HIDRÁULICA DE SUPERFICIE LIBRE

RESALTO HIDRAULICO

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PRESENTADO POR:

José Yamil Morales Ramírez  

Cristian Camilo Prieto Molina  

Camilo Andrés Gómez Lancheros  

Luisa Fernanda Cardozo Rodríguez

PRESENTADO A:

ING. SANDRA CHARRY

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO

HIDRÁULICA DE SUPERFICIE LIBRE

BOGOTÁ D.C

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN        2

OBJETIVOS        3

MARCO TEÓRICO        4

RESALTO HIDRÁULICO        4

ECUACIONES DE RESISTENCIA. EXPRESIONES DE LA VELOCIDAD EN FLUJO UNIFORME        6

PÉRDIDAS DE ENERGÍA        8

LONGITUD DEL RESALTO        10

TIPOS DE RESALTO        10

MONTAJE        11

CÁLCULOS Y RESULTADOS        12

INTRODUCCIÓN

El resalto hidráulico este es un fenómeno el cual se genera en la naturaleza y también en canales artificiales expuestos a superficie libre en la cual un flujo supercrítico presenta un cambio brusco a flujo subcrítico.

Generalmente este fenómeno se presenta cuando existe un obstáculo y este forzado a cambiar la velocidad del flujo y se modifican las características del mismo como se describió anteriormente, es decir cuando existe una colisión entre los controles que se puedan establecer aguas arriba o aguas abajo.

 La importancia de controlar los resaltos hidráulicos en las obras hidráulicas o dicho en otras palabras que no se sobrepasen los límites pre-establecidos debido a que se puede socavar el canal aguas abajo. Para disminuir el efecto que puede causar este fenómeno se pueden usar elevaciones o caídas en el fondo, vertederos de cresta aguda, pozos previos que amortigüen el efecto, entre otros.

En la vida real este fenómeno se puede usar para disipar la energía en flujos, mantener altos niveles de agua en canales con el propósito de la distribución de agua, reducción elevada de la presión bajo las estructuras, remoción de “bolsas” de aire en secciones circulares y una muy usada es para la mezcla de sustancias químicas para la purificación del agua que se transporta por el canal. Por ende, a continuación, se presenta el estudio del resalto hidráulico obtenido experimentalmente en el Laboratorio de hidráulica de la Escuela Colombiana de Ingeniería.

OBJETIVOS

• Manipular el canal para que se presente resalto hidráulico en él.
• Ver que se presenten los diferentes números de Froude para así clasificar los tipos de resalto (Oscilante, Débil, Ondulante, Estable, Fuerte)
• Verificar que la relación entre la profundidad 2 (después del resalto) y la 1 (antes del resalto) está relacionada con el número de Froude en 1.
• Calcular el porcentaje de perdida de energía por la presencia del resalto hidráulico.
• Calcular el delta de energía con la ecuación dada.
• Verificar el punto en donde los momentos son iguales.

MARCO TEÓRICO

RESALTO HIDRÁULICO

Teniendo que el resalto hidráulico se forma cuando hay cambio de flujo. Si se cambian las condiciones normales del caudal se tiene que es el flujo se moverá por el canal con profundidades mayores que la profundidad crítica y en consecuencia de esto el flujo siempre será subcrítico y aguas debajo de este punto sería gradualmente variado. Por otra parte, se tiene que desde aguas abajo, partiendo de la descarga, el flujo tratara de mantener condiciones de flujo subcrítico y por lo tanto se generará un conflicto, y los dos flujos se encontraran y por lo tanto tendrán diferentes números de Froude. De esta manera se puede resolver de tres maneras diferentes: por medio de fuerzas específicas iguales, con el desarrollo del flujo supercrítico a lo largo del canal o con el desarrollo del flujo subcrítico a lo largo del canal.

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Figura1. Formación de un resalto hidráulico un canal horizontal

Se tiene por ejemplo que, si se forma un resalto hidráulico en un canal horizontal, su posición no es única y esta dependerá de los controles de flujo existentes aguas arriba y aguas abajo que generaron profundidades de tal manera que sus respectivas fuerzas específicas fueron iguales en el momento donde se presentó el resalto. La fuerza específica de la sección no es igual que la fuerza especifica de la sección aguas abajo, hasta que se consiga el equilibrio para que se mantenga el resalto o la destrucción de este porque no fue posible que se dieran las fuerzas especificas iguales. Localmente, en una distancia   , longitud en la que se presenta el resalto hidralico, se genera turbulecia a lo largo de perdida de energía important, que se puede considerar localizada.[pic 3]

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Figura2. Tipos de resalto

ECUACIONES DE RESISTENCIA. EXPRESIONES DE LA VELOCIDAD EN FLUJO UNIFORME

Al considerarse un canal rectangular y al analizar la fuerza especifica en dos partes del tramo, despreciando perdidas de energía sobre el tramo. Se tiene que para que se presente un resalto hidráulico es necesario que las fueras específicas sean iguales, por ende:

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Donde:

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Para deducir esta ecuación iniciamos con las siguientes deducciones:

1. No se tienen en cuenta las pérdidas de energía
2. Canal rectangular; [pic 7]

Planteando ecuación de fuerzas específicas se tiene que:

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En un canal rectangular el centro de gravedad de una sección rectangular es:

 , simplicando la anterior expresión tengo que:[pic 10]

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Factorizando el Caudal:

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Multiplicando por  a ambos lados de la igualdad:[pic 13]

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Teniendo presente el número de Froude  se simplifica la expresión a:[pic 15]

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Dividiendo por  , a ambos lados de la igualdad:[pic 18]

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Expresando el área de cada sección como:

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Por ende, se puede llegar a:

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Factorizando y simplificando la expresión la expresión:

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Resolviendo la Ecuación cuadrática establecida

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