UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS EAP Ing. Mecánica de Fluidos LABORATORIO DE HIDRAULICA LABORATORIO DE HIDRAULICA RESALTO HIDRAULICO OBJETIVOS Cuantificar experimentalmente, el fenómeno del resalto hidráulico, que se produce en un canal rectangular de pendiente muy baja o nula. Cualificar y Cuantificar los diferentes tipos de resalto hidráulico que se forman en un canal rectangular de pendiente muy baja o nula. GENERALIDADES El flujo rápidamente variado, es aquel cuyos cambios de tirante se dan en un tramo relativamente corto, tal cual es el resalto o hidráulico que se presenta como un aumento súbito del tirante. Este fenómeno ocurre cuando el flujo supercrítico (flujo rápido), pasa súbitamente, al flujo subcrítico (flujo lento, con aumento de tirante); disipando energía en forma de calor, en un tramo relativamente corto, un equilibrio de fuerzas. La ecuación momentum, permite el análisis para desarrollar las ecuaciones que gobiernan este fenómeno. MOMENTUM DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS En una sección de un canal, en la cual pasa un caudal Q con una velocidad V, la cantidad de movimiento en la unidad de tiempo, se expresa por: En la sección 1, actúan las fuerzas hidrostáticas 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 lo 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 con gran pérdida de energía. TIRANTES CONJUGADOS PARA UN CANAL RESTANGULAR. Considerando un canal de sección rectangular el momentum por unidad de longitud es: La anterior fuerza deberá estar en equilibrio con la fuerza hidrostática resultante: Igualando se tiene: Aguas abajo del resalto el tirante conjugado es: poniendo en función del caudal unitario en función del número de froude Los tirantes conjugados serán: MANUEL VICENTE HERQUINIO ARIAS Ing. Mecánico de Fluidos HIDRAULICA E HIDROLOGIA REV 29.08.2020 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS EAP Ing. Mecánica de Fluidos LABORATORIO DE HIDRAULICA En Y1 y Y2, tirantes conjugados, la función Momentum (M) es la igual para ambos tirantes, mientras que existe una variación de la energía específica, debida a la pérdida de energía producida por el resalto, como se observa en grafico Para un canal rectangular la función momento será: TIPOS DE RESALTO HIDRAULICO Teniendo en cuenta el número de Froude aguas arriba FR1 el USBR, clasifico diferentes tipos de resalto hidráulico en canales horizontales, la que se muestra en el siguiente cuadro: TIPOS DE RESALTO HIDRAULICO Longitud del resalto hidráulico En el diseño de obras hidráulicas la longitud del resalto toma importancia debida a su magnitud, siendo necesaria obras adicionales para reducir la longitud y aplicar medidas de protección de la superficie. La USBR basado en pruebas experimentales en 6 canales diferentes logro desarrollar el ábaco que se muestra, en función a la relación MANUEL VICENTE HERQUINIO ARIAS Ing. Mecánico de Fluidos HIDRAULICA E HIDROLOGIA REV 29.08.2020 𝑉𝑆 𝐹 . UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS EAP Ing. Mecánica de Fluidos LABORATORIO DE HIDRAULICA Silverster (1964) propone una ecuación empírica para el cálculo de la longitud del resalto en canales rectangulares y lechos horizontales: Otros parámetros que deben de tener en cuenta en el diseño son Perdida de energía 𝐸 = 𝐸 − 𝐸 = (𝑌 − 𝑌 ) 4𝑌 𝑌 Eficiencia del resalto se mide mediante la relación de la energía especifica en 1 y la energía especifica en 2: 𝐸 4𝑌 𝑌 𝜂 = = (𝑌 + 𝑌 ) 𝐸 TRABAJO DE LABORATORIO. 1. Determinar las características geométricas del canal de pendiente variable (sección rectangular). 2. Poner horizontalmente el canal, o en pendiente bien baja. 3. Hacer circular un caudal y aforar con el vertedero triangular. 4. Observar y diagramar los tipos de resalto por su posición. 5. Instalar el obstáculo perfil Creager. 6. Formar el resalto hidráulico. 7. Observar el tipo de resalto que se forma, cualificar según la USBR. 8. Medir los parámetros, tirante conjugado menor 𝑌 , el tirante conjugado mayor 𝑌 y la longitud del resalto L, y regístrelos en los cuadros adjuntos. DESARROLLO DEL INFORME 1. Calcular la velocidad media para cada caudal antes y después del resalto. 2. Calcular el tirante conjugado mayor 𝑌 en función de 𝑌 medido y comparar con la medida realizada en el proceso experimental. 3. Calcular la eficiencia teórica y experimental. 4. Calcular la longitud del resalto por diferentes autores (mínimo 5) y comparar con la medida realizada en el proceso experimental. 5. Calcule el número de Froude y clasifique el tipo de resalto que se presentó y compare con la clasificación cualitativa. 6. Graficar las curvas 𝐸 𝑣𝑠 𝑌 y 𝑀 𝑣𝑠 𝑌. CUADRO TOMA DE DATOS Para el 2° Caudal: Q= 3010 cm3/s B= 10.5 cm L= 40.8 cm MANUEL VICENTE HERQUINIO ARIAS Ing. Mecánico de Fluidos HIDRAULICA E HIDROLOGIA REV 29.08.2020 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS EAP Ing. Mecánica de Fluidos LABORATORIO DE HIDRAULICA ITEM Q cm3/s B cm 𝑌 (cm) 𝑌 (cm) L (cm) 1 2240 10.5 1.9 5.8 40.2 cm 2 3010 10.5 2.5 6.6 40.8 3 6360 10.5 4.7 9.6 41 Observaciones CUADRO DE CÁLCULOS H (cm) Q cm3 /s y1 cm y2 cm V1 FR1 experimental experimental cm/s experimental Longitud experimental (cm) Longitud (cm) Autor 1 y2 cm teórico Longitud (cm) Autor 2 Eespecifica 1 Eespecifica 2 Eespecifica 2 cm medido cm medido cm teórico Longitud (cm) Autor 3 𝜂 𝜂 teórico Longitud (cm) Autor 4 𝜂 experimental teórico Longitud (cm) Autor 5 __.__ MANUEL VICENTE HERQUINIO ARIAS Ing. Mecánico de Fluidos HIDRAULICA E HIDROLOGIA REV 29.08.2020 𝜂 experimental
