flujo rápidamente variado

FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO Y RESALTO HIDRÁULICO

Abril 2015

Manuel E. García-Naranjo [email protected]@hydroconsultsac.com

mailto:[email protected]

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FLUJO RAPIDAMENTE VARIADO

INTRODUCCION

En el flujo en conductos a pelo libre, elcambio de régimen supercrítico asubcrítico únicamente se producemediante el desarrollo del fenómenoconocido como “resalto hidráulico”. Ésteconsiste en una rápida disminución de lavelocidad, acompañada de un tambiénrápido incremento del tirante.


Estas condiciones de descarga seinscriben en el denominado “FlujoRápidamente Variado”.Debe notarse que el resalto hidráulicoes un medio muy efectivo para disiparenergía. Se le utiliza generalmenteal final de rápidas, cascadas oaliviaderos, para disminuir la energíacinética de la corriente y entregar unflujo tranquilo al canal subsecuente.


CÁLCULOS HIDRÁULICOS:

Los cálculos hidráulicos en elestudio del flujo rápidamentevariado están mayormente referidosa la determinación de los llamados“tirantes conjugados del resalto” yla determinación de la longitudrequerida para que el resalto sedesarrolle completamente.


La relación entre los tirantes inicialy final del resalto ó “tirantesconjugados”, así como la expresiónde la pérdida de energía, se obtienehaciendo uso de las ecuacionesfundamentales de la mecánica defluidos, esto es, las ecuaciones de:continuidad, cantidad de movimientoy energía.


Así, en un caso general, la ecuaciónde cantidad de movimiento seescribe:

ó equivalentemente:

)VV(QygAygA 11222211

2

2

222

1

2

111

gA

QyA

gA

QyA


donde todos los términos tienen elsignificado usual, y:

y – posición del centroide de lasección, medida desde la superficielibre del agua

β – coeficiente de Boussinesq; enmuchos casos se adopta igual a 1.


Definiendo:

Al regresar a la ecuación de cantidad demovimiento se tiene: M1 = M2

Si se grafica la relación M vs y esposible observar que M es mínimocuando y = ycr, y los tirantes conjugadosdel resalto cumplirán que M1 = M2 = M

gA

QyAM

2


En el caso que el resalto hidráulico seproduzca en un canal de secciónrectangular, es posible demostrar lavalidez de las siguientes relaciones:

a) Tirantes conjugados:

2

1

1

2 Fr8112

1

y

y


donde:

b) Pérdida de energía en el resalto:

1

11

gy

VFr

21

3

12

yy4

yyE


c) Longitud del resalto:

Está definida como la distancia medidadesde la sección donde se inicia elresalto hasta la sección donde éstetermina. Puede determinarse mediantela relación:

L = K (y2-y1) donde:

K = 5.765 – 0.0882 (y2/y1)

ó mediante la gráfica L/y2 vs Fr1,sugerida por el USBR:

flujo rápidamente variado

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