FLUJO RAPIDAMENTE VARIADOINTEGRANTES:

MORALES AVALOS LUIS TOMAS LLAMO BRESNET

FIGUEROA VICTOR

DOCENTE : ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ

UNIVERSIDAD PRIVADA SAN PEDRO

El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el caso del resalto hidráulico.

La curvatura de las líneas de corriente es pronunciada, con lo cual la suposición de una distribución hidrostática de presiones deja de ser valida. En ocasiones el cambio en la curvatura puede ser tan abrupto como para romper virtualmente el perfil de flujo, resultando en un estado de alta turbulencia y perfil de flujo discontinuo.

Flujo Rápidamente variado

La curvatura de las líneas de flujo impide la suposición de una distribución hidrostática de presiones.

La variación rápida del flujo ocurre en tramos cortos, de forma tal que las pérdidas por fricción contra las fronteras son pequeñas y pueden ser despreciadas en un análisis primario.

El FRV en una estructura de transición tendrá sus características físicas determinadas por la geometría de la frontera y el estado del flujo.

Ante bruscos cambios en la geometría del canal se pueden formar vórtices, remolinos, corrientes secundarias y zonas de separación que complican el patrón del flujo. Esto dificulta definir las fronteras del flujo (que ya no serán las fronteras sólidas del canal), así como determinar valores promedios en la sección para las variables del flujo.

Aún cuando en situaciones como la anterior sea posible aproximar las distribuciones de velocidades, los coeficientes y son difíciles de cuantificar con exactitud y generalmente notoriamente superiores al valor 1.

Características Del Flujo Rápidamente Variado:

El resalto o salto hidráulico es un fenómeno local, que se presenta en el flujo rápidamente variado, ocurre en el paso brusco de régimen supercrítico (rápido) a régimen subcritico (lento yo viceversa. Generalmente, el resalto se forma cuando en una corriente rápida existe algún obstáculo o un cambio brusco de pendiente. Esto sucede al pie de estructuras hidráulicas tales como vertederos, salidas de compuertas con descarga por el fondo, entre otras.

RESALTO HIDRAULICO

Antes del resalto, cuando el agua escurre todavía en régimen rápido, predomina la energía cinética de la corriente, parte de la cual se transforma en calor (pérdida de energía útil) y parte en energía potencial (incremento del tirante); siendo esta la que predomina, después de efectuado el fenómeno.

En la figura anterior, las secciones (1) y (2) marcan esquemáticamente el principio y el final del resalto. Los tirantes y1 y y2 con que escurre el agua antes y después del mismo se llaman tirantes conjugados.

Dónde: y2 = tirante conjugado mayor

y1 = tirante conjugado menor

La diferencia: y2 – y1 es la altura del resalto y L su longitud; existen muchos criterios para encontrar este último valor

E1 es la energía específica antes del resalto y E2 la que posee la corriente después de él. Se observa que en (2) la energía específica es menor que en (1) debido a las fuertes pérdidas de energía útil que el fenómeno ocasiona; esta pérdida se representa como: E1 – E2.

Canal Rectangular:Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia casada por la fricción a lo largo de las paredes y del canal, resultando una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la dirección del flujo. Un salto hidráulico se formara en el canal si el numero de Froude del flujo la profundidad y una profundidad aguas abajo satisfacen la ecuación.

ECUACIONES DEL RESALTO HIDRAULICO PARA DIFERENTES FORMAS DE SECCION

Curva para determinar el tirante subcritico conocido el régimen supercrítico

Curva para determinar el tirante supercrítico conocido el régimen subcritico

Canal Trapezoidal:Régimen Supercrítico conocido

Régimen Supercrítico

Curvas para el cálculo del tirante subcritico conocido el régimen supercrítico

Curvas para el cálculo del tirante supercrítico conocido el régimen subcritico

Sección Circular:Régimen Subcrítico conocido:

Régimen Supercrítico conocido:

Representación Adimensional

La longitud del resalto, ha recibido gran atención por parte de los investigadores, pero hasta ahora no se ha desarrollado un procedimiento satisfactorio para su cálculo. Sin duda esto se debe al hecho de que el problema no ha sido analizado teóricamente, así como a las complicaciones prácticas derivadas de la inestabilidad general del fenómeno y la dificultad en definir las secciones de inicio y fin del resalto.

LONGITUD DE RESALTO

Según sieñchin:

Según Hsing:

Según Pavlovski:

Según Schaumian:

Según Chertousov:

FORMULAS

Resalto ondular: Para F1 > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones.

Resalto Débil: Para F1 > 1.7 y < 2.5. Este se caracteriza por la formación de pequeños rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La pérdida de energía es baja.

Resalto Oscilante: Para F1>2.5 y < 4.5. Se produce un chorro oscilante entrando el salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación produce una gran onda de periodo irregular, la cual comúnmente puede viajar por varios kilómetros causando daños aguas abajo en bancos de tierra y márgenes.

Resalto Permanente: Para F1 > 4.5 y <9.0. La extremidad aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma variación en la profundidad aguas abajo. El salto esta bien balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y el 70 %.

Resalto Fuerte: Para F1 =9.0 o mayor el chorro de alta velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo y puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85 %.

 

Tipos De Resalto Hidráulico

Un Canal rectangular de 15m de ancho se inicia al pie de un cimancio que tiene una altura de 4.27 del piso a la cresta, dicho cimancio tiene la misma longitud de cresta que el ancho del canal y con una carga h= 2.43 m sobre la misma, deberá descargar un caudal Q= 112.5 m3/s.

El canal sera excavado en tierra con un coeficiente de rugosidad n= 0.025 y el regimen de flujo debe ser subcritico. Uniforme Determinar la pendiente necesaria en el canal para que el resalto hidraulico se inicie justo al pie de la caida, así como la longitud L, (usando la fórmula de Sieñchin), de la zona que debe revestirse. (considerar como pérdida la energía por fricción sobre el cimancio 0.1 V12/2g).

Problema

Solución:Q = 112.5 m3/sB = 15.00 mY0 =6.70 mN =0.03 mhf =0.1 V12/2g

Aplicando la ecuación de la energía, entre 0 y 1 y tomando como NR el fondo del canal, se tiene:

Dónde: Z0=Z1=0  1.1194  0.06396.7639

Luego: en el segundo miembro de la ecuación tenemos

Remplazando valores se tiene la ecuación:

0.7225 m 

14.583 m 3.6391 m

Calculo de la pendiente para que el resalto se inicie justo al pie de la caída, se debe cumplir que:

De la ecuación de manning se tiene: 

S=0.00080366=0.8°° °

GRACIAS TOTALES