HIDRAULICA DE LAS CONDUCCIONES ABIERTAS FLUJO NO UNIFORME FENOMENO DE RESALTO HIDRÁULICO Manuel Vicente HERQUINIO ARIAS Ingeniero MECANICO DE FLUIDOS HIDRAULICA – HIDROLOGIA.

RESALTO HIDRÁULICO Manuel Vicente HERQUINIO ARIAS Ing. MECANICO DE FLUIDOS HIDRAULICA e HIDROLOGIA

RESALTO HIDRÁULICO

RESALTO HIDRÁULICO EN UN CANAL DE LABORATORIO

Energía Específica La energía específica E es la energía referida al fondo de la canalización.

NUMERO DE FROUDE El número de Froude deriva de la relación entre fuerzas de inercia y fuerzas gravitatorias y θ

Si F R <1 El Flujo es SUBCRITICO o LENTO. Las fuerzas gravitatorias tienen una mayor influencia en el flujo Si F R >1 El Flujo es SUPERCRITICO o Torrencial. Las fuerzas de inercia tienen una mayor influencia en el flujo Si F R =1 El Flujo es CRITICO o de energía mínima

Flujo Crítico Cuando el flujo es crítico la energía específica es mínima (E min ), que corresponde a F R = 1 Bajo estas condiciones se tienen las siguientes relaciones:

Pequeña grada positiva en un canal rectangular 1.Si F R < 1 el tirante disminuye sobre la grada 2. Si F R > 1 el tirante se incrementa sobre la grada z y1y1 y2y2 z y3y3 y4y4

Pequeña grada positiva en un canal rectangular F R < 1 F R > 1 Z > Z max Regimen lento.- La elevación de la solera produce depresión en la superficie Regimen rápido.- La superficie se eleva con un aumento del tirante. Sobre el umbral se produce el tirante critico. El movimiento pasa de lento a rápido con turbulencia y pérdida de energía muy pequeñas

SECCIONES DE CONTROL EN CANALES Sección de control. En una sección de control existe una relación directa entre una carga H, un tirante de flujo, y el caudal Q. (Vertederos, energía mínima) 1.Tirante crítico y c Cuando el tirante es crítico se cumple que: ycyc F R = 1

SECCIONES DE CONTROL a. FLUJO SUPERCRITICO yc F R >1 b. FLUJO SUBCRITICO yc yn yc A L yAyA L = 3 yc a L = 4 yc y A = 0.71 yc a y A = 0.74 yc (Aprox ) y yc FR < 1

SALTO HIDRAULICO

Es un fenómeno que ocurre cuando el flujo pasa de supercrítico a subcritico.

SALTO HIDRAULICO Este fenómeno que ocurre cuando el flujo pasa de supercrítico a subcritico, después de un vertedero de demasías, una rapida, una compuerta.

SALTO HIDRÁULICO Debido a la gran variación de la velocidad media entre los dos extremos del resalto y al hecho de que no se requiere conocer los cambios de energía interna, es más adecuada la aplicación del principio de la cantidad de movimiento en e análisis del fenómeno.

SALTO HIDRAULICO Aplicando La ecuación de la cantidad de movimiento, considerado que se satisface las siguientes condiciones: El canal es horizontal y de sección constante, pudiendo despreciarse la componente de peso del fluido. Se considera que la distribución de velocidades en las secciones (1) y (2) de la figura, es prácticamente uniforme y que los coeficientes. Se desprecia la resistencia de fricción originada en la pared del canal, debido a la poca longitud del tramo en que se desarrolla el resalto.

SALTO HIDRAULICO En un fenómeno que ocurre cuando el flujo pasa de supercrítico a subcritico. h cg y1y1 Y´ 2 12 ycyc

Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, donde tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico. En la sección 1, actúan las fuerzas hidrostática F1h y dinámica F1d; similar pero en sentido contrario en la sección 2, F2h y F2d. La sumatoria de fuerzas da como resultado F1 y F2 respectivamente. En el estado de equilibrio, ambas fuerzas tienen la misma magnitud pero dirección contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es mayor a F2d). Las fuerzas resultantes, están espaciadas una distancia d, generando un par de la misma magnitud pero de sentido contrario. ECUACIONES DEL RESALTO HIDRAULICO

En el volumen de control entre 1-2 se tiene que la fuerza de momentum por unidad de longitud y la la fuerza hidrostática resultante:, para un canal rectangular está dada por: Igualando se tiene: De la ecuación de continuidad por unidad de ancho y eliminado g y remplazando q en función de V2 se obtiene: Resultando el tirante conjugado

Resultando el tirante conjugado: Y con ayuda de la expresión del número de Froude Se llega a la expresión adimensional de tirantes conjugados: en donde: q : caudal unitario q=Q/b. b : ancho del canal.  : peso específico del fluido. g : aceleración de la gravedad. V : velocidad de flujo. Y : profundidad de flujo. F R1 : número de Froude

o secuentes, y tienen la particularidad que la función Momentum ( M) es la misma para ambas profundidades, mientras que existe una variación de la energía específica, debida a la pérdida de energía producida por el resalto, se tiene que para un canal rectangular: M : función de momentum, por unidad de ancho y por unidad de peso específico del fluido. E : energía específica, por unidad de ancho y unidad de peso.  E es la pérdida de energía por el resalto hidráulico. Las profundidades Y1 y Y2, se llaman profundidades, conjugadas

Tipo de Salto Hidráulico que se forma de acuerdo al número de Froude Tipo de Resalto Hidráulico

Se define como la diferencia de energías específicas antes y después del resalto. Despejando la energía de velocidad se tiene: Pérdida de energía en el resalto hidráulico Eficiencia La eficiencia de un resalto hidráulico es la relación de energía específica después y antes del resalto:

Longitud del resalto hidráulico El Bureau of Reclamation, experimento en 6 canales de laboratorio en donde se relaciona L/Y2 vs FR1,

Longitud del resalto hidráulico Silverster (1964) propone una ecuación empírica para el cálculo de la longitud del resalto en canales rectangulares y lechos horizontales relacionada a continuación

RECAPITULANDO Tirante crítico y c F R = 1 Si F R <1 El Flujo es SUBCRITICO o LENTO. Si F R >1 El Flujo es SUPERCRITICO o Torrencial. Si F R =1 El Flujo es CRITICO o de energía mínima RESALTO HIDRAULICO paso del flujo supercitico al sub critico El tirante conjugado ENERGIA ESPECIFICA

Longitud del resalto hidráulico El Bureau of Reclamation Silverster RECAPITULANDO