Resalto Hidraulico Trabajo

UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ALUMNOS: 

MENDOZA VERA KAREN



MONTENEGRO GARCÍA VIRGINIA

CURSO: 

OBRAS HIDRAULICAS

DOCENTE: 

ING. FÉLIX MENDOZA

TEMA 

RESALTO HIDRAÚLICO

I. 

OBJETIVOS

Desarrollar la teoría básica del resalto hidráulico en canales abiertos, haciendo énfasis en las características del resalto hidráulico en canales rectangulares de fondo horizontal.



Generar y caracterizar determinado número de resaltos hidráulicos en un canal de laboratorio, de sección rectangular y fondo horizontal. 



Validar las distintas formulaciones teóricas deducidas en el estudio de este fenómeno hidráulico

II.

MARCO TEÓRICO

En 1818, el italiano Bidone realizo las primeras investigaciones experimentales del resalto hidráulico. Asimismo, 10 años más tarde, Belanger, analizó el fenómeno según el principio de conservación de energía y después corrigió su análisis usando la ecuación impulso-momentum. Posteriormente numerosos laboratorios e investigadores han realizado estudios sobre su longitud, disipación de energía, eficiencia, saltos hidráulicos dentro de un canal con expansión gradual, inyección de un chorro por la parte inferior del canal, resaltos encanales con pendiente y otros fenómenos que generan características específicas. En resumen debido a las investigaciones de Bidone, Belanger tuvo que diferenciar entre las pendientes suaves (sub-críticas) y las empinadas (supercríticas), debido a que observo que en canales empinados a menudo se producían resaltos hidráulicos generados por barreras en el flujo uniforme original. En un principio, la teoría del resalto desarrollada corresponde a canales horizontales o ligeramente inclinados en los que el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su comportamiento y, por consiguiente, no se considera en el análisis. Sin embargo los resultados obtenidos de este modo pueden aplicarse a la mayor parte de los canales encontrados en problemas de ingeniería. Para canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el análisis. En 1934, Yarnell inició un amplio estudio del salto hidráulico en canales con pendiente, que no pudo terminar porque falleció en 1937. Kindsvater (1944), fue el primer investigador que desarrolló una solución racional del problema, utilizando los datos no publicados de Yarnell, Bradley y Peterka. En la actualidad, la solución analítica del problema comprende en la aplicación de las leyes de la estática de los fluidos, el impulso-momentum y la energía específica; los resultados obtenidos de estos análisis teóricos presentan una buena concordancia experimentales

con

los

resultados

obtenidos

mediante

observaciones

III.

INTRODUCCIÓN

En el control de flujos hidráulicos es frecuente el diseño de estructuras disipadoras de energía. Los cuencos disipadores de energía tienen aplicaciones prácticas e importantes en el diseño de obras hidráulicas entre otras, un cuenco disipa la energía del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras hidráulicas para que de esta manera se prevenga la socavación aguas debajo de las estructuras; los cuencos disipadores ayudan a recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medición y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigación o de cualquier estructura para distribución de aguas, así mismo permiten incrementar el peso sobre la zona de aguas debajo de una estructura de mampostería y reducir la presión hacia arriba bajo dicha estructura aumentando la profundidad del agua en su zona de aguas abajo, y permiten aumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducirá si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto. Es importante que el Ingeniero tenga los conocimientos básicos para el diseño de estructuras hidráulicas con cambios repentinos de flujo, mediante la determinación del número de froude y los efectos del cambio en las líneas de flujo en un punto específico de un canal. Se comenta el principio del resalto hidráulico con las características a tener en cuenta para el diseño de cuencos disipadores y los tipos de resalto, se trata el resalto hidráulico como disipador de energía de forma detalla donde se describen las estructuras controladoras y tipos de cuencos disipadores más comunes: el cuenco disipador SAF, el USBR tipo II, IV y V los cuales son los más usados debido a su seguridad y eficiencia.

IV.

RESALTO HIDRAÚLICO

1. DEFINICIÓN: El resalto hidráulico es el fenómeno que se genera cuando una corriente supercrítica, es decir, rápida y poco profunda, cambia súbitamente a subcrítica, esto es, se vuelve una corriente lenta y profunda. Este fenómeno es de central importancia en la Hidráulica de Canales, por lo cual se trata aquí con suficiente amplitud. En resumen, el Resalto Hidráulico es el paso violento de un régimen supercrítico a uno subcrítico con gran disipación de energía. También se le llamo Salto Hidráulico. 2. ESQUEMATICAMENTE:

Interpretación:

3. GENERACIÓN DEL RESALTO HIDRÁULICO: El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad. Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que 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; en forma similar pero en sentido contrario en la sección 2, F2h y F2d. En ambas secciones 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). Debido a la posición de las fuerzas resultantes, ambas están espaciadas una distancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentido contrario. En razón a la condición de líquido, las partículas que lo componen adquirirán la tendencia de fluir en la dirección de las fuerzas predominantes, presentándose la mezcla del agua con líneas de flujo superficiales moviéndose en sentido contrario a la dirección de flujo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre las masas de líquido y el inevitable choque entre partículas, provocan la generación de un medio líquido de gran turbulencia que da lugar a la absorción de aire de la atmósfera, dando como resultado un medio mezcla agua-aire.

Analizando el volumen de control contenido entre las secciones 1-2 se tiene que la fuerza de momentum por unidad de longitud, para un canal rectangular está dada por:

Las profundidades Y1 y Y2, se llaman profundidades conjugadas, 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, como se observa en la Figura XI.2

4. SALTOS HIDRÚLICOS EN CANAL RECTANGULAR: Partimos de la ecuación:

Se divide ambos miembros por Y13, y luego de algunas sustituciones se llega a:

De donde,

De aca se obtiene una ecuación en Y2/Y1

Resolviendo esta ecuación:

………..(*)

Que es la ecuación del salto hidraúlico en un canal rectangular. Laa relación entre los tirantes conjugdos Y2 / Y1 es función exclusiva del número de Froude incidente,

Se concluye : 

Este resultado es sumamente importante para los estudios en modelo hidráulico.



Basta con tener el mismo número de Froude en el modelo y en el prototipo para que, si es que hay suficiente turbulencia en el modelo, haya similitud.



El Salto hidráulico es un movimiento rápidamente variado, con fuerte curvatura de las líneas de corriente. Se caracteriza por la gran disipación de energía. Se puede describir como el paso violento de un régimen supercrítico a uno subcrítico.



Es un fenómeno tridimensional que presenta grandes fluctuaciones de la velocidad y de la presión en cada punto; es decir que tienen un alto grado de turbulencia, lo que se traduce en una alta capacidad de mezcla. En un salto hidráulico se produce también la incorporación de aire a la masa líquida.



El Salto Produce oleaje, que se propaga hacia aguas abajo.



Para la elaboración de un modelo matemático del salto hidráulico es necesario hacer muchas simplificaciones. Así por ejemplo, la ecuación (*) es sólo una aproximación, una representación esquemática, del modo como ocurren los fenómenos.



Sin embrago, cuando se estudia estructuras muy grandes, no se puede despreciar efectos de la fluctuaciones instantáneas de la presión. Las presiones consideradas como un promedio temporal son en este caso de poca utilidad.



En un salto hidráulico es posible que las fluctuaciones instantáneas de presión tengan valores tan altos, que de no tomarse en cuenta en los cálculos podrían conducir a la falla total de la estructura.

5. TIPOS DE RESALTOS HIDRÁULICOS: Los resaltos hidráulicos pueden ser de varios tipos, y suelen clasificarse en atención a su ubicación respecto de su posición normal y al número de Froude F1 4.1. Según su Posición: Existen tres posibles posiciones del R.H. con respecto a su fuente de generación (compuertas, vertederos de rebose y rápidas), dependiendo de la profundidad Y2, de aguas abajo, impuesta por algún control o por cualquier condición particular del flujo. o Resalto hidráulico libre o en posición normal: Es la posición ideal de un R.H. para la cual y1 y F1, inmediatamente aguas arriba del mismo, son tales que, al mismo tiempo que satisfacen a la ecuación de las profundidades conjugadas , también se verifica que Y2 = y’2.

o Resalto hidráulico repelido: Es aquel resalto que se forma a una distancia, no determinada teóricamente, aguas abajo de la posición normal descrita en el numeral anterior. Ocurre porque la profundidad impuesta aguas abajo, Y’2, es menor

que Y2). El R.H., en esta situación, se desplaza aguas abajo hasta una posición tal que y1 y F1, de la posición normal, cambian a nuevos valores y’1 y F’1, tales que satisfacen, junto con Y2 = Y’2.

o Resalto hidráulico sumergido o ahogado: Es la situación del R.H. que se desplaza hacia aguas arriba, es decir, hacia la fuente generadora, en virtud de que la profundidad Y’2, del flujo, aguas abajo del resalto, es mayor que la profundidad Y2 que, junto con Y1 y F1, satisfacen a la ecuación de las profundidades conjugadas Los nuevos valores de Y’1 y F’1, bajo la condición de R.H. ahogado, no son determinables teóricamente.

4.2. Según al Número de Froude:

4.3. Según la U.S.B.R:

6.

PERDIDA DE ENERGIA EN EL SALTO: La pérdida de energía en el Resalto Hidráulico se define así:

expresión que aplicada a un canal rectangular da lugar luego de algunas pequeñas transformaciones a

7.

EFICIENCIA: Se denomina eficiencia de un Salto Hidráulico a la relación entre la energía específica después del salto y la hay antes de él.

La perdida de energía relativa es:

8.

ALTURA DEL SALTO: La altura del Salto se define como la diferencia entre los tirantes después y antes del salto

Se demuestra fácilmente que:

9.

LONGITUD DEL SALTO: Un parámetro importante en el diseño de obras hidráulicas es la longitud del resalto, que definirá la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de protección de la superficie para incrementar su resistencia a los esfuerzos cortantes. La longitud del salto depende de muchos factores (pendiente del canal, número de Froude, etc.). Aproximadamente se tiene que:

En algunos casos para fijar el salto y disminuir su longitud se colocan dados o bloques. 10.

OLEAJE: En un Salto Hidráulico se producen ondas que se propagan hacia aguas abajo. Sus alturas y periodos depende del número de Froude incidente. Se designa como Hs a la altura significativa (promedio del tercio superior). Leopardo y Vernet encontraron que

11. EJEMPLOS DE RESALTOS HIDRAÚLICOS:

12. DESCARGA POR UNA COMPUERTA DE FONDO: Como una aplicación del concepto de energía específica examinemos brevemente el flujo a través de una compuerta plana de fondo.

Consideremos un fondo plano e ignoremos la pérdida de carga. La energía específica en una sección ubicada inmediatamente aguas arriba de la compuerta debe ser igual a la energía específica en otra sección ubicada inmediatamente aguas abajo. Sea “a” la abertura de la compuerta, “Cc” el coeficiente de contracción. Entonces

Y2 = Cca. La ecuación de le energía

específica es:

Por cierto debe cumplirse la ecuación:

Estas dos ecuaciones permiten resolver totalmente el flujo bajo la compuerta. Evidentemente que si la pérdida de carga es importante habrá que tomarla en cuenta

En ambos casos se ha supuesto que el Coeficiente de Ciriolis es igual a 1. La descarga bajo una compuerta sumergida puede tener diversas características, según las condiciones de aguas abajo. Ellas son: a) No se forma Salto b) Se forma un Salto Libre c) Se forma Un salto Sumergido (ahogado).

13. CONCLUSIONES 

Se pudo hacer el estudio experimental de un resalto hidráulico en un canal rectangular.



Al ocurrir un resalto hidráulico el tirante será siempre inferior al crítico.



El flujo para los dos caudales es de régimen turbulento.



Existen dos tipos de resaltos claro y barrido, la cual en el laboratorio observamos el claro con turbulencia y retorno de una porción de líquido.



A mayor caudal, mayor es el Y2 calculado



La energía crítica y el Yc es más alto en el caudal mayor.

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