Resalto Hidraulico Final.docx

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA

FACULTAD DE ARQUITECTURA, INGENIERÍA CIVIL Y DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL “Año del Diálogo y Reconciliación Nacional”

TIPOS DE FLUJO Y LÍNEA DE ENERGÍA Asignatura: LABORATORIO DE HIDRÁULICA GRUPO:

05

DOCENTE:

ING. Luis Genaro Gonzáles Galindo

INTEGRANTES:     Fecha:

Charaja Apaza Tatiana Xiomara Huancahuire Paredes Sebastián Rafhael Obando Gómez Valery Gardenia Sanz Tapia Alejandro Juan 19/10/2018

2018

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA 1.   

OBJETIVOS Entender el concepto de Resalto Hidráulico conceptual y experimentalmente. Dibujar la Línea de Energía a lo largo del canal multiusos considerando los tramos gradualmente variados y rápidamente variados Reconocer y dibujar los Resaltos Hidráulicos, además de hallar la longitud de resalto.

2. MARCO TEÓRICO En la figura 1.18 se muestra un resumen de los diferentes tipos de flujos que se presentan en canales abiertos.

El caudal Q, o el volumen de fluido que circula por una sección en la unidad de tiempo, está dado por: Q = vA Donde v es la velocidad media de la sección normal al flujo, de área transversal A, como se muestra e n la figura 1.19 (VILLON BEJAR, 1995) ECUACIÓN DE LA ENERGÍA O ECUACIÓN DE BERNOULLI En cualquier línea de corriente que atraviesa una sección de Un canal, se define como energía total a la suma de la energía de posición, más la de presión y más la de velocidad, es decir:

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 + 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 + 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑

Si la energía tota l s e expresa por unida d de peso, se obtiene la forma más conocida de la ecuación de Bernoulli, la cual s e representa como:

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Como la energía por unidad de pes o [m-kg/kg] se expresa en unidades de longitud, entonces los elementos de: 𝐸 =𝑍+𝑦+𝛼

𝑣2 2𝑔

Se expresan de la siguiente forma: E= altura total de energía Z= altura de posición Y= altura de presión 𝛼

𝑣2 = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 2𝑔

Siendo 𝑃 = 𝑍 + 𝑦 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 En caso de un fluido ideal, la energía E en 1 es igual a la energía en 2 (VILLON BEJAR, 1995)

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA Para el caso de un fluido real hay una pérdida de energía entre 1 y 2. En realidad no es energía perdida, sino transformada a calor debido a la fricción.

O bien: 𝐸1 = 𝐸2 + ℎ1−2 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒: ℎ1−2 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑖𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 1 𝑦 2

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA 3. METODOLOGÍA 3.1 Materiales - CANAL MULTIUSOS ARMFIELD C4 – MKII: Este accesorio es un pequeño canal abierto de 5m de longitud con paredes acrílicas para observar sin obstrucciones las zonas de estudio.

Figura 3.1 “Canal multiusos y Banco Hidráulico” -

RECIPIENTE: Para la toma de un volumen, el cual junto con el tiempo en el que se llena nos permitirá el cálculo del caudal.

Figura 3.2 “Recipiente de plástico”

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CRONÓMETRO: Para la toma del tiempo en el cual se llena el recipiente con agua.

Figura 3.3 “Cronómetro” 3.2 Procedimiento  Primero se asignó al canal una pendiente de 1%.

Figura 3.4 “Ajustador de Pendiente”  Segundo, Se tomaron medidas del tirante en cada sección cambiante de flujo tomando en consideración los siguientes puntos: Cambios de pendiente Cambios de forma Presencia de flujo gradualmente variado Presencia de flujo rápidamente variado Presencia de resaltos hidráulicos

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Figura 3.5 “Medición del tirante”

Figura 3.5 “Medición del tirante”

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Figura 3.5 “Medición del tirante”  Tercero y simultáneamente con el segundo paso, se tomaron 8 tiempos en el que se llenaba un recipiente para el cálculo del caudal, se emplearon dos métodos - Balde - Probeta

Figura 3.6 “Medición del caudal”

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA 4. CÁLCULOS Y RESULTADOS PUNTO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

DISTANCIA(m) 0.13 0.55 0.96 1.37 1.465 1.508 1.517 1.528 1.589 1.644 1.666 2.1 2.36 2.959 3.033 3.287 3.517 3.612 3.623 3.762 3.823 3.862 3.91 3.918 3.927 3.935 3.945 3.965 4.096 4.239 4.263 4.292 4.565 4.826

TIRANTE(cm) 9.5 8.5 7.1 6 5.8 5.5 5.3 4.5 5.7 7.2 7.3 6.1 6.1 4.2 4 3.5 3.4 3.3 1.8 1.3 1.9 2.7 1.3 1.5 8.7 9.7 10.5 11.1 11.2 11.6 12.4 12.6 12 11.5

TIRANTE(m) 0.095 0.085 0.071 0.06 0.058 0.055 0.053 0.045 0.057 0.072 0.073 0.061 0.061 0.042 0.04 0.035 0.034 0.033 0.018 0.013 0.019 0.027 0.013 0.015 0.087 0.097 0.105 0.111 0.112 0.116 0.124 0.126 0.12 0.115

TABLA Nº 1: “DATOS TOMADOS DEL TIRANTE PARA UNA PENDIENTE DE 1.5 % “

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA PUNTO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

DISTANCIA(m) TIRANTE(cm) TIRANTE(m) 0.13 0.55 0.96 1.37 1,465 1,508 1,517 1,528 1,589 1,644 1,666 2.1 2.36 2,959 3,033 3,287 3,517 3,612 3,623 3,762 3,823 3,862 3.91 3,918 3,927 3,935 3,945 3,965 4,096 4,239

9.5 8.5 7.1 6 5.8 5.5 5.3 4.5 5.7 7.2 7.3 6.1 6.1 4.2 4 3.5 3.4 3.3 1.8 1.3 1.9 2.7 1.3 1.5 8.7 9.7 10.5 11.1 11.2 11.6

0.095 0.085 0.071 0.06 0.058 0.055 0.053 0.045 0.057 0.072 0.073 0.061 0.061 0.042 0.04 0.035 0.034 0.033 0.018 0.013 0.019 0.027 0.013 0.015 0.087 0.097 0.105 0.111 0.112 0.116

ÁREA H.(m2) 0.0072 0.0065 0.0054 0.0046 0.0044 0.0042 0.0040 0.0034 0.0043 0.0055 0.0055 0.0046 0.0046 0.0032 0.0030 0.0027 0.0026 0.0025 0.0014 0.0010 0.0014 0.0021 0.0010 0.0011 0.0066 0.0074 0.0080 0.0084 0.0085 0.0088

ANCHO S.L(m) 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760 0.0760

VEL.(m/s) 0.0694 0.0775 0.0928 0.1099 0.1137 0.1198 0.1244 0.1465 0.1156 0.0916 0.0903 0.1081 0.1081 0.1569 0.1648 0.1883 0.1939 0.1997 0.3662 0.5071 0.3469 0.2441 0.5071 0.4394 0.0758 0.0680 0.0628 0.0594 0.0589 0.0568

P

Rh

0.2660 0.2460 0.2180 0.1960 0.1920 0.1860 0.1820 0.1660 0.1900 0.2200 0.2220 0.1980 0.1980 0.1600 0.1560 0.1460 0.1440 0.1420 0.1120 0.1020 0.1140 0.1300 0.1020 0.1060 0.2500 0.2700 0.2860 0.2980 0.3000 0.3080

0.0271 0.0263 0.0248 0.0233 0.0230 0.0225 0.0221 0.0206 0.0228 0.0249 0.0250 0.0234 0.0234 0.0200 0.0195 0.0182 0.0179 0.0177 0.0122 0.0097 0.0127 0.0158 0.0097 0.0108 0.0264 0.0273 0.0279 0.0283 0.0284 0.0286

n 0.15942 0.13953 0.11204 0.09085 0.08705 0.08138 0.07763 0.06284 0.08516 0.11399 0.11594 0.09276 0.09276 0.05740 0.05382 0.04503 0.04330 0.04158 0.01774 0.01098 0.01918 0.03157 0.01098 0.01358 0.14349 0.16342 0.17947 0.19157 0.19359 0.20168

V^2/2g 0.000245 0.000307 0.000439 0.000615 0.000658 0.000732 0.000788 0.001094 0.000682 0.000427 0.000416 0.000595 0.000595 0.001255 0.001384 0.001808 0.001916 0.002034 0.006835 0.013104 0.006135 0.003038 0.013104 0.009843 0.000293 0.000235 0.000201 0.000180 0.000177 0.000165

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA Para el cálculo de la longitud de resalto, lo que tenemos que hacer primero es identificar y dibujar los resaltos, además de mostrar sus tirantes conjugados mayores y menores.

Donde y6=5.5 cm; y8=4.5 cm

Donde y22=2.7 cm; y23=1.3 cm

-

Para el cálculo del resalto hidráulico hay muchas formas, entre las cuales tenemos a: Sienchin: 𝐿 = 𝑘(𝑦2 − 𝑦1 ) Donde k es una constante dependiente del talud, y2 el tirante conjugado mayor y y1 el menor. Talud Z k

0 5

0.5 7.9

0.75 9.2

1.0 10.6

Reemplazando: 𝐿6−8 = 5(0.055 − 0.045) = 0.05𝑚 𝐿22−23 = 5(0.027 − 0.013) = 0.07𝑚

1.25 12.6

1.5 15

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Pavlovski: 𝐿 = 2.5(1.9𝑦2 − 𝑦1 ) Donde y2 es el tirante conjugado mayor y y1 el menor. 𝐿6−8 = 2.5(1.9 ∗ 0.055 − 0.045) = 0.149𝑚 𝐿22−23 = 2.5(1.9 ∗ 0.027 − 0.013) = 0.096𝑚 Donde podemos apreciar la diferencia de las longitudes de resalto dependiendo de la fórmula. Además calculamos el Nª de Froude en 8 y 23: 𝐹𝑅 =

𝑣 √𝑔𝐷𝐻

Debido a que con el número de Froude podremos clasificar si el resalto: Fr =1.7 – 2.5 Débil Fr = 2.5 – 4.5 Oscilante Fr = 4.5 – 9.0 Estable y Equilibrado Fr = 9.0 a más Fuerte e Irregular

P8 P 23

V 0.146 0.507

g 9.810 9.810

A 0.003 0.001

T 0.076 0.076

Dh 0.045 0.013

Froude 0.220 1.420

Concluyendo que ninguno de nuestros resaltos puede ser clasificado según los parámetros de la U.S. Bureau of Reclamation.

5. CONCLUSIONES   

Se logró entender el concepto de Resalto Hidráulico conceptual y experimentalmente. Se dibujó la Línea de Energía a lo largo del canal multiusos considerando los tramos gradualmente variados y rápidamente variados Se pudo econocer y dibujar los Resaltos Hidráulicos, además de hallar la longitud de resalto.

TIPOS DE FLUJO Y LÍNEA DE ENERGÍA

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA 6. RECOMENDACIONES   

Es recomendable tomar los tiempos de manera más exacta, ya sea aumentando el número de personas tomando el mismo tiempo o aumentado la cantidad de veces. Se sugiere que se use más de una pendiente, teniendo así una forma de comparar las variaciones que presentan al cambiar de pendiente. Se recomienda conseguir depósitos más exactos para la toma del volumen de agua en un tiempo, ya que al ser depósitos arbitrarios no permiten un cálculo con exactitud.

7. BIBLIOGRAFÍA

Universidad Privada del Valle. (2015). GUIAS DE PRACTICAS ICI. Bolivia. VILLON BEJAR, M. (1995). HIDRÁULICA DE CANALES. Costa Rica: Editorial Tecnológica de Costa Rica.

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