RESALTO HIDRAULICO

Guía indispensable sobre resalto hidráulico, calculo de la perdida de energía en el salto, evaluación y calculo del tirante. - Mecánica de fluidos II

1. ING.KENNEDYR.GOMEZTUNQUE
[email protected]
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA
FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA
E.P DE CIVIL -HUANCAVELICA

2. FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO
Sedenominaflujopermanenterápidamentevariadoaquelflujoenelcuallas
característicashidráulicasnovaríanconrespectoaltiempoenunasección
transversaldada(condicióndepermanencia:
dy
dt
=0),perovaríanconelespacioL
(condicióndevariación
dy
dL
≠0),endondeLesunalongitudrelativamentecorta.
ElRESALTOHIDRÁULICOeselfenómenoquesegeneracuandouna
corrientesupercrítica,esdecir,rápidaypocoprofunda,cambia
súbitamenteasubcrítica,estoes,sevuelveunacorrientelentay
profunda.EstefenómenoesdecentralimportanciaenlaHidráulicade
Canales,porlocualsetrataaquíconsuficienteamplitud.

3. Saltohidráulico
Flujoenvertederos
FlujoencanalesNOprismaticos
FlujoencanalesNOalineados
EjemplodeFRV
Vertedero de Pared Gruesa Triangular

4. COMPUERTAS

5. Compuerta Plana Libre
Compuerta Plana Ahogada

6. COMPUERTAS LATERALES
Compuerta
Plana Libre

7. Compuerta de Sector Libre
Compuerta de Sector Ahogada

8. FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO
Preguntasquebuscan
responderelanálisis
delsaltohidráulico:
-Clasificación?
-Altura?
-Energíaperdida?
-Longitud?
-Perfil?
-Ubicación?
Queusostiene?
-Disipadordeenergía
(vertedores,
Potabilizadores,entre
otros).
-Mezclador
-Aireador
-Aforador
-Prevencióndeerosión

10. PERFIL BARRAJE –PRESA DERIVADORA

11. SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Sedenominaasíelfenómenohidráulicadelaelevaciónsúbitadel
tiranteaguasabajocuandosepasadelflujosupercríticoasubcritico
෍ത�??????��??????�????????????�=????????????�
2
ത�
2−�
1
ത�
1…(1)
AplicandoCantidaddeMovimientoalesquemahidráulico:
Enladireccióndelmovimiento:
??????
1??????
1−??????
2??????
2−�
??????+��????????????�=????????????�
2
ത�
2−�
1
ത�
1
…(2)

12. Donde:
……(4)Reemplazandoen3:
Porlaecuacióndecontinuidad:
……(6)
??????
1=�ത�
1
??????
2=�ത�
2
Luego:�ത�
1??????
1−�ത�
2??????
2−�
??????+��????????????�=????????????�
2
ത�
2−�
1
ത�
1
……(3)
SielAnguloespequeño: ��????????????�=0
Silaperdidaporfricciónespequeña:�
??????≈0
Siladistribucióndevelocidadeses
uniformeenrégimenpermanente:
�
1≈�
2≈1
�ത�
1??????
1−�ത�
2??????
2=????????????ത�
2−ത�
1
??????=??????
1�
1=??????
2�
2
Luegoen4:
……(5) �ത�
1??????
1−�ത�
2??????
2=????????????
??????
??????
2
−
??????
??????
1
Sedesprecialaresistenciade
fricciónoriginadaenlapareddel
canal,debidoalapocalongituddel
tramoenquesedesarrollaelsalto.
Considerando:
Elcanaleshorizontal
Ecuacióngeneralparalasprofundidades
conjugadasdeunR.H.encanales
horizontalesodependientepequeña.
Para canales horizontales o de pendiente
pequeña (5º), sentan 0 y cos
2
1

13. Dividiendoentrergy
Reordenandotérminos:
Sedenominantirantesconjugadosy1ey2
aaquellostirantesqueoriginanunmismo
valorparalamomentaM.
LlamandoMomentaoFuerza
EspecificaconunidadesdeL
3
:
�
1=�
2
……(7)
Engeneral:
SiQesunaconstante,seobtieneM
min
paracondicionescriticas:
??????
2
????????????
1
+ത�
1??????
1=
??????
2
????????????
2
+ത�
2??????
2
……(8)
�=
??????
2
????????????
+ത�?????? ……(9)
??????�
??????�
=0⇒�
??????
2
??????
=
??????
3
�
……(10)
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Eltiranteconjugadomenordebe
corresponderarégimensupercríticoyel
mayorasubcritico

14. SALTO O RESALTO HIDRAULICO
CLASIFICACIÓNDELFLUJO:
ELNUMERODEFROUDE:
SiFr<1:FLUJOSUBCRITICO
SiFr=1:FLUJOCRITICO
SiFr>1:FLUJOSUPERCRÍTICO
&#3627408441;
??????=
&#3627408457;
??????
??????
&#3627408455;
SUPERCRÍTICO
SUBCRÍTICO
CRÍTICO
Alreferirlostirantesconjugadosy1ey2
(antesydespuésdelsaltoenlacurva
deenergíaespecifica),enlafig.cse
observaquecorrespondenaenergías
especificasE1yE2distintas,cuya
diferenciaDEeslaperdidadeenergía
internadebidaalaturbulenciapropia
delsaltohidráulico.
Resalto hidráulico y diagramas “E vs. y” y “M vs. y”, en canales de fondo horizontal.

15. SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Quees?
Cambiobruscoderégimensupercríticoarégimensubcritico,
sepresentasisecumpleloantesmencionado.
&#3627408486;
2
&#3627408486;
1
=
1
2
(1+8&#3627408441;
??????
2
−1)
Expresionesvalidassielcanales
horizontalyrectangular
&#3627408486;
1
&#3627408486;
2
=
1
2
(8&#3627408441;
??????
2
+1−1)
Régimensubcriticoconocido
Régimensupercríticoconocido

16. TIPOS DE
SALTO
HIDRÁULICO

17. TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO
ElProf.VenteChow(1973)investigodiferentestiposdesaltohidráulicoen
canaleshorizontalesrectangulares,cuyabasedeclasificacióneselnumero
deFroude,asaber:
&#3627408441;&#3627408479;
1=1 FlujocriticoNoseformaningúnsalto
&#3627408441;&#3627408479;
1=1??????1.7SaltoOndular
Ondulacionesenlasuperficielibrequesedesarrollan
aguasabajodelsaltoalolargodedistancias
considerables.Perdidasdeenergíainsignificante.
&#3627408441;&#3627408479;
1=1.7??????2.5SaltoDébil Perdidasdeenergíabajas
&#3627408441;&#3627408479;
1=2.5??????4.5SaltoOscilante
Perdidaslibresondulantes.Saltooscilanteinestable.
Produccióndeondaslargasdeperiodoirregular
Cadaoscilaciónirregularproduceunaolagrandela
cualviajalejoshaciaaguasabajo,dañandoy
erosionandolasorillas.
Siesposiblesedebeevitarestetipodesalto.
&#3627408441;&#3627408479;
1=4.5??????9
Salto
Estacionario
40%a75%dedisipacióndeenergía.Saltoestable.
Nosensiblealascondicionesdeaguasabajo(nivelde
aguaalasalida).
&#3627408441;&#3627408479;
1>9SaltoFuerte Saltobrusco.Hastaun80%dedisipacióndelaenergía.
Riesgodeerosiónenelcanal
Sedebeevitar

18. PERDIDAS DE ENERGÍA
Sedefinecomoladiferenciadeenergíasespecificasantesydespuésdel
salto:
∆&#3627408440;=&#3627408440;&#3627408480;
1−&#3627408440;&#3627408480;
2
Para un canal
rectangularhorizontal
Eficiencia:
Sedefinecomotalala
relaciónde energía
especificadespuésyantes
delsalto:
Sedefinecomoladiferenciaentrelos
tirantesdespuésyantesdelossaltos:
∆&#3627408440;=
(&#3627408486;
2−&#3627408486;
1)
3
4&#3627408486;
1&#3627408486;
2
&#3627409154;=
&#3627408440;&#3627408480;
2
&#3627408440;&#3627408480;
1
Para un canal
rectangularhorizontal&#3627409154;=
(8&#3627408441;&#3627408479;
1
2
+1)
3/2
−4&#3627408441;&#3627408479;
1
2
+1
8&#3627408441;&#3627408479;
1
2
(2+&#3627408441;&#3627408479;
1
2
)
Alturadesalto: ℎ
1=&#3627408486;
2−&#3627408486;
1=∆y

19. LONGITUD DEL SALTO
Paramodelar
&#3627408447;=&#3627408447;(&#3627408441;&#3627408479;
1
2
)
Enuncanaldesecciónrectangular:
-SILVESTER
-LOPARD
-NOVAK
-BRADLY–PETERKA
&#3627408447;
&#3627408486;
1
=9.75&#3627408441;&#3627408479;
1
2
−1
&#3627408447;=6.9&#3627408486;
2−&#3627408486;
1
&#3627408447;=6.0&#3627408486;
2−&#3627408486;
1
&#3627408447;
&#3627408486;
2
=6.1+4&#3627408454;
0

24. Vertedero de demasías o de desborde
H
H
e
h
H
a

25. Ejemplo de aplicacionDeterminar la elevación de la cresta y la forma de una sección de vertedero de desborde
teniendo la cara vertical aguas arriba y una longitud de cresta de 74.2m, la descarga de
diseño es 2123.763m
3
/s. La superficie del agua , aguas arriba para el caudal de diseño
esta en la cota 304.80 y el piso medio del canal está en la cota 268.224

datos: mL 2.76=
/763.2123
3
smQ
d
=
smC /22.2
2/1
=

Elevación de la superficie del flujo aguas arriba para el caudal de diseño:
304.8m
Elevación del piso medio del canal : 268.224 m

26. Solución:
5.1
e
CLHQ=

()
m
CL
Q
H
e
40.5
2.7622.2
763.2123
3
2
3
2
=








=






=

La velocidad de llegada es:

El tirante de agua con que se llega al vertedero es : 36.576m
()( )
sm
Q
V
a
7619.0
576.362.76
763.2123
==

=

La altura correspondiente de velocidad es g
H
a
a
2
2

= m
x
H
a 0295.0
81.92
7619.0
2
==


La altura de diseño: mH
d
3705.50295.040.5 =−=
La altura de presa es:
h = 36.576 - 5.3705 = 31.2055m

Calculando: 1.33xHd = 7.142 m
La altura h = 31.2055 es mas grande que 7.142 m, entonces el efecto de la
velocidad de llegada es despreciable.
Por lo tanto la elevación de la cresta es: 304.8 -5.3705 = 299.4295m