Flujo rapidamente variado

Flujo rápidamente variado.
• Características:
– Gran curvatura de las líneas de corriente. – Existen quiebres del perfil del agua al existir curvaturas grandes de las líneas de corriente.

• Consideraciones:
– La distribución de presiones NO es hidrostática. – Cambios de régimen en tramos cortos. – La geometría de la estructura y el estado del flujo determinan las características físicas delflujo.
1

Flujo rápidamente variado.
Continuación... • Consideraciones:
– Generalmente a y b mayores que 1. – Frecuentemente se presentan turbulencias, remolinos, zonas de separación, etc.

2

Flujo rápidamente variado.
• Ejemplos de FRV:
– – – – Salto hidráulico. Flujo en vertedores. Flujo en canales NO prismáticos. Flujo en canales NO alineados.

3

Flujo rápidamente variado.Continuación... • Métodos de solución:
– No existen soluciones generales, por lo que es indispensable el apoyo experimental. – Las soluciones son obtenidas mediante: • Modelos hidráulicos. • Métodos aproximados. • Soluciones gráficas. • Flujo con potencial.
4

Salto hidráulico.
• ¿Qué es?
– Cambio brusco de régimen supercrítico a régimen subcrítico; se presenta si se cumple:
y2 1 = 1 +8F12 − 1 y1 2

(

)
Régimen y2 subcrítico Régimen supercrítico

Expresión válida si el canal es horizontal y1 rectangular.

5

Salto hidráulico.
• Preguntas que busca responder el análisis del salto hidráulico:
– – – – – –
6

• ¿Qué usos tiene?
– Disipador de energía (vertedores, Pashall, canales, potabilizadoras, etc.) – Mezclador. – Aireador. – Aforador. – Prevención de erosión.¿Clasificación? ¿Altura? ¿Energía perdida? ¿Longitud? ¿Perfil? ¿Ubicación?

Ejemplos de salto hidráulico.

7

Ejemplos de salto hidráulico.

8

Ejemplos de salto hidráulico.

9

Ejemplos de salto hidráulico.

10

Ejemplos de salto hidráulico.

11

Clasificación del salto hidráulico.
Clasificación Ondulante Débil Oscilante Establecido Rango de Froude 1.00 < F ≤ 1.701.70 < F ≤ 2.50 2.50 < F ≤ 4.50 4.50 < F ≤ 9.00 Observaciones Ondulaciones superficiales. Remolinos en la superficie. Flujo oscilante del fondo del canal hacia la superficie libre del agua. Flujo del fondo del canal hacia la superficie libre del agua en una sección. Eficiencia: 45%-70% Flujo intenso del fondo del canal hacia la superficie libre del agua en una sección. Eficiencia: 85%

Fuerte12

F > 9.00

Características del salto hidráulico.
• Pérdida de energía. • Pérdida relativa de energía. • Eficiencia. • Altura del salto. • Altura relativa del salto. • Profundidad secuente relativa. • Longitud del salto. • Perfil superficial. • Localización del salto.

13

Características del salto hidráulico. Continuación...
• Pérdida de energía: • Diferencia de las energíasespecíficas antes y después del salto hidráulico. 3
∆E = E1 − E2 =

• Eficiencia: • Adimensional; depende únicamente de F.
E2 8F12 + 1 − 4 F12 + 1 = E1 8 F12 2 + F12

• Pérdida relativa:
∆ER =

( y2 − y1 ) 4 y1 y2

(

) (

3/ 2

)

• Altura:
h j = y 2 − y1

∆E E = 1− 2 E1 E1

14

Continuación...

Características del salto hidráulico.
• Altura relativa:
h j y 2 y1 1 + 8F12 − 3= − = E1 E1 E1 F12 + 2

• Profundidad secuente relativa:
y2 E1
15

Continuación... • Características a partir de la figura 15-3, p. 389.
– Máxima altura relativa hj/E1 es 0.507 cuando F1=2.77. – Máxima profundidad relativa y2/E1 es 0.80, se presenta cuando y1/E1=0.4 y F1=1.73. Se inicia el cambio de salto ondulante a salto débil. – Si F1=1 se tiene flujo crítico y y1=y2=2/3 E1. – Alincrementarse F1, los cambios en las relaciones son graduales.
16

Características del salto hidráulico.

Características del salto hidráulico.
Continuación... • Longitud:
– Se utiliza la figura 15-4 (p. 390) que fue desarrollada originalmente para canales rectangulares, pero a falta de información se usa para canales trapezoidales, suponiendo pendiente horizontal.

• Perfil superficial:...