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Universidad de OrienteNcleo de Anzotegui
Escuela de Ingeniera y Ciencias AplicadasDepartamento de Ingeniera CivilCtedra: a!oratorio de "idrulica
C#digo: $%$&'%(
Resalto Hidrulico
)ro*esora: +rupo: $(,arval- .omina /ac0illeres:)reparador: +onzalez- Asdru!al.o1as- ,aria Diaz- Andres Calzadilla- 2ose
3alcedo- eonardo
/arcelona- mayo de '$(4
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INDICE
O/2E5I6O............................................................................................................4
,A.CO 5EO.ICO.................................................................................................5
,A5E.IAE3 7 E8UI)O3.......................................................................................8
).OCEDI,IEN5O E9)E.I,EN5A..........................................................................9
5A/A DE DA5O3 7 .E3U5ADO3........................................................................10
+.;ICO3.........................................................................................................12
A)ENDICE.........................................................................................................14
"O2A DE DA5O3.............................................................................................14
;(?
II
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OBJETIVO
Determinar las caractersticas de un resalto 0idrulico utilizando una compuertavertical de a!ertura varia!le y una compuerta de cola de ngulo varia!le>
II
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III
MARCO TEORICO
El resalto 0idrulico es una so!re elevaci#n de la super*icie l@uida- el cual sepresenta al pasar de una pro*undidad menor a mayor en una corta longitud- esta se conocecomo pro*undidad crtica o energa mnima> El resalto 0idrulico ocurre cuando se pasa de un*lu1o rpido a uno tran@uilo es decir pasa de un tirante menor al crtico mayor>
Este *en#meno se presenta muy *recuentemente en la !ase de em!alses- aguas de!a1o decompuertas y en los alrededores de o!stculos sumergidos>
Disipaci De Eer!"a
Uno de los aspectos @ue generalmente merece especial atenci#n en el diseo deo!ras 0idrulicas de montaa es la disipaci#n de la energa cinBtica @ue ad@uiere un c0orrol@uido por el incremento de la velocidad de *lu1o> Esta situaci#n se presenta en vertederos deecedencias- estructuras de cada- des*ogues de *ondo- !ocatomas- salidas de alcantarillas-etc>
a disipaci#n de la energa cinBtica puede lograrse aplicando di*erentes medidas- asa!er: generaci#n de resalto 0idrulico- impacto o incremento de la rugosidad>
#eeraci del resalto $idrulico
El resalto 0idrulico es el ascenso !rusco del nivel del agua @ue se presenta en uncanal a!ierto a consecuencia del retardo @ue su*re una corriente de agua @ue *luye a elevadavelocidad> Este *en#meno presenta un estado de *uerzas en e@uili!rio- en el @ue tiene lugar uncam!io violento del rBgimen de *lu1o- de supercrtico a su!crtico> Consideremos el siguientees@uema:
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En la secci#n (- actan las *uerzas 0idrosttica ;(0y dinmica ;(d en *orma similar pero ensentido contrario en la secci#n '- ;'0y ;'d> En am!as secciones la sumatoria de *uerzas da
como resultado ;( y ;' respectivamente> En el estado de e@uili!rio- am!as *uerzas tienen lamisma magnitud pero direcci#n contraria la *uerza ;(0es menor a ;'0- inversamente ;(desmayor a ;'dF> De!ido a la posici#n de las *uerzas resultantes- am!as estn espaciadas unadistancia d- lo cual genera un par de *uerzas de la misma magnitud pero de sentido contrario>En raz#n a la condici#n de l@uido- las partculas @ue la componen ad@uirirn la tendencia de*luir en la direcci#n de las *uerzas predominantes- presentndose la mezcla del agua conlneas de *lu1o super*iciales moviBndose en sentido contrario a la direcci#n de *lu1o y demanera inversa en la zona cercana a la solera> El repentino encuentro entre las masas del@uido y el inevita!le c0o@ue entre partculas- provocan la generaci#n de un medio l@uido degran tur!ulencia @ue da lugar a la a!sorci#n de aire de la atm#s*era- dando como resultado un
medio mezcla aguaGaire>
Tipos de resalto $idrulico
El /ureau o* .eclamation investig# di*erentes tipos de resalto 0idrulico en canales0orizontales- cuya !ase de clasi*icaci#n es el nmero de ;roude- a sa!er:
;r(H ( ;lu1o crtico- por lo @ue no se *orma ningn resalto> ;r( H ( a %a super*icie de agua presenta la tendencia a la *ormaci#n de
ondulaciones> .esalto 0idrulico ondular>
;r(H (>% a '>4 El ondulamiento de la super*icie en el tramo de mezcla es mayor yaguas a!a1o las pertur!aciones super*iciales son menores> ;r(H &>4 a >$ 3e trata de un resalto plenamente *ormado- con mayor esta!ilidad y el
rendimiento es me1or- pudiendo variar entre &4 J a %$ J> ;r(K .esalto con gran disipaci#n de energa 0asta ?$ JF- gran ondulaci#n de la
super*icie con tendencia de traslado de la zona de rBgimen supercrtico 0acia aguasa!a1o>
En la prctica se recomienda mantener el resalto 0idrulico en la condici#n de resaltooscilante- por cuanto se trata de un resalto !ien *ormado y accesi!le en las condiciones de
*lu1o reales- si !ien la disipaci#n @ue se logra no alcanza los me1ores niveles> En los casos deresaltos permanente y *uerte- las condiciones 0idrulicas aguas a!a1o son muy eigentes ydi*ciles de cumplir en la prctica> )ara el diseo de colc0ones 0idrulicos se consideran lossiguientes aspectos>
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%&rdida de eer!"a3e de*ine como la di*erencia de energas espec*icas antes y despuBs del resalto>
E'iciecia
3e de*ine la e*iciencia de un resalto 0idrulico como la relaci#n de energa espec*icadespuBs y antes del resalto> )or lo @ue se puede advertir- la e*iciencia de un resalto 0idralicodepende nicamente del nmero de ;roude antes del mismo>
(o!itud del resalto $idrulico
Un parmetro importante en el diseo de o!ras 0idrulicas es la longitud del resalto-@ue de*inir la necesidad de incorporar o!ras complementarias para reducir esta longitud yLoaplicar medidas de protecci#n de la super*icie para incrementar su resistencia a las tensionesde corte> os resultados de prue!as eperimentales realizadas por el /ureau o* .eclamation-dan los siguientes resultados:
%er'il de la super'icie del resalto
Este dato tiene utilidad para el diseo de las paredes laterales de la o!ra- tanto en lo@ue se re*iere a su altura como a su esta!ilidad> /aM0mete** y ,atzMe- encontraron @ue el
per*il de la super*icie de un resalto 0idrulico- se puede representar por curvasadimensionales en *unci#n de ;r(- como se muestra en el siguiente gr*ico:
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MATERIA(E) * E+,I%O)
Canal de acrlico con compuerta vertical movi!le y compuerta de cola> ,edidor de pro*undidad de agua> Capacidad: $>$ m> Apreciaci#n: (>$$ mm> 5an@ue de alimentaci#n> ,oto!om!a de corriente directa> ,arca: Evans> L& "p> .),H &4$> "zH $> Transportador capacidad 160 apreciacin 0,1
Agua>
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%ROCEDIMIENTO E-%ERIMENTA(
3e llen# el tan@ue de alimentaci#n> 3e *i1# la a!ertura de la compuerta vertical en $>$$& m> 3e *i1# la compuerta de cola en &P> 3e encendi# la moto!om!a> 3e vari# la altura de agua 0asta @ue se produ1o el resalto 0idrulico> Una vez @ue *ue estacionario- se midieron las alturas 7 ( y 7'- como as tam!iBn -
utilizando para ello los instrumentos de medici#n o cinta mBtrica> .epetir el ensayo para di*erentes alturas de agua>
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TAB(A DE DATO) * RE),(TADO)
Ta.la N/ 01 QCaudal- velocidad y Nmero de ;raude del *lu1o @ue descarga por la compuertaR
A.erturaCo2puerta
3M4
H
H5o 3M4
6rea
3M54
+
3M78)4
V
3M8)4
*0
3M4
*5
3M4
9
3Adi24
$-$$& $-44 $-$$$ $-$$(4& '-'$ $-$$4 $-$&4 ((-?'
$-$$& $-&$4 $-$$$ $-$$(4 '-?'? $-$$4 $-$4 ('-%'
$-$$& $-&44 $-$$$ $-$$(% '-%( $-$( $-$4' -&?4
$-$$& $>&?4 $-$$$ $-$$(?$4 -$?& $-$$' $-$4' ''-$(
Ta.la N/ 51 Q7'te#rico- e*iciencia del resalto y pBrdida de energaR
A.ertura
3M4
*0
3M4
*5
3M4
9
3Adi2:4
*5TEORICO
3M4
;e
3M4
$-$$& $-$$4 $-$&4 ((-?' $-$?( $-$$%((
$-$$& $-$$4 $-$4 ('-%' $-$?% $-$(
$-$$& $-$( $-$4' -&?4 $-(' $-$4
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$-$$& $-$$' $-$4' ''-$( $-$( $-$$
Ta.la N/ 71 QAltura del resalto y tipo de resaltoR
;E 8 E03 ADIM 4
HJ 3 M 4 9 3ADIM:4 TI%O DERE)A(TO
$-$'$ $-$& ((-?' ;UE.5E
$-''' $-$&4 ('-%' ;UE.5E
$-$%% $-$4( -&?4 ;UE.5E
$>( $-$4 ''-$( ;UE.5E
Ta.la NC2?
Altura DelA!ua >C2?
A!ulo DeIcliaci
>
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#R69ICO)
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8 10 12 14 16 18 20 22 240
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Numero de Froude (adim.)
Q (m3/s)
CONC(,)IONE) * RECOMENDACIONE)
a pBrdida de energa aumenta- a medida @ue se a!re ms la a!ertura de lacompuerta>
)ara @ue las mediciones no generen errores por variaci#n en la altura de agua del
tan@ue es conveniente esperar a @ue se llene 0asta la altura adecuada> a a!ertura de la compuerta de!e tener eactamente la altura indicada para el
eperimento- sino- eistirn di*erencias entre los resultados te#ricos calculados y losresultados medidos en la eperiencia>
Cuidar @ue la u!icaci#n del resalto estB su*icientemente ale1ado de la terminaci#n del
canal para @ue el agua pueda alcanzar su altura normal despuBs del resalto> a longitud del tan@ue no *ue su*iciente para @ue el agua se calmara despuBs del
resalto- por lo tanto- los datos pueden no ser lo su*icientemente eactos para aportarconclusiones @ue de*inan correctamente el *en#meno estudiado en el la!oratorio>
De!ido a lo epresado anteriormente- aun@ue se tomaron las longitudes de 7'
cuando la altura del agua empeza!a a ser constante- se recomienda varias lasdistintas varia!les @ue a*ectan el resalto- para o!tener valores mas cercanos a losreales y asi tener errores en los resultados @ue se acer@uen a lo acepta!le>
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A%ENDICE
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Cd: 3egn Azevedo 7 Acosta- para ori*icios de pared delgada
o CdH$-(
o CvH$-?4
o
CcH$-'
2gHV =
1gy
VF =
( )18F12
yy 21
12 +=
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18
( )
21
3
1221
y4y
yyEEE
==
+
=
2g
!y
E
E
E2
1
1
12" yy# =
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NO,ENCA5U.A
8: Caudal mLs>F @: Caudal por unidad de anc0o mLsLml>F Cd: Coe*iciente de descarga para ori*icios adimF> Cc: Coe*iciente de contracci#n adimF Cv: Coe*iciente de velocidad adimF A: rea de la compuerta m'F g: Aceleraci#n de gravedad mLs'F > ": Altura de agua mF> v: 6elocidad mLsF ;: Nmero de ;raude> y(: Altura de agua aguas a!a1oF mF yc: )ro*undidad crtica mF y': Altura de agua aguas arri!aF mF E'LE(: e*iciencia del resalto adimF 01: Altura del resalto mF SE: )Brdida de energa mF E(: Energa espec*ica antes del resalto mF E': Energa espec*ica despuBs del resalto mF
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E2E,)O DE CCUO3
sm10$1%&340%3&$'%81$2$0%24)$(0%004$0%612gHCdAQ 33===
sm2%6200%3&$'%81$22gHV ===
11%820%00&$'%81
2%620
gy
VF
1
===
( ) ( ) m0%081111%82'8120%008
18F12
y
y 22
1
1
2 = +=+=
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( )
( ) ( ) m0%0011
0%04&$0%00&$4
0%00&)(0%04&
y4y
yyEEE
3
21
3
1221 =
=
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0%02
'%81$2
2%6200%00&
0%011
2g
Vy
E
E
E22
11
=
+
=
+
=
m0%040%00&0%04&yy# 12" ===
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BIB(IO#RA9IA
Azevedo- 2> y> (??F> Manual de Hidrulica.3anta*B de /ogot- Colom!ia: ,c+raTG"illinteramericana- 3>A>
3treeter- 6> '$$$F> Mecanica de Fluidos. 3anta*e de /ogot- Colom!ia: ,c+raTG"illinteramericana- 3>A>