flujo rápidamente variado.pdf

7/25/2019 Flujo rpidamente variado.pdf

1/43

FLUJO RAPIDAMENTE

VARIADO: RESALTOHIDRAULICO

Sonia L. Gonzaga V.


2/43

Definicin del fenmeno

El resalto o salto hidrulico, es un fenmenolocal,, propio del flujo rpidamente variado. Su

caracterstica principal es el aumento sbito del

tirante acompaado de una considerable perdida

de energa (se disipa principalmente en forma de

calor) en un tramo muy corto (longitud del salto).

Ocurre en el paso brusco de rgimen supercrtico

(rpido) a rgimen subcrtico (lento), es decir, en

el resalto hidrulico el tirante, en un corto tramo,cambia de un valor inferior al critico a otro

superior a ste. En la siguiente figura se muestra

este fenmeno.


3/43


4/43

Generalmente, el resultado se forma cuando en unacorriente rpida existen algn obstculo o un cambio

brusco de pendiente. Esto sucede al pie de estructuras

hidrulicas tales como vertederos de demasas, rpidas,

salidas de compuertas con descarga por el fondo, etc.

Como se muestra en la siguiente figura.

FlujoSupercrtico

FlujoSubcrtico

ResaltoHidrulico


5/43

Lugares apropiados

para formarse el

resalto hidrulico


6/43

Caractersticas del resalto hidrulico

Antes del resalto, cuando el agua escurre todava

en rgimen rpido, predomina la energa cinticade la corriente parte de la cual se transforma en

calor (perdida de energa til) y parte en energa

potencial (incremento del tirante); siendo esta la

que predomina, despus de efectuado el fenmeno

(incremento del tirante).

Al tirante y1 se lo considera conjugado menor.

Al tirante y2 se lo considera conjugado mayor.

La diferencia y= y2-y1, es la altura del resalto y L

su longitud.


7/43

E1es la energa especifica antes del resalto y E2 la queposee la corriente despus de el. Se observa que en 2 laenerga especifica es menor en q, debido a las perdidasde energa til que el fenmeno ocasiona; esta perdidase representa como: E= E1E2


8/43

Usos Prcticos del resalto hidrulico

Prevencin o confinamiento de la socavacin aguas

debajo de las estructuras hidrulicas donde esnecesario disipar energa.

Mezclado eficiente de fluidos o de sustancias

qumicas, usadas en la purificacin de aguas o de

aforos qumicos, debido a la naturalezafuertemente turbulenta del fenmeno.

Incremento del caudal descargado por una

compuerta deslizante, al rechazar el retroceso del

agua contra la compuerta. Esto aumenta la carga

efectiva y con ella el caudal.

La recuperacin de carga aguas debajo de un

aforador y mantenimiento de un nivel alto de agua

en el canal de riego o de distribucin del agua.


9/43

Ecuacin general del resalto hidrulico.

Debido a que en principio se desconoce la perdida

de energa asociada con el resalto hidrulico, la

aplicacin de la ecuacin de energa antes y

despus del resalto, no proporciona un medio

adecuado de anlisis.

Debido a la gran variacin de la velocidad media

entre los dos extremos del resalto, y al hecho deque no se requiere conocer los cambios de energa

interna, es mas adecuada la aplicacin del

principio de la cantidad de movimiento, en el

anlisis del fenmeno del resalto hidrulico.

La concordancia general entre los resultadostericos y los experimentales, confirman la

seguridad de un anlisis general del fenmeno con

base en este principio.


10/43

Hasta ahora se desconoce la perdida exacta de

energa asociada con el resalto hidrulico, as

mismo no se sabe la cantidad de calor que se

produce como resultado de la perdida de energa,

por lo tanto la ecuacin de la energa antes

despus del resalto no proporciona un medio

adecuado para el anlisis.

As mismo, la gran variacin de velocidad mediaentre el inicio y el fin del resalto, y como n es de

inters el calculo de la variacin de energa

interna, resulta mas apropiado para el calculo del

resalto, aplicar el principio de cantidad de

movimiento o momentum,

Es gracias a la concordancia entre los clculos y

los resultados experimentales que se confirma este

mtodo.


11/43

Para deducir la ecuacin bsica del salto hidrulico

se utiliza la ley de la cantidad de movimiento,

considerando que se satisface las siguientescondiciones:

El canal es horizontal y de seccin constante,

pudiendo despreciarse la componente del peso delfluido.

Se desprecia la resistencia de friccin originada en

la pared del canal, debido a la poca longitud del

tramo en que se desarrolla el resalo.

Se considera que la distribucin de velocidades en

las secciones 1 y 2 de la figura siguiente, es

prcticamente uniforme y que los coeficientes:


12/43


13/43


14/43

Caractersticas del salto hidrulico

Las caractersticas del resalto hidrulico han sido

aprovechadas para reducir las velocidades de flujo encanales a valores que permitan el escurrimiento sin

ocasionar tensiones de corte superiores a los limites

permitidos por los materiales que componen el

permetro mojado.

El lugar geomtrico en el que se presenta el resalto sedenomina colchn hidrulico. Existen diferentesformas de colchones hidrulicos con el objeto de lograr

una mejor disipacin de energa en una menor longitud.

Un colchn hidrulico se hace necesario cuando no es

posible lograr la disipacin de energa deseada demanera natural, es decir cuando el tirante conjugado

necesario es mayor al tirante aguas abajo.


15/43


16/43


17/43


18/43

Donde k es un coeficiente que depende de la

geometra de la seccin. Por lo tanto, la ecuacin

anterior se puede escribir:

A partir de la ecuacin se desarrollan las ecuaciones

para las secciones mas usuales. Estas, permiten el

calculo directo del tirante conjugado mayor, a partirde las condiciones en la seccin del conjugado

menor y viceversa.


19/43

Seccin Rectangular

En una seccin rectangular de ancho de solera b y

tirante y, se tiene las siguientes relaciones:

Remplazando la ecuacin bsica del salto y una vez

resuelta se obtiene:

Si se utiliza


20/43

Las formula se presentara as

Conocido conjugado menor

Ec. 1.1

Conocido conjugado mayor

Ec. 1.2

La ecuacin que nos permite calcular el tirante

conjugado mayor conocido el caudal por unidad deancho y el conjugado menor, en un canal de seccin

rectangular, es:


21/43


22/43

Figura 2.1 Curva para determinar eltirante subcritico, conocido el rgimen

supercrtico.

Figura 2.2 Curva para determinar eltirante supercrtico, conocido el rgimen

subcrtico.


23/43

Figura 2.3 Esquema de uso de la figura 2.1


24/43

SECCINTRAPEZOIDAL

Rgimen supercrtico conocido

Conun ancho de solera b y taludes Z1y Z2

donde:

adems:


25/43

Esta ecuacin es de cuarto grado con raz real positiva,que permite calcular el tirante conjugado mayorconocidos:

El tirante menor y1


26/43

RGIMENSUBCRTICOCONOCIDO

Donde:

La solucin de la ecuacin que permite conocer el

tirante crtico conjugado menor y1, conocido y2, ry t


27/43

SECCINCIRCULAR

Sea la seccin circular con un dimetro D


28/43




29/43

SECCINPARABLICA


O


30/43


31/43

Varios autores han propuesto otras formulas de

carcter emprico, siendo las mas conocidas las

siguientes.

Segn Siechin.


32/43

Segn Hsing. Para un canal trapezoidal se cumple

Segn Pavlovski.

Segn Shaumian.

Segn Chertosov.


33/43

Segn el U.S. Bureau of ReclamationLa longitud L del resalto en un canal rectangular

horizontal se puede calcular con la siguiente tabla:


34/43

La figura siguiente tambin permite el calculo de la longituddel resalto para un canal rectangular, tanto para unapendiente horizontal con la So=0 o para pendiente de fondodiferente de cero

Longitud del resalto en canales con pendiente segn el U.S.Bureau of Reclamation.


35/43

Tipos de resaltos hidrulicos.

El nivel de aguas debajo de obras hidrulicas se puede

encontrar las siguientes formas de conjugacin del rgimen

supercrtico con el subcrtico (resalto)

Primer caso: salto libre (rechazado, desplazado o barrido)

El resalto se ubica a una distancia I del dique. Esta

distancia se conoce como distancia de barrido).


36/43

Segundo caso: Salto ahogado o sumergido.

El nivel de aguas abajo ahoga al resalto y es a lo quehay que propender para evitar socavaciones del lecho.


37/43

Tercer caso: Salto en posicin crtica.-

Tambin se dice que el salto se encuentra en laseccin contrada.


38/43


39/43


40/43


41/43


42/43


43/43

flujo rápidamente variado.pdf

Documents