resalto hidrúlico

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  • 1. RESALTO HIDRLICO

2. Introduccin En 1818, el italiano Bidone realiz las primeras investigaciones experimentales del resalto hidrulico. Diferencia entre las pendientes suaves (subcrticas) y las empinadas (supercrticas), Observ que en canales empinados a menudo se producan resaltos hidrulicos generados por barreras en el flujo uniforme original 3. Introduccin La teora del resalto desarrollada corresponde a canales horizontales o ligeramente inclinados donde el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su comportamiento. Para canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el anlisis. 4. Generalidades Ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo. Puede producirse en cualquier canal, pero en la prctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal (S=0), ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difcil de analizar tericamente. 5. Resalto hidrulico El salto hidrulico puede tener lugar sobre la superficie libre de un flujo homogneo o en una interfase de densidad de un flujo estratificado. En cualquiera caso va acompaado por una turbulencia importante y una disipacin de energa. 6. Generalidades 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 > Vc a V2 < Vc, la profundidad del flujo aumenta de un valor bajo y1 denominado inicial a un valor y2 alto denominado secuente. 7. Nivel Inicial (Potencial) Y0 Compuerta (Nacimiento) Infancia (Veloz) Resalto Hidrulico (Adolescencia) Adultez (pausado) Y1 Y2 Obstculo (Realidad?) Concepto Grfico 8. Resalto en canales rectangulares Para 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: descenso en la velocidad incremento en la profundidad en la direccin del flujo. 9. Resalto en canales rectangulares Se formar 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: Y2/Y1 = 1/2 [(1 + 8 F1 2)1/2 - 1] v - velocidad media de la seccin del canal [m/s] Dh - Profundidad hidrulica (A/b) [m]. Siendo A el rea de la seccin transversal del flujo y T el ancho de la lmina libre. g - aceleracin de la gravedad [m/s] 10. Resalto en canales inclinados En resaltos hidrulicos en canales con pendientes apreciables, se debe tomar el peso del agua dentro del resalto, por esto no pueden emplearse las ecuaciones de momentum, ya que en canales horizontales el efecto de este peso es insignificante. Puede emplearse una expresin anloga a la ecuacin utilizando el principio de momentum con una funcin emprica que debe determinarse experimentalmente. 11. Control El resalto hidrulico puede controlarse por medio de obstculos de diferentes diseos como: Vertederos de cresta delgada, de cresta ancha y subidas y descensos abruptos en el fondo del canal. La funcin del obstculo es asegurar la formacin del resalto y controlar su posicin en todas las condiciones probables de operacin. 12. Aplicaciones La disipacin de energa en flujos sobre diques, vertederos, presas y otras estructuras hidrulicas y prevenir la socavacin aguas debajo de las estructuras. El mantenimiento de altos niveles de aguas en canales que se utilizan para propsitos de distribucin de agua. Incrementos del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga. 13. Aplicaciones La mezcla de sustancias qumicas usadas para la purificacin o tratamiento de agua. La aireacin de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua. La remocin de bolsas de aire con flujo de canales abiertos en canales circulares. La identificacin de condiciones especiales de flujo con el fin de medir la razn efectividad- costo del flujo. 14. Caractersticas 15. Caractersticas 16. Caractersticas Altura del resalto: La diferencia entre las profundidades antes y despus del resalto es la altura del resalto hj =y2 y1 = y Al expresar cada trmino como la relacin con respecto a la energa especfica inicial hj/E1 = y2/E1 y1/E1 Hj/ E1: altura relativa. Y1/ E1: profundidad inicial relativa. Y2/ E1: profundidad secuente relativa. 17. yc 18. Para canales rectangulares