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UNIVERSIDAD DEL NORTE

LABORATORIO #5: RESALTO HIDRÁULICO

MIGUEL FELIPE CAÑAVERA DAVID JOSEB MERCADO PASTOR ANDRÉS FELIPE MERIÑO CABAS

HIDRÁULICA DE TUBERÍAS

INGENIERÍA CIVIL

2018-l

1

ÍNDICE

1. Introducción___________________________________________ 3 2. Objetivos_____________________________________________ 3 3. Marco Teórico_________________________________________ 4 4. Procedimiento_________________________________________ 4 5. Datos experimentales___________________________________ 5 6. Cálculos______________________________________________ 5 7. Análisis de resultados ___________________________________8 8. Referencias ___________________________________________ 9 9. Anexos: Registro fotográfico ______________________________10

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INTRODUCCIÓN Los saltos hidráulicos ocurren cuando existe la interacción entre aguas arriba y aguas abajo que tienen un impacto directo en toda la extensión del canal, es a raíz del retraso que sufre una corriente de agua que fluye a altas velocidades y pasa a una zona con velocidad mucho más disipada. Esto sucede solamente en los canales que tienen fondos horizontales ya que es propenso a llevar mejores análisis y no son tan complejos en comparación con aquellos canales que tienen pendientes, y éstos a su vez, teóricamente son difíciles de analizar. Los resaltos hidráulicos van soportado por una disipación de energía que cumple una función importante a lo largo de toda la extensión del canal y es que está caracterizada por factores que acompañan este experimento y entre ellos se encuentran la velocidad promedio antes del resalto, velocidad promedio después del resalto, profundidad del flujo antes del resalto y profundidad del flujo después del resalto. El resalto hidráulico se puede presentar en una superficie libre con características homogéneas.

OBJETIVOS

 Investigar las características de una onda estacionaria producida por el flujo de agua por debajo de una compuerta y observar los patrones de flujo obtenidos.

 Interpretar la disolución de la energía que ocurre en la formación del resalto hidráulico.

 Demostrar la ecuación de la pérdida de energía por efectos del resalto por medio de sus factores de velocidad y profundidades.

 Establecer qué clase de resalto hidráulico se presenta en el experimento.

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MARCO TEÓRICO El

resalto

hidráulico

ha

iniciado

sus

estudios

desde

hace

200

años

aproximadamente por científicos de la época que se han propuesto varias inferencias pero entre todas la más relevante es como está distribuida el canal donde transcurre el flujo de agua que afectad directamente el resalto hidráulico, es aquí donde nacen los términos de pendientes suaves o subcríticas y las empinadas o supercríticas. Se llegó a la conclusión que los resaltos hidráulicos no son muy esperados en los canales empinados debido que las barreras del flujo uniforme original eran muy disipados. En un principio, la teoría del resalto desarrollada corresponde a canales horizontales o ligeramente empinados en los que el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su comportamiento y, por consiguiente, no se considera en el análisis. Sin embargo los resultados obtenidos de este modo pueden aplicarse a la mayor parte de los canales encontrados en problemas de ingeniería. Para  canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el análisis. Tipos de resalto hidráulico: 

Resalto directo: se presenta cuando el cambio de profundidad en el resalto es grande, el cambio es rápido.



Resalto ondulatorio: se presenta cuando el cambio de profundidad es pequeño, el agua sube por medio de una serie de ondulaciones que van disminuyendo gradualmente.

PROCEDIMIENTO 

Ajustar y posicionar el alfiler que toma la altura sobre el lecho del canal. En este caso se tomara una primera altura de 0.015 metros.

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

Colocar un registro de parada en el extremo del canal, se usará una probeta para medir el caudal.



Abrir la válvula de control del flujo y ajustarlo hasta que se empiecen a notar pequeñas ondulaciones en descomposición hasta el extremo de descarga.



Aumentar la altura de aguas arriba a medida que se aumenta el caudal y aumentar la altura de los obstáculos finales para así poder crear un salto hidráulico.



Medir y registrar los valores de Y1, Y3, Y9 y Q.

DATOS EXPERIMENTALES Los datos tomados en el laboratorio fueron los siguientes: Y9(mm) Y1(mm) Y3(mm) Q(l/min) 12 9,2 41 56,25 12 9,2 41 52,14 9 6,5 39,4 52,14 9 6,5 37 46,41 6 6,5 33 46,41 6 5 31 34,92 Donde:    

Y1= profundidad antes del resalto hidráulico. Y2= después del resalto hidráulico. Y9= abertura de la compuerta. Q= caudal.

CÁLCULOS En este inciso se procede a realizar los cálculos respectivos para el experimento de resalto hidráulico realizado. Como primer paso de proceder a convertir los datos tomados en unidades consistentes. Luego se procede a calcular la velocidad para cada dato, antes y después del resalto. Teniendo en cuenta que b es el ancho de la compuerta del canal el cual es de 76mm. Se usa la siguiente ecuación: 5

v=

Q A

Donde:

Y9(m)

Y1(m)

Y3(m)

0,012

0,0092

0,012

0,0092

0,009

0,0065

0,009

0,0065

0,006

0,0065

0,006

0,005 A= y∗b

Q(m^3/s) Delta H 0,000937 0,0213132 0,041 5 5 0,0213132 0,041 0,000869 5 0,0347630 0,0394 0,000869 7 0,000773 0,0294933 0,037 5 7 0,000773 0,0216895 0,033 5 4 0,0283483 0,031 0,000582 9

A1(m^2) A3(m^2) 0,000699 2 0,003116 0,000699 2 0,003116 0,002994 0,000494 4

V1(m/s) 1,3408180 8 1,2428489 7 1,7591093 1 1,5657894 0,000494 0,002812 7 1,5657894 0,000494 0,002508 7 1,5315789 0,00038 0,002356 5

V3(m/s) 0,3008665 0,2788831 8 0,2902083 9 0,2750711 2 0,3084130 8 0,2470288 6

v 12 Y3 vs ; Gráfica¿ 1 g∗Y 1 Y 1

7 6

(y3/y1)

5 4 3 2 1 0 15

20

25

30

35

40

45

50

55

v1^2/g*y1

6

v1^2/g*y1

y3/y1

47,8233246

6,2

38,4489403

5,69230769

17,1151173

4,45652174

19,9197039

4,45652174

38,4489403

5,07692308

48,5292178

6,06153846

Delta H Y 3 vs ; Gráfica¿ 2 Y1 Y1

7 6 5 4 3 2 1 0

2

2.5

DELTA H / Y1 5,66967742 5,34816463 4,53744203 3,33685225 2,31665764

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

Y3/Y1 6,2 6,06153846 5,69230769 5,07692308 4,45652174 7

2,31665764 4,45652174

Luego se procede a calcular Yc o profundidad critica.

Yc=

√ 3

Q2 g

Y1(m) 0,0092 0,0092 0,0065 0,0065 0,0065 0,005

Yc(m) Y3(m) 0,0044746 4 0,041 0,0042539 3 0,041 0,0042539 3 0,0394 0,0039362 6 0,037 0,0039362 6 0,033 0,0032563 1 0,031

El intervalo Y1