FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 3

OBJETIVOS 4

I. MARCO TEÓRICO 5

1.1. RESALTO HIDRÁULICO 5

1.1.1. DEFINICIÓN 5

1.1.2. TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO 5

1.1.3. ECUACIONES DE RESALTO HIDRÁULICO PARA CANALES RECTANGULARES 6

1.1.4. LONGITUD DEL RESALTO HIDRÁULICO 7

II. MATERIALES Y/O EQUIPOS 8

III. PROCEDIMIENTO 10

IV. TOMA Y PROCESAMIENTO DE DATOS 11

CONCLUSIONES 14

BIBLIOGRAFÍA 14

ANEXOS 15

INTRODUCCIÓN

En el campo de flujo de canales abiertos, el salto hidráulico suele tener muchas aplicaciones entre las que se incluyen: la disipación de energía en flujos sobre diques, vertederos y otras estructuras hidráulicas, mezcla de sustancias químicas usadas para el tratamiento de agua, la reducción de la elevada presión bajo las estructuras, mediante la elevación del tirante del agua sobre la guarnición de defensa de la estructura.

El caso más típico de flujo permanente no uniforme, rápidamente variado. Se produce en los pasos de régimen rápido a régimen lento, produciéndose una pérdida de energía. El resalto hidráulico es un fenómeno local, el cual siempre va acompañado por un aumento súbito del tirante y una pérdida de energía bastante considerable en un tramo corto.

OBJETIVOS

Analizar y estudiar a través del experimento el comportamiento de un resalto hidráulico mediante el uso de un canal rectangular.

Verificar experimentalmente las propiedades geométricas fundamentales de un resalto hidráulico: la relación entre profundidad inicial y secuente, y medir la longitud del mismo.

Observar las diferentes clases de resalto que se forman en la experiencia.

Aprender a identificar un salto hidráulico y clasificarlo mediante el Número de Froude.

MARCO TEÓRICO

RESALTO HIDRÁULICO

DEFINICIÓN

El salto hidráulico es un fenómeno que se presenta exclusivamente en canales, cuando un flujo de agua que viaja a régimen supercrítico, choca o alcanza a una masa de agua que fluye en régimen subcrítico; presentándose abruptamente el cambio de régimen, acompañado de una gran turbulencia, disipando energía y realizando una inclusión de aire en la masa líquida. El mismo se caracteriza por una superficie libre inestable y empinada, y se produce en longitudes relativamente cortas, de modo que las pérdidas de energía por fricción pueden ser despreciadas. El cambio de régimen se produce con una elevada turbulencia e incorporación de aire.

Consideremos un resalto hidráulico en un canal rectangular horizontal, como se muestra en la figura 1.

TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO

Se puede clasificar de acuerdo al número de Froude (F)

F=v/√(g×A/T)

ECUACIONES DE RESALTO HIDRÁULICO PARA CANALES RECTANGULARES

FUERZA ESPECÍFICA:

F=Q^2/(g×A)+y ̅_c×A

NÚMERO DE FROUDE:

F_1=v_1/√(g×y_1 )

PÉRDIDA DE ENERGÍA: La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica antes y después del salto. Se puede mostrar que la pérdida en función de los tirantes conjugados es:

∆E=E_1-E_2=(y_2-y_1 )^3/(4y_1 y_2 )

TIRANTE (RÉGIMEN SUPERCRÍTICO CONOCIDO)

y_2/y_1 =1/2×[√(8F_1^2+1)-1]

TIRANTE CRÍTICO (ENFUNCIÓN DE LOS TIRANTES CONJUGADOS)

y_c=∛((y_1 y_2 (y_1 〖+y〗_2 ))/2)

EFICIENCIA

E_1/E_2 =((〖8×F〗_1^2+1)^(3⁄2)-4〖×F〗_1^2+1)/(〖8×F〗_1^2 (2+F_1^2))

LONGITUD DEL RESALTO HIDRÁULICO

Se conoce como longitud del resalto hidráulico a la distancia horizontal desde la cara frontal del salto hasta un punto sobre la superficie del agua donde termina la ola asociada con el salto. Esta distancia no se ha podido determinar analíticamente, pero se acepta comúnmente que la longitud L del salto se defina como la distancia medida entre la sección de inicio y la sección inmediatamente aguas abajo en que termina la zona turbulenta.

Según Sienchin, la longitud del resalto hidráulico es:

L=K(y_2-y_1)

MATERIALES Y/O EQUIPOS

Simulador de canal: Canal de sección rectangular con paredes transparentes por el que se hace circular agua. El agua se toma del depósito de almacenamiento mediante una bomba hidráulica, con regulación de velocidad y, por medio de la tubería, es conducida al depósito de entrada, donde dispone de un tranquilizador de flujo. Desde aquí el agua circula por el canal y descarga en el depósito de captación, retornando finalmente al depósito de almacenamiento, con lo que se completa el circuito cerrado.

Regla

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