Salto Hidráulico En Un Canal Rectangular 1o5c4s

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA, METALÚRGICA Y GEOGRÁFICA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL _______________

“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

Alumno: Revilla Taya, Junior A. Curso: Laboratorio de Hidráulica Trabajo:

LABORATORIO 4,5 Y 6 Año 2015

SALTO HIDRÁULICO EN UN CANAL RECTANGULAR I. 

OBJETIVO Analizar el flujo por debajo de una compuerta deslizante con formación de salto (o resalto) hidráulico en un canal rectangular.



Estimar las características del salto hidráulico en un canal horizontal tales como: pérdida de carga y la pérdida de potencia del flujo, eficiencia, altura, longitud.

II.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS:



Un canal rectangular de acrílico, de pendiente variable.



Una compuerta deslizante.



Un sistema de suministro constante y permanente de agua (bomba).



Un instrumento para medir el caudal a través del canal (vertedero triangular de 53o 8’).



Un instrumento para medir el tirante o profundidad de flujo en el canal (limnímetro rodante).



Una wincha.

III. IV.

MARCO TEÓRICO:

El salto hidráulico es un fenómeno de la ciencia en el área de la hidráulica que es frecuentemente observado en canales abiertos como ríos y rápidos. Cuando un fluido a altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensión abrupta en la superficie del fluido. Éste fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energía cinética inicial del flujo en energía potencial, sufriendo una inevitable pérdida de energía en forma de calor. En un canal abierto, este fenómeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rápidamente frenando y elevándose sobre él mismo, de manera similar a cómo se forma una onda-choque

En el salto hidráulico La función momentum se mantiene, es decir 𝑀2 = 𝑀3 o sea, 𝐹𝑟,3 =

𝑞 √𝑔𝑦33

; 𝐹𝑟,2 =

𝑞 √𝑔𝑦23

Pérdida de energía en el salto Si ∆𝐸 es la pérdida de energía en el salto, entonces ∆𝐸 = 𝐸2 − 𝐸3 Donde 𝑞2

𝐸2 = 𝑦2 + 2𝑔𝑦2

(Energía específica en la sección 2)

2

𝑞2

𝐸1 = 𝑦1 + 2𝑔𝑦2

(Energía específica en la sección 1)

1

Pérdida de potencia [del flujo] en el salto La pérdida de potencia (∆𝑃) en el salto se puede estimar como ∆𝑃 = 𝜌𝑔𝑄 ∆𝐸 Eficiencia del salto 2 2 𝐸3 (8 𝐹𝑟,2 + 1)3/2 − 4 𝐹𝑟,2 +1 = 2 2 𝐸2 8𝐹𝑟,2 (2 + 𝐹𝑟,2 )

Altura del salto ℎ𝑗 = 𝑦3 − 𝑦2

Longitud del salto Se puede definir como la como la distancia medida desde la cara del frente del salto a un punto sobre la superficie inmediatamente aguas abajo del rodillo 𝐿 = 6.9(𝑦3 − 𝑦2 )

V.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 1. Ajustar en cero la pendiente del canal (canal horizontal). 2. Dejar pasar un caudal determinado. 3. Fijar la posición de la compuerta deslizante en una altura determinada, medida desde el fondo del canal. Sellar los límites entre los lados de la compuerta y las paredes del canal a fin de evitar filtraciones. 4. Esperar estabilizar las condiciones antes de medir el caudal Q junto con las profundidades 𝑦1 , 𝑦2 y 𝑦3 . 5. Poner otro valor de caudal y repetir el procedimiento de medición.

VI.

CÁLCULOS: 𝑄

Para las profundidades 𝑦1 , 𝑦2 y 𝑦3 medidas, y 𝑞 = 𝑏 dado, calcular: 𝐸 =𝑦+ 

𝑞2 2𝑔𝑦 2

𝐶𝑎𝑠𝑜 1 ∶

𝑦1 = 30.5 − 18 = 12.5 𝑐𝑚 𝑦2 = 20.1 − 18 = 2.1 𝑐𝑚 𝑦3 = 25 − 18 = 7 𝑐𝑚 𝑏 = 10 𝑐𝑚 𝑄 = 3.01 𝑙𝑡/𝑠 Profundidad 0.125 0.021 0.07

1 2 3

Energía Especifica 0.128 0.126 0.079

Para las profundidades 𝑦1 , 𝑦2 e , 𝑦3 medidas, y 𝑞 = 𝑀1 = (

1 2 3

Profundidad 0.125 0.021 0.07

𝑄 𝑏

dado, calcular:

𝑞2 𝑦12 + ) 𝑔𝑦1 2

Momentum 0.009 0.005 0.004

Energía Específica vs Profundidad 0.14

0.125

0.12 0.1 0.08 0.07 0.06 0.04

0.021

0.02 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

PERFIL DE FLUJO

12.5 cm 7 cm 2.1 cm

PROFUNDIDAD VS MOMENTUM 0.14 0.121

0.12 0.1

0.08

0.074

0.06 0.04 0.02

0.018

0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009



𝐶𝑎𝑠𝑜 2 ∶

𝑦1 = 30.1 − 18 = 12.1 𝑐𝑚 𝑦2 = 19.8 − 18 = 1.8 𝑐𝑚 𝑦3 = 25.4 − 18 = 7.4 𝑐𝑚 𝑏 = 10 𝑐𝑚 𝑄 = 2.98 𝑙𝑡/𝑠

1 2 3

Profundidad 0.121 0.018 0.074

Energía Especifica 0.124 0.158 0.082

Para las profundidades 𝑦1 , 𝑦2 e , 𝑦3 medidas, y 𝑞 = 𝑀1 = (

1 2 3

𝑄 𝑏

dado, calcular:

𝑞2 𝑦12 + ) 𝑔𝑦1 2

Profundidad 0.121 0.018 0.074

Momentum 0.008 0.005 0.004

Energía Específica vs Profundidad 0.14 0.121

0.12

0.1

0.08 0.074

0.06

0.04

0.02

0 0.000

0.018

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

PERFIL DE FLUJO

0.120

0.140

0.160

0.180

12.1 cm 7.4 cm 1.8 cm

PROFUNDIDAD VS MOMENTUM 0.14 0.121

0.12 0.1 0.08

0.074

0.06 0.04 0.02

0.018

0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009

VII.

CONCLUSIONES

 Las características que se observan en el caso de flujo subcrítico, es la de un flujo lento o tranquilo, el nivel efectivo del agua en una sección determinada está condicionado al nivel de la sección aguas abajo.  Las características que se observan en el caso de flujo supercrítico, es la flujo veloz o rápido, el nivel del agua efectivo en una sección determinada está condicionado a la condición de contorno situada aguas arriba.