flujo rápidamente variado

FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO

Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas

1.

Flujo Rápidamente Variado

SOBRE FLUJO RAPIDAMENTE VARIADO.

La principal característica del Flujo Rápidamente Variado (FRV) es que la
curvatura de las líneas de corriente es pronunciada, con lo cual la suposición
de una distribución hidrostática de presiones deja de ser válida. En ocasiones
el cambio en lacurvatura puede ser tan abrupto como para romper virtualmente
el perfil de flujo, resultando en un estado de alta turbulencia y perfil de flujo
discontinuo. El ejemplo más conocido de una situación como la descripta es el
resalto hidráulico.
La restricción de no poder suponer una distribución hidrostática de presiones
ha llevado a que no se puedan aplicar los enfoques desarrollados para losflujos gradualmente variados o uniforme, de forma tal que los problemas de
FRV se han tratado mayormente de forma experimental o sobre la base de
relaciones empíricas desarrolladas para un número de casos aislados.
Usualmente no es posible utilizar el concepto de valores promedios en la
sección transversal para FRV, dado que es necesario conocer las
distribuciones de velocidad y presión a finde aplicar correctamente las leyes de
conservación a volúmenes de control. Para simplificar el análisis en ocasiones
se aplican dichas leyes de conservación entre secciones seleccionadas lejos
de la zona de FRV, con lo cual se puede establecer el comportamiento del flujo
pre y post FRV, pero no exactamente como es el perfil de flujo en ese lugar.
Un tratamiento analítico de FRV puedeefectuarse asumiendo fluido perfecto y
flujo potencial, complementado con alguna suposición respecto a como es la
distribución de velocidades en la vertical. Las más usadas son las teorías de
Boussinesq, que presume la velocidad varía linealmente en vertical desde cero
en el fondo hasta su máximo en la superficie libre, y la de Fawer, que asume
una variación exponencial. Las ecuaciones así obtenidasson resueltas
numéricamente, con métodos especialmente adaptados a las particularidades
de las ecuaciones resultantes.
Un resumen de las características de FRV es:
a) La curvatura de las líneas de flujo impide la suposición de una
distribución hidrostática de presiones
b) La variación rápida del flujo ocurre en tramos cortos, de forma tal que
las pérdidas por fricción contra las fronterasson pequeñas y pueden
ser despreciadas en un análisis primario.
c) El FRV en una estructura de transición tendrá sus características
físicas determinadas por la geometría de la frontera y el estado del
flujo
d) Ante bruscos cambios en la geometría del canal se pueden formar
vórtices, remolinos, corrientes secundarias y zonas de separación que
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4. 1

E.Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez

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Flujo Rápidamente Variado

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.
e) Aún cuando en situaciones como la anterior sea posible aproximar lasdistribuciones de velocidades, los coeficientes  y  son difíciles de
cuantificar con exactitud y generalmente notoriamente superiores al
valor 1.
En lo siguiente se analizarán estructuras de medición y/o descarga, donde se
sucede FRV, basándose en el enfoque de internar aplicar ecuaciones globales
de balance (fundamentalmente energía) corregidas mediante coeficientes
obtenidos experimentalmente. Sepresentarán aplicaciones a vertederos,
compuertas y alcantarillas.

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E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez

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2.

Flujo Rápidamente Variado

ECUACION GENERAL DE LOS ORIFICIOS.

Se tiene un recipiente lleno de líquido, que se supone de nivel constante, en
cuya pared lateral se tiene un orificio de pequeñas...