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 2 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 8 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 9.75F1 1 y1 L 2.51.9 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 9 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. 10 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 12 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. 22 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 9.75F1 1 y1 L 2.51.9 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 27 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