UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA

INGENIERA CIVIL

LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS E HIDRULICA

RESALTO HIDRULICO

CATEDRATICO:Ing. MANUEL VICENTE, HERQUINIO ARIAS

INTEGRANTES:ALIAGA ARQUI, MirkoARCO ARIMBORGO, HernnPERCA HANCCO, PatriciaSURICHAUI GUTIERREZ, Mercedes VERASTEGUI IBARRA, FranklinTURNO: SABADOS 9:15 11:30am

HUANCAYO PER2012

INTRODUCCIN

El presente trabajo consiste en visualizar los tipos de resalte hidrulico y la aplicacin de lo aprendido en clase.

El objetivo de este trabajo es mostrar a travs de pruebas experimentales como se puede medir el resalto hidrulico, el terico y el prctico.

Pero el paso inverso de rgimen rpido al lento se produce de forma brusca, con una fuerte disipacin de energa, que se manifiesta por un conjunto de remolinos, previos a la elevacin del calado correspondiente al rgimen lento. Este efecto se conoce como resalto hidrulico.

Para la obtencin de los calados conjugados y1 (rpido) e y2 (lento) en este proceso, se aplica la ecuacin de la conservacin de la cantidad de movimiento

RESALTO HIDRAULICO

OBJETIVOS:

Estudiar el comportamiento de un resalte hidrulico. Observar los diferentes tipos de resalte. Calcular el caudal del flujo. Verificar la validez de las ecuaciones que describen el comportamiento del flujo aplicando los principios de energa.

PRINCIPIOS TEORICOS

Generacin del resalto hidrulico El resalto hidrulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad. Este fenmeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del rgimen de flujo, de supercrtico a subcrtico.

Figura XI.1 Volumen de control en el resalto hidrulico, fuerzas hidrostticas (Fh) y fuerzas dinmicas (Fd).

En la seccin 1, actan las fuerzas hidrosttica F1h y dinmica F1d; en forma similar pero en sentido contrario en la seccin 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 direccin contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es mayor a F2d). Debido a la posicin de las fuerzas resultantes, ambas estn espaciadas una distancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentido contrario. En razn a la condicin de lquido, las partculas que lo componen adquirirn la tendencia de fluir en la direccin de las fuerzas predominantes, presentndose la mezcla del agua con lneas de flujo superficiales movindose en sentido contrario a la direccin de flujo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre las masas de lquido y el inevitable choque entre partculas, provocan la generacin de un medio lquido de gran turbulencia que da lugar a la absorcin de aire de la atmsfera, dando como resultado un medio mezcla agua-aire. Analizando el volumen de control contenido entre las secciones 1-2 se tiene que la fuerza de momentum por unidad de longitud, para un canal rectangular est dada por:

Las profundidades Y1 y Y2, se llaman profundidades conjugadas o secuentes, y tienen la particularidad que la funcin Momentum (M) es la misma para ambas profundidades, mientras que existe una variacin de la energa especfica, debida a la prdida de energa producida por el resalto, como se observa en la Figura XI.2

Figura XI.2. Resalto Hidrulico y diagramas E vs Y y M vs Y, en canales de fondo horizontal. En la Figura XI.2 se tiene que para un canal rectangular:

Las caractersticas del resalto hidrulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar esfuerzos cortantes superiores a los lmites admisibles para los materiales que componen el permetro mojado.

Tipos de resalto hidrulico El Bureau of Reclamation de los Estados Unidos investig diferentes tipos de resalto hidrulico en canales horizontales, cuya base de clasificacin es el nmero de Froude en la seccin de aguas arriba, Figura XI.3. En la prctica se recomienda mantener el resalto hidrulico en la condicin de resalto permanente o estable, por cuanto se trata de un resalto bien formado y accesible en las condiciones de flujo reales, si bien la disipacin que se logra no alcanza los mejores niveles. En los casos de resaltos permanente y fuerte, las condiciones hidrulicas aguas abajo son muy exigentes y difciles de cumplir en la prctica de la ingeniera.

CONSIDERACIONES DE DISEO Para el diseo de resaltos hidrulicos se consideran los siguientes aspectos.

Prdida de energa Se define como la diferencia de energas especficas antes y despus del resalto. Utilizando la expresin (XI.7) para despejar la cabeza de velocidad se tiene:

Longitud del resalto hidrulico Un parmetro importante en el diseo de obras hidrulicas es la longitud del resalto, que definir la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de proteccin de la superficie para incrementar su resistencia a los esfuerzos cortantes.

Los resultados de pruebas experimentales, realizadas en 6 canales de laboratorio, por el Bureau of Reclamation, en donde se relaciona L/Y2 vs FR1, se presentan en la Figura XI.4 Silverster (1964) propone una ecuacin emprica para el clculo de la longitud del resalto en canales rectangulares y lechos horizontales relacionada a continuacin:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A. trabajo preliminar

1. determinar las caractersticas geomtricas del canal.2. colocar la pendiente del canal en cero.3. Abrir la vlvula para permitir el flujo en el canal.4. instalar correctamente el obstculo en el canal.5. Manipular la compuerta al final del canal, para formar el resalto hidrulico aguas arriba.6. medir la altura de carga de agua sobre el vertedero triangular, localizado aguas abajo del canal rectangular.7. registrar los datos correspondientes a, Y1, Y2 y L

B. Mediciones

1. determinar el caudal a partir de la altura de carga de agua medida en el vertedero. Q= 13.842H2.51.2. calcular la velocidad media del flujo para cada caudal antes y despus del resalto.3. calcular el tirante conjugado aguas abajo (Y2) en funcin del Y1 medido y comprara con la medida realizada en el laboratorio.4. calcular la perdida de la energa terica y experimental.5. calcular la eficiencia terica y experimental.6. calcular la longitud del resalto y comparar con la longitud medida en el experimento.7. determinar el nmero de Froude y a partir de este clasificar el tipo de resalto que se presento y comparar con la clasificacin cualitativa realizada durante la experiencia.8. para diferentes valores de Y, dibujar las curvas de E vs Y y M vs Y para el ultimo caudal aforado y ubicar los valores correspondientes al resalto hidrulico.

C. ejecucin del trabajo experimental

CONECTAMOS EL TUBO EN EL BANCO BSICO, PARA DEJAR FLUIR EL LQUIDO.COLOCAMOS EL OBSTACULO. VISUALIZAMOS LOS TIPOS DE RESALTES HIDRAULICOS Y LOS CLASIFICAMOS.

TOMAMOS LOS DATOS DE TIEMPO Y VOLUMEN, ESTO SE REALIZO CON AYUDA DE UN BALDE Y CRONOMETROS. (SE TOMO TRES CAUDALES POR EXPETIMENTO) ESTE VOLUMEN FUE MEDIDO EN UNA PROBETA DE 1000 MILILITROS.

DESPUES DE HABER CALCULADO LOS DATOS PARA LA VELOCIDAD. SE PROCEDE A CAMBIAR EL CAUDAL DEL SIMULADOR DE CANAL. ESTO ES PARA OBTENER LOS DIVERSOS PUNTOS DE TIRANTES Y1 Y Y2.

COLOCAMOS EL LIMNIMETRO EN DONDE SE CONSIDERE EL PUNTO MAS BAJO DEL RESALTO HIDRAULICO, TOMAMOS APUNTE Y LUEGO COLOCAMOS EL LIMNIMETRO EN LA PARTE MAS ALTO DEL RESALTE HIDRAULICO, COMO SE APRECIA EN LA IMAGEN. PONEMOS CERO, PARA CALCULAR LA DIFERENCIA DE COTAS Y MEDIR LA DISTANCIA ENTRE AMBOS PUNTOS (Y1 y Y2).

LUEGO UBICAMOS UNA REGLA EN LA PARTE SUPERIOR DEL MODULO DE VISUALIZACION DE CANALES, PARA HALLAR EL ANCHO DEL MODULO, POR DONDE PASA EL FLUIDO.ASI SEGUIMOS LA PRUEBA, CON DIFERENTES CAUDALES, HALLANDO SUS TIRANTES EN DONDE SE CONSIDERE CONDICIONES NORMALES DE FLUJO.

EQUIPOS Y MATERIALES: Banco bsico. Mdulo de visualizacin de canales. Limnimetro. Probeta. Balde. Cronmetros. Regla. Libreta de apuntes.

DATOS OBTENIDOS:

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

Se recomienda trabajar en equipo y de manera ordenada para poder obtener resultados reales y de manera ms optima.

La designacin de labor a cada uno de los integrantes de grupo nos ayuda a trabajar de manera eficaz en el experimento.

BIBLIOGRAFA

STREETER V. Mecanica de Fluidos; Mc Graw Hill, 9a Ed. 1999. CHOW V. T. Hidraulica de Canales Abiertos, Mc Graw Hill, 1994. http://usuraios.arnet.com.ar/marman/Proyecto_Final.htm

LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS E HIDRULICA