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• Wilver Fajardo Mamani

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UNIVERSIDAD AUTONOMA “TOMAS FRIAS” CARRERA DE INGENIERIA CIVIL RESALTO HIDRAULICO RESALTO

HIDRAULICO

1. INTRODUCCION. La presente práctica en laboratorio de hidráulica consta de un experimento que relaciona a través de un modelo de escurrimiento los temas de Resaltos Hidráulicos vistos en clases. Esta experiencia permite inferir y deducir el comportamiento de un escurrimiento en canal de tipo abierto por medio de una compuerta variable por la cual circula un caudal de agua a través de una sección rectangular. En este informe se presentaran los datos obtenidos del laboratorio con su respectivo análisis de tal forma de poder concluir los diversos tópicos asociados a la materia de resalto hidráulico. Este informe consta de experiencias diferentes en donde se eleva la altura de la compuerta respecto de la base de tal forma que se genera un resalto y también ver cómo se comporta al ahogar este resalto. A lo largo de este informe se utilizaran las fórmulas de energía y momenta para resolver la experiencia de laboratorio. 2. OBJETIVOS. 

Estudiar a través del experimento, el comportamiento de un resalto hidráulico en un canal rectangular de pendiente muy baja o nula.



Desarrollar la teoría básica del resalto hidráulico en canales abiertos, haciendo énfasis en las características del resalto hidráulico en canales rectangulares de fondo horizontal.



Observar el comportamiento de un resalto hidráulico en un canal y familiarizarse con los parámetros que intervienen en su comportamiento.



Hallar la longitud del salto.



Calcular las pérdidas de energía que origina un resalto.



Verificar la validez de las ecuaciones teóricas para tal caso.

3. IMPORTACIA DE LA PRÁCTICA. Es de gran importancia conocer y comprender el procedimiento para obtener las características del salto hidráulico ya que tiene muchas aplicaciones en la ingeniería civil como en el diseño de las estructuras de control como vertederos, aliviadores y estructuras de caída, a menudo debe asegurarse de disipar el acceso de energía cinética que posee el flujo aguas abajo. Esto se logra con unas estructuras conocidas como disipadores de energía y las cuales son muy comunes en las estructuras de control. 4. FUNDAMENTO TEORICO. Resalto Hidráulico. El resalto hidráulico es el fenómeno que se genera cuando una corriente supercrítica, es decir, rápida y poco profunda, cambia súbitamente a subcrítica, esto es, se vuelve una corriente lenta y profunda. Este fenómeno es de central importancia en la Hidráulica de Canales, por lo cual se trata aquí con suficiente amplitud. Considérese el comportamiento del flujo en un canal de sección uniforme, cuya pendiente cambia gradualmente de S01 < Sc a S02 > Sc, como se muestra en la Figura.

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El Salto Hidráulico producido por obstáculos recibe el nombre de SALTO HIDRÁULICO FORZADO, mientras que el producido solamente por las condiciones del canal se denomina SALTO HIDRÁULICO SIMPLE. En ambos casos, la existencia de corrientes secundarias en las cresta del salto, que en los casos más violentos produce mezcla de aire en la corriente, produce pérdidas de energía cuyo cálculo resulta muy complicado. El método más utilizado es inducir en el flujo una gran turbulencia por medio de cambios repentinos tanto en dirección como en expansión, como sucede con el resalto hidráulico (salto hidráulico), el cual es muy efectivo en la disipación de energía y convierte el flujo supercrítico en subcrítico. Veremos brevemente las propiedades más importantes del salto hidráulico. Consideremos un tramo de un caudal el cual posee dos controles tanto en la parte superior como inferior: un aliviadero en la parte superior y una compuerta en la inferior (Ver figura).

El vertedero o aliviadero produce flujo supercrítico al final de él y la compuerta se produce flujo subcrítico antes de ella; el resultado es un conflicto entre la influencia de los dos controles: uno de los cuales busca imponer flujo supercrítico y otro flujo subcrítico en el tramo de caudal dentro de ellos. Este conflicto se puede resolver únicamente si el flujo pasa de régimen supercrítico a subcrítico, y este paso no puede ser suave ya que el flujo ocurre de una baja elevación a una mayor. Evidencia experimental muestra que el flujo puede transformarse de supercrítico a subcrítico en forma abrupta por medio de un salto hidráulico; este cambio está acompañado de considerable turbulencia y disipación de energía. Dado que las pérdidas de energía en el salto hidráulico no son conocidas de antemano, este es un caso donde no es posible aplicar la ecuación de la energía, así que tomamos el recurso de usar la ecuación del momento.

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UNIVERSIDAD AUTONOMA “TOMAS FRIAS” CARRERA DE INGENIERIA CIVIL RESALTO HIDRAULICO Consideremos, entonces, la situación general mostrada en la figura que sigue, en la cual puede o no haber pérdidas de energía entre las secciones 1 y 2 y puede o no haber un obstáculo sobre el cual hay una fuerza de arrastre, Pf.

De acuerdo al principio del momento. F1 – F2 – Pf = (ρQV) 2 – (ρQV) 2 Donde ρ es la densidad del agua. Para un canal rectangular, es necesario considerar un ancho unitario. Así que: ρqV2 – ρqV1 = F1 – F2 – Pf = Donde g es el peso específico del agua. Reorganizando términos. Pf = Haciendo la sustitución:

Para un salto hidráulico simple, Pf = 0 y la ecuación anterior puede escribirse como:

Esto es:

Sustituyendo q =v1 y1:

o

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UNIVERSIDAD AUTONOMA “TOMAS FRIAS” CARRERA DE INGENIERIA CIVIL RESALTO HIDRAULICO La cual es la bien conocida ecuación del salto hidráulico, las profundidades del salto hidráulico agua arriba (y1) y agua abajo (y2) son llamados conjugados o se cuentes la una de la otra. La ecuación (2.30) es cuadrática en Y2/ Y1 cuya solución es dada por:

(1)

(2)

La ecuación (1) puede usarse para calcular la profundidad (Y2) aguas abajo del resalto hidráulico cuando las condiciones aguas arriba son conocidas, consecuentemente es posible calcular la profundidad aguas arriba (Y1) cuando las condiciones aguas abajo son conocidas, mediante la ecuación (2), que se presentaron anteriormente. Ecuación general para las profundidades conjugadas de un R.H. en canales horizontales o de pendiente pequeña. Tanto las fuerzas de fricción, como la componente del peso en la dirección del flujo pueden ser despreciadas, por tanto las fuerzas específicas se conservan:

𝑸𝟐 𝑸𝟐 + 𝒉𝒄𝟏 𝑨𝟏 = + 𝒉𝒄𝟐 𝑨𝟐 𝒈𝑨𝟏 𝒈𝑨𝟐 Dónde:

𝑸 = Caudal (Constante) 𝑨𝒏 = Área del flujo. 𝒉𝒄𝒏 = La profundidad del baricentro de la sección (Yn/2).

Es importante observar que el flujo después del salto hidráulico es subcrítico y entonces está sujeto a un control adicional aguas abajo. Entonces la profundidad aguas abajo es causada no por las condiciones aguas arriba sino por algún control actuando adicionalmente aguas abajo. Si este control produce la profundidad requerida Y2, un salto se formará; de otra manera no. Los estanques disipadores (o amortiguadores) y otras estructuras disipadoras utilizan esta propiedad para crear un resalto hidráulico y disipar la energía en exceso en el salto. Las características deseables en las estructuras disipadoras de energía (estanques o pozos amortiguadores) son aquellas que tienden a: 

Promover la formación de un resalto hidráulico dando condiciones adecuadas aguas abajo.



Establecer una condición de un resalto hidráulico estable



Establecer su resalto hidráulico tan corto como sea posible.

La estabilidad y longitud del salto hidráulico varía de acuerdo a las condiciones aguas arriba y es función del número de Froude (Fr1). Cuando Fr1