UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

INFORME #4

Tema:

RESALTO HIDRAÚLICO

Curso: Hidraulica

I. INTRODUCCIÓN

Los saltos hidráulicos ocurren cuando el flujo no es continuo. Este puede producirse en cualquier canal, pero en la práctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal, ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difícil de analizar teóricamente.

El salto hidráulico puede tener lugar ya sea, sobre la superficie libre de un flujo homogéneo o en una interface de densidad de un flujo estratificado, en ambos casos hay disipación de energía.

Cuando en un canal con flujo supercrítico se coloca un obstáculo que obligue a disminuir la velocidad del agua hasta un valor inferior a la velocidad crítica se genera una onda estacionaria de altura infinita a la que se denomina resalto hidráulico, la velocidad del agua se reduce de un valor V1 > C a V2 < C, la profundidad del flujo aumenta de un valor bajo Y1 denominado inicial a un valor Y2 alto denominado secuente.

II. OBJETIVOS

Estudiar el fenómeno del cambio de régimen de flujo supercrítico a régimen de flujo subcrítico, en el canal de sección rectangular.

Observar los diferentes tipos de resalto que se forman en la práctica en un canal horizontal.

Trazar la curva de fuerza especifica con los datos experimentales.

III. MARCO TEÓRICO

El resalto hidráulico 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 fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcríttico. En la solución del problema de salto hidráulico se utiliza el principio de la cantidad de movimiento y la ecuación de Continuidad. Para establecer una relación entre los tirantes antes y después del salto, se considera una canalización con flujo uniforme.

En la gráfica se muestra el Volumen de control en el resalto hidráulico, fuerzas hidrostáticas (Fh) y fuerzas dinámicas (Fd).

En la figura se muestra cómo actúan las fuerzas hidrostáticas y dinámicas (F1h, F1d) respectivamente; en forma similar pero en sentido contrario se da al otro lado, F2h y F2d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas da como resultado F1 y F2 respectivamente.

Tipos de resalto hidráulico

Fr1 Tipo de Resalto Hidráulico1-1.7 Ondular

1.7-2.5 Débil2.5-4.5 Oscilatorio4.5-9.0 Regular> 9.0 Fuerte

Resalto en canales rectangulares

Para un flujo supercrítico en un canal rectangular horizontal, la energía del flujo se disipa a través de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso en la velocidad y un incremento en la profundidad en la dirección del flujo. Un resalto hidráulico se formara en el canal si el numero de Froude (F1) del flujo, la profundidad del flujo (Y1)y la profundidad (Y2) aguas abajo satisfacen la ecuación:

Y2/Y1 = 1/2 [(1 + 8 F12)1/2 - 1]

Longitud del Resalto Hidráulico

Un parámetro importante en el diseño de obras hidráulicas es la longitud del resalto, que definirá la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de protección de la superficie para incrementar su resistencia a los esfuerzos cortantes.

L = 5 (Y2- Y1)

Pérdida de energía

Se define como la diferencia de energías específicas antes y después del resalto.

DE = E1 – E2 = (Y2 – Y1)3 /(4 Y1Y2)

Eficiencia:

Es relación entre la energía específica antes y después del resalto se define como la eficiencia del resalto. Puede demostrarse que la eficiencia es:

E1/E2 = ((8 F12 + 1)3/2 – 4F1

2 + 1)/(8 F12 (2 + F1

2))

F: número de Froude.

IV. MATERIALES Y EQUIPOS

- Canal de pendiente variable- Limnímetro de puntas- Tubo de Pitot

V. PROCEDIMEINTO

- Hacer circular agua en el canal- Colocar el canal de una forma tal que se produzca el flujo supercrítico.- Provocar el resalto hidráulico colocando el vertedero.- Medir el caudal- Medir los tirantes de agua antes y después del resalto hidráulico- Repetir el paso anterior para diferentes pendientes- Cambiar el caudal y repetir los pasos anteriores.

VI. RESULTADOS

Datos para hallar el tirante:

Lim fondo (m) 0.2638

velocidad (m/s) 1.39caudal (m3/s) 0.021

base (m) 0.25

N prueba Y1 - Y2 Área(m2)

M1- M2 (m3)

M1 ó M2(kg*m3/m3)

Froude Tipo de salto

Tipo de Salto Velocidad (m/s)

H(m)

1 0.074 0.0185 0.003114453 3.114452889 2.666646562 2.272039208 salto débil 1.935825405 0.2652 0.0537 0.013425 0.003709 3.708999681 3.216091317 2.334264246 salto débil 1.694227257 0.23 0.059 0.01475 0.003482863 3.482862521 2.606498487 1.982978414 salto débil 1.508615259 0.1753 0.138 0.0345 0.003683518 3.683518216 0.537629747 0.625543242 sin resalto 0.727832398 0.1652 0.176 0.044 0.004893685 4.893684737 0.43688469 0.574060497 sin resalto 0.75430763 0.2051 0.226 0.0565 0.007180148 7.180148291 0.309512131 0.460857224 sin resalto 0.686206966 0.25

N prueba Caudal (m3/s)1 0.0358132 0.0227453 0.0222523 0.0251102 0.0331901 0.038771

N prueba Δ E (kg.m/m)

1 0.0522 0.0483 0.015

Longitud salto hidráulico (m)

Pendiente (So)

L1 1.09 7.50%L2 0.87 4.50%L3 0.66 2%

Gráfica

0.002 0.004 0.006 0.0080.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

Fuerza - Tirante

Fuerza Específica M (Kg)

Tira

nte

y (c

m)

VII. DISCUCIONES

L a longitud del resalto hidráulico (L) tiene una relación directa con la pendiente, cuanto mayor pendiente mayor será el valor de L.

En la primera ´prueba se trabajó una pendiente (S) igual a 7.5%, y se obtuvo un tirante menor igual a 0.074 m y un tirante mayor igual a 0.226. El tipo de salto en el punto 1 fue Salto débil, y en el punto2 Sin resalto. Se verifica con los valores obtenidos en número de Froude.

En la segunda prueba se trabajó con S= 4,5%, y se obtuvo un tirante menor (Y1) igual a 0.0537 m y un tirante mayor (Y2) igual a 0.176m. El tipo de salto en el punto 1 fue Salto débil y en el punto 2 Sin resalto.

En la tercera prueba se trabajó con S= 2%, y se obtuvo un Y1= 0.059 m y un Y2= 0.138 m. El tipo de salto en el punto 1 fue de Salto débil y en el punto 2 Sin resalto.

VIII. CONCLUSIONES

Se pudo hacer el estudio experimental de un resalto hidráulico en un canal rectangular.

Al ocurrir un resalto hidráulico el tirante será siempre inferior al crítico. A mayor caudal, mayor es el Y2 calculado La energía crítica y el Yc es más alto en el caudal mayor.

IX. BIBLIOGRAFÍA

http://www.cec.uchile.cl/~ci41a/DOCS/Guia%20Laboratorio%20CI41A.pdf http://www.slideshare.net/renton_1/flujoencanalabierto