs
Y
cm
3.850
3.600
3.600
3.700
3.100
3.000
2.600
2.100
M vs Y (Aguas abajo)
2.400
M vs Y (Agua Arriba)
1.600
1.050
1.100
0.600
41.000
0.850
46.000
51.000
56.000
0.800
61.000
0.700
66.000
19
71.000
(Y)
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
 Y2/Y1 (X) Vs F1 (Y)
Se puede observar que cuando la relación de Y2 y Y1 o la profundidad del salto aumentan el número de froude el estado del flujo se vuelve
mas supercrítico o rápido, turbulento teniendo una velocidad relativamente alta
Y2/Y1 Vs F1 (Teorico)
20.000
19.020
18.000
16.000
14.000
12.742
12.000
10.623
10.000
Y2/Y1 Vs F1 (Teorico)
8.000
6.000
5.636
4.000
2.000
0.000
0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
20
25.000
30.000
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
IV. COMPRESION DE LOS RESULTADOS
1. CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son las fuentes de error en el experimento?





La apreciación de las lecturas de los tirantes pudo ser incorrecta.
La mala calibración del hidrómetro
Mal estado de los equipos.
Error en la toma tiempo con el cronómetro
Error en la medición de la longitud del salto
2. Investigar cómo se clasifican los tipos de salto hidráulico de acuerdo al número de Froude.
 Para F = 1, el flujo es crítico y por consiguiente no se forma salto.
 Para F = 1 a 1.7, la superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el resalto
ondulante.
 Para F = 1.7 a 2.5, se desarrolla una serie de remolinos sobre la superficie del resalto, pero
la superficie del agua hacia aguas abajo permanece uniforme. La velocidad a través de la
sección es razonablemente uniforme y la pérdida de energía es bajo. Se presenta el resalto
débil.
 Para F = 2.5 a 4.5, existe un chorro oscilante que entra desde el fondo del resalto hasta la
superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad. Se produce entonces el resalto
oscilante.
 Para F = 4.5 a 9.0, la extremidad de aguas abajo del remolino superficial y el punto sobre el
cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurren prácticamente en la misma
sección vertical, esto produce el resalto estable.
 Para F = 9.0 y mayores, el chorro de alta velocidad choca con de agua intermedia que
ocurren hacia bajo a lo largo de la cara frontal del resalto generado ondas hacia aguas
abajo.
Resalto
fuerte
21
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
Según estudios del Bureau de Reclamación de los Estados Unidos de América (USBR), el salto
hidráulico se clasifica de acuerdo con el número de Froude en la sección de aguas arriba.
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
3. Indique bajo qué condiciones de flujo, ocurren los saltos hidráulicos en el experimento.
El flujo supercritico se da antes de la compuerta
El flujo supercritico se da después del vertedero con flujo nulo
El flujo supercritico se da después del vertedero sin flujo nulo
Ensaye
No.
Y1 (cm)
Y2 (cm)
F1 =
(6002)/(981*7.52*Y13)
Clasificación del salto
1
0.85
3.6
10.623
Salto fuerte
2
0.80
3
12.742
Salto fuerte
3
0.70
3.7
19.020
Salto fuerte
4
1.05
3.85
5.636
Salto permanente
5
0.8
3.7
12.742
Salto fuerte
6
0.85
2.4
10.623
Salto fuerte
23
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
4. Calcular la fuerza específica o la cantidad de movimiento producido tanto aguas arriba como
aguas abajo.
M = Y̅1 A1 + (Q2/gA1) = ̅̅̅
Y2 A2 + (Q2/gA2)
Teóricamente
Aguas abajo
M = (Y1/2) (b*Y1) + (Q2/ (g*b*Y1)) = (b/2) (Y1)2 + (Q2/ (g*b*Y1))
Aguas arriba
M = (b/2) (Y2)2 + (Q2/ (g*b*Y2))
Ensaye No.
Y2 (cm)
Y1 (Cm)
(Aguas arriba)
M (cm3) =
3.75(Y2)2 + (6002)/(981*7.5*Y2)
1
2
3
4
5
6
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
62.192
50.060
64.562
68.293
64.562
41.987
24
(Aguas abajo)
M (cm3) =
3.75(Y1)2+ (6002)/(981*7.5*Y1)
60.274
63.562
71.737
50.734
63.562
60.274
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
5. Determinar los tirantes conjugados en cada caso.
Y2/Y1 = 0.5 (√1 + 8(F21 )  1)
Ensaye
No.
1
2
3
4
5
6
Y2 (cm)
Y1 (Cm)
3.6
3
3.7
3.85
3.7
2.4
0.85
0.80
0.70
1.05
0.8
0.85
Y2/Y1
Experimental
4.235
3.750
5.286
3.667
4.625
2.824
Y2/Y1
Teórico
14.532
17.527
26.403
7.486
17.527
14.532
6. Determinar la longitud del salto hidráulico.
L
1.01
 9.75F1  1
y1
L  2.51.9 y2  y1 
L  10.3 y1
L


F1

F1  1
8 10  F1
(Pavlovski)
0.81
 * E
(Chertonsov)
(Aivazion)
Ensaye N°
L(cm) exp
L(cm) Pavlovski
L(cm) Chertonson
L(cm) Aivazion
1
45
14.975
16.943
16.966
2
37
12.250
17.698
9.450
3
36
15.825
19.249
15.742
4
27
15.663
13.989
23.846
5
40
15.575
17.698
17.549
6
30
9.275
16.943
4.557
25
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
7. Calcular la fuerza por unidad de ancho que ejerce el flujo sobre el obstáculo.
Pf
En un salto hidráulico simple
ˠ
Pf
b
=0
 M '1 M '2
La fuerza por unidad de ancho que ejerce el flujo sobre el obstáculo es cero porque no hay
obstáculo
La fuerza específica por unidad de ancho M' como:
MI 
M q2 y2


b
gy 2
8. Calcular la pérdida de energía.
3

y2  y1 
E 
4 y1 y2
Ensaye No.
Tipo de salto
Condiciones de salto
Y1 (cm)
Y2 (cm)
∆E (cm)
1
Simple
Por compuerta
0.85
3.6
1.699
2
Simple
Por compuerta
0.80
3
1.109
3
Simple
Por vertedero
0.70
3.7
2.606
4
Simple
Por vertedero
1.05
3.85
1.358
5
Simple
Vertedero inclinado
0.8
3.7
2.060
6
Simple
Vertedero inclinado
0.85
2.4
0.456
9. Exponga sus sugerencias acerca de la práctica
Se podría contar con más hidrómetros bien calibrados para la rapidez de la práctica y
poder tomas más datos de altura del flujo
26
Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
V. ANALISIS DE LOS RESULTADOS
1. CONCLUSIONES
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos.
 Comparando la longitudes teórica calculada con las ecuaciones de ( Pavlovski,
Chertonsov ,Avivazion)con la obtenida en laboratorio se observa que hay grandes
diferencias incluso entre las mismas longitudes teóricas por lo cual podemos concluir que
la distancia medida entre la sección de inicio y la sección inmediatamente aguas abajo en
que termina la zona turbulenta es difícil de apreciar y de obtener un valor exacto.
Fórmulas utilizadas no ofrecen exactitud y precisión satisfactoria.
 Los valores de los tirantes conjugados teóricos son mayores que los experimentales en
todos los ensayos realizados las profundidades del salto hidráulico agua arriba (y1) y agua
abajo (y2) son llamados conjugados o se cuentes la una de la otra.
 Para el caso de la compuerta es importante observar que el flujo después del salto
hidráulico es subcrítico y entonces está sujeto a un control adicional aguas abajo. Para el
caso del vertedor (donde se produce el flujo nulo) produce flujo supercrítico al final de él.
Para el caso del vertedero inclinado la velocidad se aumento inclinando la placa metálica
hasta que se desapareciera el flujo nulo y el salto hidráulico es menor.
 Según la teoría para que se produzca un salto hidráulico Y2/Y1 (experimentales), y Y2/Y1
= 0.5 (√1 + 8(F12 )  1) teórico deben ser iguales y nuestros resultados no cumple con la
condición pero el experimento se observo´ un cambio de nivel bajo a uno más alto lo cual
caracteriza un salto hidráulico
 Según los resultados se observa que donde hay más pérdidas de energía es en el
vertedero con flujo nulo luego le sigue el vertedero sin flujo nulo y por último el caso de la
compuerta estos resultados son bastante irregulares
 Hay que señalar que el resultado de ¨M¨ para aguas arriba es diferente del valor para
aguas abajo, aunque en teoría estos valores deberían ser iguales (el caudal, el ancho del
canal y la gravedad son constante Y1, Y2 varían por lo tanto el grado de precisión
dependerá de estos valores.
 Se concluye que afecto nuestros resultados fue la incorrecta apreciación de donde se
debió colocar el hidrómetro y la imprecisión al leer tas lecturas Y1, Y2, la mala calibración
del hidrómetro Error en la toma tiempo con el cronómetro
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Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II
VI. BIBLIOGRAFIA

Guías De Laboratorio De Hidráulica II. Departamento De Hidráulica. UNI.

Cuaderno de anotaciones Hidráulica II.

V.L.Streeter - Mecánica De Los Fluidos

Hidráulica de Canales Abiertos. Richard H. French. Edición I. McGraw – Hill de México.
1988.
VII. Anexos
28