1Flujo rpidamente variado. Caractersticas: Gran curvatura de las lneas de corriente. Existenquiebresdelperfildelaguaalexistir curvaturas grandes de las lneas de corriente. Consideraciones: La distribucin de presiones NO es hidrosttica. Cambios de rgimen en tramos cortos. La geometra de la estructura y el estado del flujo determinan las caractersticas fsicas del flujo.2Flujo rpidamente variado.Continuacin... Consideraciones: Generalmente a y b mayores que 1. Frecuentementesepresentanturbulencias, remolinos, zonas de separacin, etc.3Flujo rpidamente variado. Ejemplos de FRV: Salto hidrulico. Flujo en vertedores. Flujo en canales NO prismticos. Flujo en canales NO alineados.4Flujo rpidamente variado.Continuacin... Mtodos de solucin: Noexistensolucionesgenerales,porloquees indispensable el apoyo experimental. Las soluciones son obtenidas mediante: Modelos hidrulicos. Mtodos aproximados. Soluciones grficas. Flujo con potencial.5Salto hidrulico. Qu es? Cambiobruscodergimensupercrticoargimen subcrtico; se presenta si se cumple:( ) 1 8 1212112 + = FyyExpresin vlida si el canal es horizontal rectangular.y1y2Rgimen supercrticoRgimen subcrtico6Salto hidrulico. Qu usos tiene? Disipador de energa (vertedores, Pashall, canales, potabilizadoras, etc.) Mezclador. Aireador. Aforador. Prevencin de erosin. Preguntas que busca responder el anlisis del salto hidrulico: Clasificacin? Altura? Energa perdida? Longitud? Perfil? Ubicacin?7Ejemplos de salto hidrulico.8Ejemplos de salto hidrulico.9Ejemplos de salto hidrulico.10Ejemplos de salto hidrulico.11Ejemplos de salto hidrulico.12Clasificacin del salto hidrulico.Flujo intenso del fondo del canal hacia lasuperficielibredelaguaenuna seccin. Eficiencia: 85%F > 9.00 FuerteFlujodelfondodelcanalhaciala superficielibredelaguaenuna seccin. Eficiencia: 45%-70%4.50 < F 9.00 EstablecidoFlujooscilantedelfondodelcanal hacia lasuperficie libre del agua.2.50 < F 4.50 OscilanteRemolinos en la superficie. 1.70 < F 2.50 DbilOndulaciones superficiales. 1.00 < F 1.70 OndulanteObservaciones Rango de Froude Clasificacin13Caractersticas del salto hidrulico. Prdida de energa. Prdida relativa de energa. Eficiencia. Altura del salto. Altura relativa del salto. Profundidad secuente relativa. Longitud del salto. Perfil superficial. Localizacin del salto.14Caractersticas del salto hidrulico. Prdida de energa: Diferencia de las energas especficas antes y despus del salto hidrulico. Prdida relativa: Eficiencia: Adimensional; depende nicamente de F. Altura:2 131 22 14) (y y y yE E E= = 1211EEEEER == ( )( )2121212 / 321122 81 4 1 8F FF FEE++ +=1 2y y hj =Continuacin...15Caractersticas del salto hidrulico. Altura relativa: Profundidad secuenterelativa:23 8 1212111121+ += =FFEyEyEhj12EyContinuacin...16Caractersticas del salto hidrulico.Continuacin... Caractersticas a partir de la figura 15-3, p. 389. Mximaalturarelativahj/E1es0.507cuando F1=2.77. Mximaprofundidadrelativay2/E1es0.80,se presenta cuando y1/E1=0.4 y F1=1.73. Se inicia el cambio de salto ondulante a salto dbil. Si F1=1 se tiene flujo crtico y y1=y2=2/3 E1. AlincrementarseF1,loscambiosenlas relaciones son graduales.17Caractersticas del salto hidrulico.Continuacin... Longitud: Seutilizalafigura15-4(p.390)quefue desarrolladaoriginalmenteparacanales rectangulares, pero a falta de informacin se usa paracanalestrapezoidales,suponiendo pendiente horizontal. Perfil superficial: Se utiliza la figura 15-5 (p. 391).18Caractersticas del salto hidrulico.Continuacin... Ubicacin: Seobtieneapartirdelaecuacin:suponiendovalores de dos puntos 1 y 2 hasta que se cumpla la ecuacin.( ) 1 8 1212112 + = Fyy19Caractersticas del salto hidrulico.Continuacin... Para el caso de la ubicacin, analizaremos tres casos:1. Salto hidrulico por debajo de una compuerta en un canal de pendiente suave.2. Salto hidrulico en un canal que tiene un cambio de pendiente de pronunciada (S) a suave (M).3. Salto hidrulico por encima de una barrera de rebose o vertedor.20Ubicacin del salto.Compuerta en un canal con pendiente suave (M). Vase la figura 15-6, inciso a, p. 392. Trazo de los perfiles de agua (M1, M3). Clculo de los conjugados del M3. Obtencin del punto de interseccindelperfilM2con losconjugadosdelperfilM3,afindeobtenerelvalor deFcorrespondiente.ApartirdeestevalordeFse obtiene la longitud del salto con la figura 15-4.21Ubicacin del salto.Compuerta en un canal con pendiente suave (M). TrazodelneashorizontalesdelongitudLhasta encontrar aquella que intercepte a M2 y a M3. Obtencindeltringuloquecortaeltirante supercrtico, que es donde se inicia el salto hidrulico. Elsaltohidrulicoescontroladoporeltirante aguasabajo.Estetipodeanlisisessimilarcuando se trata de vertedores de pared delgada o de rebose.Continuacin...22Ubicacin del salto.Canal con cambio de pendiente. Vase la figura 15-6, inciso b, p. 392. La metodologa de clculo es similar a la utilizada en el caso anterior, solamente que no existe ninguna compuerta. Vase la figura 15-6, inciso c, p. 392. El salto se producir siempre y cuando el tirante en la barreraseamayorqueeltiranteconjugado correspondiente al flujo supercrtico de aproximacin. En caso contrario, se formar una oleada estacionaria para sobrepasar la barrera.23Salto hidrulico como disipador de energa. Figuras 15-9 y 15-10, pp. 396-398.y1:tirante de entrada del flujo.y2:tirante conjugado de y1.y2: tirante real aguas abajo. Caso 1: y2 = y2. Es una situacin ideal y se supone que el salto se producir inmediatamente despus de la profundidad y1.24Salto hidrulico como disipador de energa.Continuacin... Caso 2: y2 < y2. Eltiranteaguasabajo(y2)alsermenorqueel conjugadoproduceundesplazamientodelsalto hidrulico; el salto se barre y erosiona zonas que NO han sido protegidas. Sesugierelaconstruccindeobstculospara evitar el barrido del salto.25Salto hidrulico como disipador de energa.Continuacin... Caso 3: y2 > y2. Eltiranteaguasabajoproduceelahogamientodel saltoporloquelaenergadisipadaNOesla diseada;ademsafectalaeficienciade vertedores y compuertas. Afinevitarahogamientosseproponeelusode cadas o de excavaciones.26Salto hidrulico como disipador de energa.Continuacin... Casos 4 y 5. Soncasosdecombinacionesdeloscasos1y2, por lo que a fin de estabilizar el salto se requiere el uso de obstculos y cadas.27Efectos de la profundidad aguas abajo sobre la formacin de un salto hidrulico debajo de un dique o esclusa.28Consideraciones prcticas relacionadas con el salto hidrulico. Todos los tipos de saltos pueden presentarse en los tanques amortiguadores. Elsaltodbil(1.70 10, se recomienda el uso de cubetas deflectoras.31Mecanismos de control del salto hidrulico. Vertedores de pared delgada: Vertedores de cresta ancha:y1y2Rgimen supercrticohy1y2Rgimen supercrticoRgimen subcrticoh32Mecanismos de control del salto hidrulico. Escalones: Se usan cuando y2> y3. Cadas: Se utilizan cuando y2< y3.y2Rgimen supercrticohy3y1y1y2Rgimen supercrticohy3Continuacin...33Anlisis dimensional en el control del salto hidrulico. La funcin queda en trminos de:||.|

\|=132 1, ,yyyxFyhy1y2y3x34Control de salto hidrulico por medio de vertedores de pared delgada. Seutilizalafigura15-11, p. 401. Estafigurapermiteel anlisisdelefectodel vertedor,siemprey cuandoseconozcan lascondicionesde aproximacinyse cumpla:y3< (y2 0.75 h) Sesugieredarunvalor deF,proponerunvalor de h y revisar el valor de x. Paradiseose recomienda.(x/y2) = 535Relaciones experimentales entre F,h/y1y x/y2para un dique de cresta afilada.36Control de salto hidrulico por medio de vertedores de cresta ancha. Se requiere la figura 15-12, p. 402. La figura muestra la ecuacin: La ecuacin es vlida cuando x = 5 (h+y3) Para su uso debe cumplirse que:||.|

\| +((

||.|

\| += +1231222 1 8 12 1 8 11 8 133 . 21yhFyhFF( )3223h yy+ y3Se incrementa el efecto de ahogamiento.A partir de la relacin h/y1, se predice el comportamiento del escaln.Flujo supercrtico aguas abajo. El escaln trabaja como vertedor.Elevacin alta-ahogamiento.Elevacin baja-barrido.h/y1h/y140Control de salto hidrulico por medio de escalones.Continuacin... Procedimiento: Definir F, y3/y1para un gasto mximo y determinar, por interpolacin, un valor de h/y1. Se repite el procedimiento para distintos valores de los gastos esperados y se definen valores mximo y mnimo para el escaln h.41Control de salto hidrulico por medio de cadas. Se utiliza la figura 15-14, p. 405. Sedeterminalaalturarelativadelacadarequerida paraestabilizarunsaltohidrulicoconcualquier combinacin de gasto y tirante aguas arriba o abajo. Se tienen cinco regiones aguas abajo: Posicin1.Excavacinreducida;setieneahogamientodel salto. Posicin 5. Excavacin excesiva; se barre el salto. Posiciones2y4.Elsaltodebemantenerseenestas posiciones.42Control de salto hidrulico por medio de cadas. Posicin3.Setieneunsaltoondulante,porloquedebe evitarse este caso. Lasecuacionesparalasregiones2y4sonlas siguientes: Regin 2: Regin 4:(((

||.|

\| =21 131 31 321/ 1/ 21yhyyy yy yF(((

||.|

\|||.|

\|+=21321 1 31 321/ 1/ 21yyyhy yy yFContinuacin...43Tanques amortiguadores. Tramocortodeuncanalubicadoalfinaldeun vertedor,compuertaocualquierestructuraque produzca flujo supercrtico. Se tiene dos tipos bsicos de tanques amortiguadores: TanqueSAF(SaintAnthonyFalls delaUniversidadde Minnesota).Reduceenun80%lalongitudde estabilizacindelsaltohidrulico;seusaen estructuraspequeas.ElvalordeFdebeestarentre 1.70 < F 17.0.44Tanques amortiguadores. TanquesUSBR(United States Bureau of Reclamation).Se usan en estructuras mayores y se tienen cinco tipos (I, II, III, IV y V). Ambostanquescombinanelusodebloquesde rpidas, de fondo y obstculos con objeto de evitar la erosin,ascomodemantenerelsaltoenunasola porcin del canal.Continuacin...45Tanques SAF. Para 1.70 < F 17Cuando F es cercano a 1.7, el tanque resultante est sobrediseado. La altura de los bloques de entrada y de piso es igual a y1y su ancho y espaciamiento es igual a 0.75 y1. Ladistanciadelextremoaguasarribadeltanque hasta los bloques del piso es igual a (LB/3). Serecomiendasuusoenestructuraspequeasdedrenaje. Deben considerarse los siguientes aspectos:76 . 0125 . 4FyLB =46Tanques SAF. La distancia mnima de los bloques de piso a la pared lateral es de (3y1/8). Los bloques de piso deben estar ubicados en direccin de los espacios de los bloques de entrada. Entreel40%yel50%delanchodeltanque amortiguadordebeestarocupadoporlosbloquesde piso. El ancho y el espaciamiento de los bloques de piso de tanquesdivergentesdebenincrementarse proporcionalmente al aumento del ancho del tanque.Continuacin...47Tanques SAF. La altura del umbral de salida est dada por c = 0.07 y2, donde y2es el conjugado de y1. La profundidad de salida aguas abajo por encima del tanque est definida por:1.70 < F 5.55.5 < F 1111 < F 17221'212010 . 1 yFy||.|

\| =2'285 . 0 y y =221'280000 . 1 yFy||.|

\| =Continuacin...48Tanques SAF. Laalturadelosmuroslateralesestdefinidapor z = y2/3. Losmurosdesalidadebenserigualesenalturaa losmuroslateralesdeltanqueysupartesuperior debe tener una pendiente 1:1. El muro de salida debe localizarse con un ngulo de 45 con respecto al eje central de salida. Losmuroslateralesdeltanqueamortiguador pueden ser paralelos o divergentes.Continuacin...49Tanques amortiguadores SAF.50Tanques amortiguadores SAF.51Tanques amortiguadores SAF.52Tanques amortiguadores USBR.53Tanques amortiguadores USBR.