Localización Del Resalto Hidráulico - Informe de Investigación

5/20/2018 Localizaci n Del Resalto Hidr ulico - Informe de Investigaci n

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FACULTAD DE INGENIERA

E.A.P. DE INGENIERA CIVIL

ASIGNATURAMECNICA DE FLUIDOS II

DOCENTEMG. ING. HUGO AMADO ROJAS RUBIO

ALUMNODOLORES VALVERDE DEEKLA

NUEVO CHIMBOTE, JULIO DE 2014



UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA MECANICA DE FLUIDOS II

INGENIERA CIVIL MG. ING. HUGO ROJAS RUBIO

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NDICE

NDICE ............................................................................................................... 1

INTRODUCCIN ............................................................................................... 2

MARCO TERICO ............................................................................................ 3

Localizacin del salto hidrulico ...................................................................... 6

Caso A ....................................................................................................... 8

Caso B ....................................................................................................... 9

Caso C ..................................................................................................... 10

Ejemplo ......................................................................................................... 11

CONCLUSIONES ............................................................................................ 14

BIBLIOGRAFA ............................................................................................... 14





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INTRODUCCION

El presente informe de investigacin sobre la localizacin del salto hidrulico,

expone el resumen de todo lo que se investig y se pudo extraer de diferentesfuentes bibliogrficas que trataron el tema, y en la que el autor que ms explic

en sus anlisis fue Ven Te Chow en Hidrulica de canales abiertos.

En primer lugar se enfocar de manera general en la explicacin del salto

hidrulico, comportamiento del resalto en diferentes estructuras hidrulicas y

elementos del salto, en donde se explicara de manera clara y concisa dichos

temas.

Posteriormente se describir el anlisis de como localizar exactamente el salto

hidrulico en diferentes estructuras y situaciones, todo esto en funcin de la

pendiente, del tirante del flujo aguas arribas como aguas abajo, del tirante

secuente, con el objetivo de poder ubicar la zona de mayor incidencia erosiva

del flujo y poder as realizar un adecuado diseo para proteger adecuadamente

el lecho del canal. Adems tambin poder realizar los perfiles de acuerdo a la

configuracin del sistema hidrulico.

Se espera cumplir con lo expuesto a fin de poner comprender mejor este

fenmeno que durante muchos aos muchos investigadores han dedicado su

tiempo y esfuerzo con el objetivo de estudiarlo, comprenderlo y contribuir al

desarrollo de esta ciencia tan amplia que es la hidrulica.





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LOCALIZACIN DEL RESALTO HIDRAULICO

I. MARCO TERICO:

El resalto o salto hidrulico es un fenmeno local, que se presenta

en el flujo rpidamente variado, el cual va siempre acompaado por un

aumento sbito del tirante y una prdida de energa bastante considerable

(disipada principalmente como calor), en un tramo relativamente corto.

Ocurre en el paso brusco de rgimen supercrtico (rpido) a rgimen

subcrtico (lento), es decir, en el resalto hidrulico el tirante, en un corto

tramo, cambia de un valor inferior al crtico a otro superior a este. (VILLAR

BEJAR, 1995, pg. 179). El siguiente grafico muestra este fenmeno.

Generalmente, el resalto se forma cuando en una corriente rpida

existe algn obstculo o un cambio brusco de pendiente. Esto sucede al

pie de estructuras hidrulicas tales como vertederos de demasas, rpidas,

salidas de compuertas con descarga por el fondo, etc., lo que se muestra

en la siguiente figura:





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En un resalto como el que se muestra en la Figura 5-13 se pueden

realizar las siguientes observaciones:





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Antes del resalto, cuando el agua escurre todava en rgimen rpido,

predomina la energa cintica de la corriente, parte de la cual se transforma

en calor (prdida de energa til) y parte en energa potencial (incremento

del tirante); siendo esta la que predomina, despus de efectuado el

fenmeno.

En la Figura 5-13, las secciones (1) y (2) marcan esquemticamente el

principio y el final del resalto. Los tirantes y1 y y2 con que escurre el agua

antes y despus del mismo se llaman tirantes conjugados. Donde:

y2 = tirante conjugado mayor

y1 = tirante conjugado menor

La diferencia: y2 y1 es la altura del resalto y L su longitud; existen

muchos criterios para encontrar este ltimo valor.

E1 es la energa especfica antes del resalto y E2 la que posee la corriente

despus de l. Se observa que en (2) la energa especfica es menor que

en (1) debido a las fuertes prdidas de energa til que el fenmeno

ocasiona; esta prdida se representa como: E1E2.





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Adems de su mrito como disipador natural de energa, el resalto

hidrulico tiene muchos otros usos prcticos, entre los cuales se pueden

mencionar los siguientes:

a) Prevencin o confinamiento de la socavacin aguas debajo de las

estructuras hidrulicas donde es necesario disipar energa.

b) Mezclado eficiente de fluidos o de sustancias qumicas usadas en la

purificacin de aguas, debido a la naturaleza fuertemente turbulenta del

fenmeno.

c) Incremento del caudal descargado por una compuerta deslizante al

rechazar el retroceso del agua contra la compuerta. Esto aumenta la

carga efectiva y con ella el caudal.

d) La recuperacin de carga aguas debajo de un aforador y

mantenimiento de un nivel alto del agua en el canal de riego o de

distribucin del agua.

(VILLAR BEJAR, 1995, pgs. 180 - 183)

Localizacin del resalto hidrulico:

Con frecuencia, en las obras de ingeniera es importante saber dnde se

presentar un salto hidrulico, como al disear un vertedor. Conforme se

descarga el agua sobre una presa de sobreflujo, la mayor parte de su

energa potencial original se convierte en energa cintica. A menos que se

proporcionen medios para disipar parte de esa energa cintica en prdidade friccin, junto con la reconversin de cierta cantidad en energa

potencial, esas velocidades altas tendrn probabilidades de provocar

erosin en la parte de descarga de la presa y dar como resultado la falla de

la estructura. Uno de los mtodos ms eficaces para convertir la energa

cintica en perdida por friccin, es por medio de los saltos hidrulicos; no

obstante esta conversin se debe producir en el manto de la presa y, por

ende, determinar la ubicacin del salto tiene una importancia primordial.

(W. KING, 1985, pg. 279).





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La localizacin del salto hidrulico ocurre en un escurrimiento supercrtico

cuando la profundidad cambia abruptamente a su profundidad secuente.

Hablando tericamente, el salto ocurrir en un canal rectangular horizontal

si las profundidades iniciales y secuentes y el nmero Froude

aproximadamente satisfacen la ecuacin:

Esta condicin terica es generalmente usada para ubicar, debe

considerarse la longitud del salto. Lo siguiente (Fig. 15-6) ilustrara la

ubicacin de un salto hidrulico en tres casos tpicos:





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Caso Amuestra el salto debajo de una esclusa de regulacin en un

canal moderado. Los perfiles AB y CD pueden ser identificados

fcilmente como tipo M3 y M2 respectivamente.

La curva AB es un dibujo de la profundidad secuente de AB. Se puede

estimar la longitud del salto por la posicin de F. Mediante tanteos, una

interseccin horizontal entre las curvas AB y CD se puede encontrar

que es igual a la longitud de salto. Por ejemplo, la distancia horizontal

EF es igual a la longitud del salto correspondiente a la profundidad y2

en F. Se hace aparente que el salto se formara entre G y F, ya que la

profundidad en F es secuente a la profundidad en G y la distancia EF

mide la longitud del salto no fuera tomada. Se puede notar que, si la

longitud del salto no fuera tomada en consideracin en el anlisis, el

salto podra haberse considerado que se formara en el punto aguas

arriba F, resultando en un error representado por FF. En el caso A, se

puede ver que, aumentando la profundidad aguas abajo o levantando

la curva CD, el salto puede ser movido aguas arriba. La profundidad

aguas abajo se puede levantar a tal altura que el salto ser

eventualmente inundado en frente de la esclusa. Disminuyendo la

profundidad aguas abajo o bajando CD, mover el salto aguas abajo.

La discusin superior se aplica tambin a la localizacin de un salto

formado al pie de un dique o vertedero de desborde.





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Cuando hay un salto hidrulico debajo de una esclusa, el flujo saliente

de la compuerta formar un chorro que posea una vena contrada. La

distancia Le de la vena contrada a la abertura de la compuerta es

usualmente corta. A despecho de esta distancia, hay una regla

adoptada generalmente la cual establece que la vena contrada est

localizada aproximadamente a una distancia h desde la abertura de la

compuerta.

(CHOW, 2004, pgs. 375 - 376)

Apreciacin: Lo que menciona el autor Ven te Chow en prrafo

anterior, es cierto ya que en el caso A, cuando el agua pasa por debajo

de una compuerta el chorro o vena contrada presentar a una longitud

determinada la ocurrencia del salto. Segn la grfica para este caso la

longitud del salto est dada por la distancia horizontal entre los puntos

G y F, es decir entre los puntos E y F, aprecindose en ese tramo un

aumento considerable del tirante ya que el flujo est pasando de

supercrtico a suscritico. Tambin se menciona que si aumentamos la

altura del tirante y2, el salto se apegara a la compuerta, y

posiblemente presentara un salto ahogado o inundado. Caso contrario

ocurrira si se disminuira dicho tirante, es decir el salto se trasladara

aguas abajo

El caso B muestra el salto en una canal teniendo un quiebre en la

pendiente del fondo que cambia de empinada a moderada. Por

simplicidad, se ha asumido que el flujo es uniforme en el canal excepto

en el tramo entre el salto y el quiebre, el salto puede ocurrir en ya sea

el canal empinado o el canal moderado, dependiendo de si la

profundidad aguas abajo y2 es ms grande o menos grande que la

profundidad y1 secuente de la profundidad aguas arriba y1. Si la

profundidad y2 es ms grande que y1, el salto ocurrir en la regin

empinada. Entonces la curva de la superficie OC es el tpico S1. La





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linea AP indica la profundidad secuente de la lnea AR. Ahora,

determinar una interseccin horizontal IJ entre AP y CO que es igual a

la longitud del salto. Es aparente que un salto HJ empezara en la

seccin conteniendo I. Si la profundidad y2 es bajada

aproximadamente a menos que y1, el salto empezar a moverse

dentro del canal moderado. En este caso, el salto puede estar ubicado

tal como se describe en el caso A. (CHOW, 2004, pg. 376)

Apreciacin: Es correcto, lo que el mismo autor, tambin menciona

para el caso B cuando el flujo pasa de una zona con pendiente

empinada a otra con pendiente moderada. En este caso el salto puede

darse en cualquiera de las zonas, y depender de la relacin que exista

entre los tirantes y1 y y2, ambas aguas abajo. Si y2 es mayor que y1,

entonces como se menciona en el prrafo anterior, el salto se

presentara en la zona con pendiente empinada. Caso contrario

ocurrira si y2 es menor que y1, el salto estara en la zona con

pendiente moderada, como se puede observar en las figuras

correspondientes. Para dichas situaciones, el salto en zona empinada

est delimitado H y J, mientras que para la otra zona, por los puntos G

y F.

El caso C muestra el salto detrs de una barrera desbordada.

Tericamente, se formara un salto si la profundidad en la barrera es

ms grande que la profundidad y1secuente a la profundidad subcrticaaproximada y1. La ubicacin del salto es la misma como la del caso B

si el salto ocurre en la regin empinada. Aumentando la altura de la

barrera se mover el salto aguas arriba. Disminuyendo la altura el

salto se mover aguas abajo. Cuando la profundidad en la barrera es

menor que la profundidad secuente y1, la barrera ser cruzada por una

elevacin fija en la forma de una superficie ondular simple cuya

levantada no ser seguida por ondulaciones posteriores. (CHOW,

2004, pg. 376)





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Apreciacin: Para este caso tambin es correcto lo que dice el autor.

El caso C nos muestra el salto hidrulico que se presenta cuando hayuna barrera. El comportamiento es igual que con el caso B en la zona

empinada, ya que y2 es mayor que y1, y si aumentamos o

disminuimos el tirante y2 solo se observara que el salto se mover, ya

sea aguas arriba o aguas abajo. En la situcion contraria cuando y2 es

menor que y1, entonces la barrera ser cruzada por el flujo formando

una curvatura del flujo bastante estable. El salto para este caso se

encuentra comprendido entre los puntos H y J, es decir la distancia

horizontal IJ.

A continuacin se presenta un ejemplo de cmo ubicar o localizar el salto

hidraulico:

Ejemplo: El agua fluye por debajo de una compuerta, en un canal

trapezoidal que tiene b=20 ft, z=2, So=0.0036, =1.10 y n=0.025. La

compuerta es regulada para descargar 400 cfs con una profundidad igual a

0.55 ft en la vena contrada. Localizar el salto hidrulico si el flujo aguas

abajo del salto es uniforme.

Solucin: De los datos dados, la curva de energa especfica

y la curva de fuerza especfica del canal pueden

ser construidas como se ve en la Fig. 15-7. Al calcular la curva de fuerza

especfica el valor de se puede estimar como1.04 para =1.10, usando

las Ecs.: y .

Debajo de la compuerta, el perfil M3 se ve en AGB en la Fig. 15-8. La curva

de la profundidad secuente AFB corresponde a la curva de profundidad

inicial AGB se pude determinar. La curva AFB y el perfil del flujo aguas

abajo CFD (igual a la lnea de profundidad normal en este ejemplo)

intersecta en F. La profundidad inicial del flujo en F se encuentra

entonces, partiendo del perfil M3, que es 1.70 ft. El correspondiente F=1.52

y de la Fig. 15-4, L/y2=3.6. La longitud de salto es entonces igual a





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L=3.6x2.67=9.6 ft. En este punto hay considerada una aproximacin ya que

la longitud del salto debera estar basada sobre F en E (en vez de F), la

cual, es sin embargo, todava desconocida.

En este ejemplo, y2 es igual a la profundidad normal del flujo en el canal ya

que el flujo aguas abajo es uniforme. Si el flujo aguas abajo no es uniforme

sino gradualmente variado, entonces la profundidad en la interseccin F

del perfil aguas abajo con la curva AFB debera tomarse como y2. Esto

tambin es una aproximacin, porque la profundidad actual y2 debera

estar en F, cuya posicin es desconocida todava.





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Despus que la longitud del salto este determinada, una interseccin

horizontal EF igual a 9.6 ft. se encuentra entre la curva AFB y CFD. El

salto hidrulico ocurrir, entonces entre G y F. Como se ve en la Fig. 15-8,

el salto parece iniciarse a una distancia aproximada de 140 ft. de la vena

contrada. Ya la ubicacin del salto est determinada, las aproximaciones

mencionadas arriba pueden ser controladas, y se pueden hacer

determinaciones ms exactas mediante la repeticin del proceso, si se

desea. Tales verificaciones parecen innecesarias, sin embargo, teniendo

en cuenta las aproximaciones incluidas en la teora y otros aspectos del

problema. (CHOW, 2004, pgs. 376 - 378)





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II. CONCLUSIONES:

Se pudo lograr estudiar y entender sobre la localizacin o ubicacindel salto hidrulico en un canal.

Se analiz satisfactoriamente el comportamiento del salto hidrulico

en diferentes estructuras tanto aguas arriba como aguas abajo, en la

que se describi las diferentes situaciones que suelen presentarse

en la prctica del flujo en canales abiertos.

Se pudo comprobar que el anlisis de diversos autores es casi

parecido con lo que expone Ven Te Chow, que es que realiza elanlisis ms detallado.





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III. BIBLIOGRAFA:

Chow, Ven Te (2004). Hidrulica de canales abiertos. Bogot: Nomos

S.A..

Villar Bejar, Maximo (1995). Hidralica de canales. San Jos: EditorialTecnolgica de Costa Rica.

W. King, O. Wisler, G. Woodburn (1985). Hidraulica. Mexico DF.: Trillas.

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