Resalto hidraulico

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RESALTO HIDRÁULICO

Facultad de Ingeniería, Ing. Ambiental y Sanitaria, Universidad del Magdalena

Santa Marta, Magdalena, Colombia

Gabriela Machado Jiménez – Lauren Quintero - Lina Acuña Gullo - María Henríquez - María Palacio Simanca

lina11gullo@gmail.com - ljquintero27@gmail.com - gabrielamachadojz@gmail.com - mariafhenriquez10@gmail.com - mariateresapalaciosimanca@gmail.com 

1. INTRODUCCIÓN

El resalto hidráulico es un fenómeno local y consiste en la sobreelevación de la superficie libre del agua en un canal, con el consecuente aumento del tirante, al pasar el flujo de un estado supercrítico a un estado subcrítico. Es un interesante fenómeno que frecuentemente se observa en la base de embalses, aguas debajo de compuertas, en los alrededores de obstáculos sumergido o en el sitio donde un canal con alta pendiente se vuelve casi horizontal de manera súbita (Cuello, 2016).
A los tirante del canal antes del resalto y después del resalto se les conocen como tirantes conjugados (Cuello, 2016).

Antes del resalto predomina la energía cinética, mientras que en el resalto la predominante es la energía potencial (Cuello, 2016).

Las aplicaciones prácticas del resalto hidráulico son muchas.

• Disipar la energía del agua que fluye sobre presas, vertederos  y otras estructuras hidráulicas y prevenir de esta manera la socavación aguas debajo de las estructuras.
• Recuperar altura o aumentar el nivel de agua en el lado de aguas abajo en un canal de irrigación o de cualquier estructura de distribución de aguas
• Incrementar la presión en la cara aguas debajo de una estructura de mampostería y reducirla aguas arriba.
• Para indicar condiciones especiales de flujo, como la existencia de flujo supercrítico.
• Mezclar químicos para purificación de aguas.
• Airear el agua en sistemas de suministros urbanos.
• Remover bolsas de aire en las líneas de suministro de agua y prevenir el taponamiento por aire.

2. MARCO TEÓRICO

Para un caudal constante y una sección transversal uniforme, la Línea de Profundidades Críticas, L.P.C. es paralela al fondo del canal, y en la primera zona, en donde S01 < Sc, el perfil de la superficie libre queda por encima de dicha línea y la energía específica es mayor que la Emín. La profundidad, y la energía específica disminuyen continuamente a medida que aumenta la pendiente del canal y se alcanzan las condiciones críticas, esto es, en la sección en que la pendiente alcanza un valor crítico, es decir, la pendiente crítica (S0 = Sc) (Marbello, R).

Para explicar el proceso de transición se recurre a un análisis similar al anterior. El flujo, inicialmente en régimen supercrítico, se frena por efecto de la fricción y de la reducción de la pendiente, aumentando gradualmente su profundidad, y disminuyendo su energía específica, hasta alcanzar la condición crítica (E = Emín). Como quiera que, aguas abajo, existe régimen subcrítico, la energía específica del flujo debe ser menor que la Emín. Ello se debe a que la poca pendiente del canal no abastece al flujo de energía adicional (Marbello, R).

El resalto hidráulico ocurre con fuertes pulsaciones y como si el agua entrara en ebullición, indicio irrefutable de la inclusión de aire. Después de un crecimiento irregular y brusco de la superficie libre del agua, hasta alcanzar una profundidad igual a la normal, yn, en un tramo relativamente corto, el frente turbulento se regulariza de manera inmediata, y continúa libremente en régimen subcrítico, hacia aguas abajo. La expansión turbulenta y la desaceleración del chorro de gran velocidad están asociadas con una “pérdida” apreciable de energía, disipada ésta por calor, principalmente, y la energía específica final es, precisamente, la correspondiente a la profundidad normal (Marbello, R).

3. OBJETIVOS

3.1 Objetivo general

Experimentar en un simulador de canal horizontal a escala pequeña con diferentes caudales y diferentes pendientes, distintos tipos de resalto: una reducción con una canaleta Parshall y una pieza simuladora de levantamiento de fondo.

3.2 Objetivos específicos

• Observar el comportamiento de un resalto hidráulico y familiarizarse con los parámetros que intervienes en su comportamiento.
• Establecer las alturas antes, durante y después del resalto.
• Determinar las alturas antes, durante y después de la reducción.

4. MATERIALES Y MÉTODOS

4.1 MATERIALES

• Un simulador de canal de flujo horizontal.
• Una pieza para simular un resalto de levantamiento de fondo.
• Dos piezas para simular una reducción en forma de canaleta Parshall.
• Una probeta para medir caudal.
• Cronometro.

4.2 MÉTODOS

• Primeramente se  ajustó la pendiente al equipo, para trabajar con un grado de inclinación especifico. Luego, se medió un caudal cualquiera, el cual se graduó con ayuda de unas válvulas equipadas en una tubería presente en el laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica de la Universidad del Magdalena.
  El caudal se midió utilizando una probeta plástica grande, la cual recogía el líquido mientras con la ayuda de un cronometro se tomaba el tiempo, y así de esta manera, saber cuántos ml de agua caían en la probeta por segundo.

• Se hizo elevación de fondo, empleando una pieza de forma trapezoidal y se colocó en la base del canal a una distancia determinada, ocasionando así un resalto hidráulico. Se esperó alrededor de 3 a 5 minutos para que el flujo se estabilizara y se procedió a hacer las respectivas mediciones, con el uso de un limnímetro se tomaron las alturas del agua antes, durante y después del resalto.

• Para el método reducción por canaleta Parshall se utilizó dos placas que fueron puestas a los costados del canal en un punto determinado, estableciendo así una reducción. Se esperó entre 3 a 5 minutos aproximadamente para proceder a hacer las mediciones correspondientes antes, durante y después de la reducción.

Cabe resaltar, que los métodos de elevación de fondo y reducción de canaletas Parshall se aplicaron para tres caudales y tres pendientes distintas.

5. RESULTADOS

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