Flujo rapidamente variado

1. FLUJO RAPIDAMENTE VARIADO
INTEGRANTES:
 MORALES AVALOS LUIS
 TOMAS LLAMO BRESNET
 FIGUEROA VICTOR
DOCENTE : ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ

2.  El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de
manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el
caso del resalto hidráulico.
 La curvatura de las líneas de corriente es pronunciada, con lo cual la
suposición de una distribución hidrostática de presiones deja de ser
valida. En ocasiones el cambio en la curvatura puede ser tan abrupto
como para romper virtualmente el perfil de flujo, resultando en un
estado de alta turbulencia y perfil de flujo discontinuo.
Flujo Rápidamente variado

3.  La curvatura de las líneas de flujo impide la suposición de una distribución hidrostática de
presiones.
 La variación rápida del flujo ocurre en tramos cortos, de forma tal que las pérdidas por
fricción contra las fronteras son pequeñas y pueden ser despreciadas en un análisis
primario.
 El FRV en una estructura de transición tendrá sus características físicas determinadas por
la geometría de la frontera y el estado del flujo.
 Ante bruscos cambios en la geometría del canal se pueden formar vórtices, remolinos,
corrientes secundarias y zonas de separación que complican el patrón del flujo. Esto
dificulta definir las fronteras del flujo (que ya no serán las fronteras sólidas del canal), así
como determinar valores promedios en la sección para las variables del flujo.
 Aún cuando en situaciones como la anterior sea posible aproximar las distribuciones de
velocidades, los coeficientes y son difíciles de cuantificar con exactitud y generalmente
notoriamente superiores al valor 1.
Características Del Flujo
Rápidamente Variado:

4.  El resalto o salto hidráulico es un fenómeno local, que se presenta en el
flujo rápidamente variado, ocurre en el paso brusco de régimen
supercrítico (rápido) a régimen subcritico (lento yo viceversa.
Generalmente, el resalto se forma cuando en una corriente rápida existe
algún obstáculo o un cambio brusco de pendiente. Esto sucede al pie de
estructuras hidráulicas tales como vertederos, salidas de compuertas
con descarga por el fondo, entre otras.
RESALTO HIDRAULICO

6.  Antes del resalto, cuando el agua escurre todavía en régimen rápido,
predomina la energía cinética de la corriente, parte de la cual se
transforma en calor (pérdida de energía útil) y parte en energía potencial
(incremento del tirante); siendo esta la que predomina, después de
efectuado el fenómeno.
 En la figura anterior, las secciones (1) y (2) marcan esquemáticamente el
principio y el final del resalto. Los tirantes y1 y y2 con que escurre el agua
antes y después del mismo se llaman tirantes conjugados.
 Dónde:
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 último valor
 E1 es la energía específica antes del resalto y E2 la que posee la corriente
después de él. Se observa que en (2) la energía específica es menor que en
(1) debido a las fuertes pérdidas de energía útil que el fenómeno ocasiona;
esta pérdida se representa como: E1 – E2.

7.  Canal Rectangular:
Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía
del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia casada
por la fricción a lo largo de las paredes y del canal, resultando una
disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la
dirección del flujo. Un salto hidráulico se formara en el canal si el
numero de Froude del flujo la profundidad y una profundidad aguas
abajo satisfacen la ecuación.
ECUACIONES DEL RESALTO HIDRAULICO PARA
DIFERENTES FORMAS DE SECCION

10.  Canal Trapezoidal:
Régimen Supercrítico conocido
Régimen Supercrítico

13.  Sección Circular:
Régimen Subcrítico conocido:
Régimen Supercrítico conocido:

15.  La longitud del resalto, ha recibido gran atención por parte de
los investigadores, pero hasta ahora no se ha desarrollado un
procedimiento satisfactorio para su cálculo. Sin duda esto se
debe al hecho de que el problema no ha sido analizado
teóricamente, así como a las complicaciones prácticas derivadas
de la inestabilidad general del fenómeno y la dificultad en definir
las secciones de inicio y fin del resalto.
LONGITUD DE RESALTO

16.  Según sieñchin:
 Según Hsing:
 Según Pavlovski:
 Según Schaumian:
 Según Chertousov:
FORMULAS

17.  Resalto ondular:
 Para F1 > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones.
 Resalto Débil: Para F1 > 1.7 y < 2.5. Este se caracteriza por la formación de pequeños rollos
a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La pérdida de energía es baja.
 Resalto Oscilante: Para F1>2.5 y < 4.5. Se produce un chorro oscilante entrando el salto del
fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación produce una gran
onda de periodo irregular, la cual comúnmente puede viajar por varios kilómetros
causando daños aguas abajo en bancos de tierra y márgenes.
 Resalto Permanente: Para F1 > 4.5 y <9.0. La extremidad aguas abajo del rollo de la
superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre
prácticamente en la misma variación en la profundidad aguas abajo. El salto esta bien
balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y
el 70 %.
 Resalto Fuerte: Para F1 =9.0 o mayor el chorro de alta velocidad agarra golpes
intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo y puede
prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85 %.
Tipos De Resalto Hidráulico

19.  Un Canal rectangular de 15m de ancho se inicia al pie de un cimancio que
tiene una altura de 4.27 del piso a la cresta, dicho cimancio tiene la
misma longitud de cresta que el ancho del canal y con una carga h= 2.43
m sobre la misma, deberá descargar un caudal Q= 112.5 m3/s.
 El canal sera excavado en tierra con un coeficiente de rugosidad n=
0.025 y el regimen de flujo debe ser subcritico. Uniforme Determinar la
pendiente necesaria en el canal para que el resalto hidraulico se inicie
justo al pie de la caida, así como la longitud L, (usando la fórmula de
Sieñchin), de la zona que debe revestirse. (considerar como pérdida la
energía por fricción sobre el cimancio 0.1 V12/2g).
Problema

20.  Z1 + Y1 +
V1
2
2g
= Z2 + Y2 +
V2
2
2g
+ hf
Solución:
Q = 112.5 m3/s
B = 15.00 m
Y0 =6.70 m
N =0.03 m
hf =0.1 V12/2g
Aplicando la ecuación de la energía, entre 0 y 1 y tomando como NR el
fondo del canal, se tiene:
Dónde:
Z0=Z1=0
V0 = 1.1194
V0
2
2g = 0.0639
Yo + V0
2
2g = 6.7639

21. Luego: en el segundo miembro de la ecuación tenemos
Remplazando valores se tiene la ecuación:
Y1 = 0.7225 m
F y = 5.144 ∗ 10−5

22.  L = 14.583 mY2 = 3.6391 m
Calculo de la pendiente para que el resalto se inicie justo al pie de la
caída, se debe cumplir que:
Yn = Y2 = 3.6391 m
A = 3.6391 m
p = 3.6391 m
De la ecuación de manning se tiene:
S = 0.00080366 = 0.8 °
°°