resalto hidráulico

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Resalto Hidráulico

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INTRODUCCION

En las instalaciones hidrulicas las tuberas y canales toman un rol importante al momento de crear sistemas adecuados y eficientes para el funcionamiento de cualquier tipo de trabajo, que sea necesario el transportar y direccionar cualquier tipo de fluido (liquido). Por lo cual el conocimiento de las caractersticas y fenmenos que actan en las tuberas y canales es muy importante para tomar mejores decisiones en el momento de crear un sistema hidrulico, como por ejemplo, el estudio y determinacin de energa especfica y resalto hidrulico es un tema muy importante, ya que la energa especifica es la energa de agua que fluye a travs de la seccin, la cual es utilizada para resolver los ms complejos problemas de transiciones cortas en los canales. Por el otro lado el resalto hidrulico es un fenmeno dado por el cambio de un rgimen supercrtico a un rgimen subcrtico.

En el siguiente reporte encontraremos el anlisis de ambos fenmenos y determinaremos su existencia y valor numrico por medio de un ensayo demostrativo realizado.

OBJETIVOS

General

Determinar la formacin del resalto hidrulico y la disipacin de la energa especifica de este resalto, en el canal utilizado.

Especficos

Identificar los tipos de flujo (crtico, supercrtico y subcrtico) en cada seccin, utilizando el nmero de Froude calculado.

Representar e interpretar la grfica de la energa especfica para el resalto hidrulico analizado.

Demostrar por medio de una comparacin valor terico- valor experimental, el tirante , por medio de la formula y los datos tomados en el ensayo demostrativo.

ENERGA ESPECFICAEs una cantidad til para el estudio del flujo de canales abiertos y fue introducida por Boris Alexandrovich Bakhmeteffen 1912 en su libro Hidrulica de canales abiertos (Hydraulics of Open Channels), en la realidad podemos encontrar muchos ejemplos de canales abiertos, as como los ros, las canaletas pluviales y muchos ejemplos ms. Al estudiar la energa en el flujo de estos canales abiertos, se involucra la energa que posee el fluido en una seccin particular de inters. La energa total se mide en relacin con la plantilla del canal, y se compone de la energa potencial debido a la profundidad del fluido, ms la energa cintica debido a su velocidad. Esta energa se denota con una E y se obtiene mediante la siguiente formula.

En donde:y = profundidad del fluidov= velocidad promedio del flujo.

En esta ecuacin los trminos estn definidos por unidades de energa por unidad de peso de fluido en movimiento. En canales abiertos por lo general se hace referencia a la energa especfica como E y tambin se puede encontrar para una descarga Q (caudal), como:

TIPOS DE FLUJO EN CANALESLos tipos de flujo que se pueden dar segn el nmero de Froude en canales abiertos son tres que son: Flujo Crtico ( =1 ) Flujo subcrtico (< 1 ) Flujo supercrtico (> 1 )

Pero para antes conocer estos flujos es necesario conocer el nmero de Froude, que se define como la relacin de las fuerzas inerciales a las gravitacionales, es decir que el mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es la fuerza de gravitacin.

Por ejemplo, la diferencia de altura entre dos embalses har que el agua fluya a travs de un canal que los conecta. Y est definido como:

En donde:= Profundidad hidrulica que est definida por: en donde T es el ancho de la superficie libre del fluido en la parte superior del canal.

Figura No. 1 Energa EspecficaEn la graficase encuentra una lnea a 45 que representa a E=y. Para cualquier punto sobre la curva la distancia horizontal entre esta lnea y el eje y representa la energa potencial y. la distancia restante a la curva de la energa especifica es la energa cinemtica, se puede demostrar tambin que cuando el valor de la energa especifica es mnima es cuando el flujo se encuentra en estado crtico, es decir cuando = 1, y su profundidad es denominada profundidad critica . El flujo es subcritico para cualquier profundidad que sea mayor a la profundidad crtica y es supercrtico a cualquier profundidad menor a la crtica. Como se puede observar en la siguiente figura a pesar que esta debajo de la profundidad crtica y esta por arriba, tienen la misma energa. Se denomina a las dos trayectorias, y , como trayectorias alternas de la energa especifica E.

RESALTO HIDRULICOEn 1818, el italiano Bidone realizo las primeras investigaciones experimentales del resalto hidrulico. Esto llev a Blanger en 1928 a diferenciar entre las pendientes suaves (subcrtico) y las empinadas (supercrticas), debido a que observo que en canales empinados a menudo se producan resaltos hidrulicos generados por barreras en el flujo uniforme original.

En un principio, la teora 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 anlisis. Sin embargo los resultados obtenidos de este modo pueden aplicarse a la mayor parte de los canales encontrados en problemas de ingeniera. Paracanales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el anlisis.

Los saltos hidrulicos ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensin del canal. Este puede producirse en cualquier canal, pero en la prctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal, ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difcil de analizar tericamente. El salto hidrulico puede tener lugar ya sea, sobre la superficie libre de un flujo homogneo o en una interface de densidad de un flujo estratificado y en cualquiera de estos casos el salto hidrulico va acompaado por una turbulencia importante y una disipacin de energa. Cuando en un canal con flujo supercrtico se coloca un obstculo que obligue a disminuir la velocidad del agua hasta un valor inferior a la velocidad crtica se genera una onda estacionaria de altura infinita a la que se denomina resalto hidrulico, la velocidad del agua se reduce de un valor V1> C a V2< C, la profundidad del flujo aumenta de un valor bajo Y1denominado inicial a un valor Y2alto denominado se cuente.

Resalto En Canales RectangularesPara un flujo supercrtico en un canal rectangular horizontal, la energa del flujo se disipa a travs de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso en la velocidad y un incremento en la profundidad en la direccin del flujo.

Un resalto hidrulico se formara en el canal si el nmero de Froude (F1) del flujo, la profundidad del flujo (Y1) y la profundidad (Y2) aguas abajo satisfacen la ecuacin:

Resalto En Canales InclinadosEn el anlisis de resaltos hidrulicos en canales pendientes o con pendientes apreciables, es esencial considerar el peso del agua dentro del resalto, por esta razn no pueden emplearse las ecuaciones de momento, ya que en canales horizontales el efecto de este peso es insignificante. Sin embargo puede emplearse una expresin anloga a la ecuacin utilizando el principio de momento que contendr una funcin emprica que debe determinarse experimentalmente.

Figura No. 1 Resalto Hidrulico

ClasificacinLos resaltos hidrulicos en fondos horizontales se clasifican en varias clases y en general esta clasificacin se da, de acuerdo con el nmero de Froude (F1) del flujo entrante. Para F1=1 el flujo es crtico y por consiguiente no se firma resalto, para 1.0