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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE
CARTAGENA
ESCUELA UNIVERSITARIA DE
INGENIERÍA TÉCNICA CIVIL
INGENIERÍA TÉCNICA DE OBRAS PÚBLICAS
ESPECIALIDAD HIDROLOGÍA
Proyecto Fin de Carrera
DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE DISTRIBUCIONES DE VELOCIDAD E ÍNDICES TURBULENTOS DE ALGUNOS TIPOS DE RESALTOS HIDRÁULICOS
JOSÉ MARÍA CARRILLO SÁNCHEZ
Dirigido por:
D. LUIS G. CASTILLO ELSITDIÉ
Doctor Ingeniero deCaminos, C. y P.
Cartagena, septiembre de 2004
ÍNDICE 1
ÍNDICE
I RESUMEN 7
II INTRODUCCIÓN. 16
II.1 Clasificación de flujos. 16
II.2 Labor experimental y descripción del proyecto. 17
II.2.1 Labor experimental 17
II.2.2 Descripción de elementos del equipo del canal. 17
II.2.3 Descripción de los elementos del medidor de velocidad acústico por Doppler ADV. 18
III OBJETIVOS 19
IV BASESTEÓRICAS 20
IV.1 Flujo en un canal. Conceptos fundamentales 20
IV.2 El resalto hidráulico o salto hidráulico. 24
IV.2.1 Definición de cantidad de movimiento específico 27
IV.2.2 Calados Conjugados o Alternos 30
IV.2.3 Tipos de resalto. 34
IV.2.4 Pérdida de energía 36
IV.2.5 Resalto sumergido 42
IV.2.6 Longitud del resalto hidráulico. 43
IV.2.7 El perfil superficial. 47
IV.2.8 Ecuacionesfundamentales del flujo turbulento y distribución de velocidades en un canal 48
IV.2.9 Significado y características del flujo turbulento en el resalto 53
IV.3 Estructuras de control 57
IV.3.1 Estructuras con flujo inferior 57
IV.3.1.1 Compuertas de flujo inferior con nivel libre aguas arriba y descarga libre 57
IV.3.1.2 Compuertas de flujo inferior con nivel libre aguas arriba y descarga sumergida61
IV.3.2 Estructuras con flujo superior. 63
IV.3.2.1 Forma del perfil de vertederos de rebose o aliviaderos. 63
IV.3.2.2 Capacidad de descarga en los aliviaderos. 65
IV.3.2.3 Curva de capacidad de descarga en aliviaderos. 66
IV.3.2.4 Flujo a la salida de los aliviaderos. 66
IV.3.2.5 Aliviaderos sumergidos. 68
IV.4 Metodología ADV 70
IV.4.1 Introducción 70
2 ÍNDICE
IV.4.2 Método habitualbiestático y transformación Doppler 70
IV.4.3 Geometría de los brazos y medida de velocidad 3D 72
IV.4.4 Definición del volumen de muestreo 72
IV.4.5 Procesamiento de pulso-coherente 73
IV.4.6 Datos de ADV 74
IV.4.6.1 Velocidad 74
IV.4.6.1.1 Rango de velocidad 75
IV.4.6.1.2 Muestreo 75
IV.4.6.1.3 Incertidumbre a corto plazo (ruido) 76
IV.4.6.1.4 Exactitud 76
IV.4.6.2 Intensidad de señal77
IV.4.6.3 Coeficiente de correlación 77
IV.4.7 Programa de adquisición de datos en tiempo real (ADF.EXE) 78
IV.4.7.1 Archivo de Configuración de sonda. 78
IV.4.7.2 Modo de calibración. 78
IV.4.7.3 Modo de ajuste de límite. 80
IV.4.7.4 Modo de adquisición de datos 81
IV.4.7.5 Datos registrados 84
IV.4.8 WinADV. Programa de conversión de datos ADV. 84
IV.4.8.1 El programa de WinADV 84IV.4.8.2 Opciones de programas 86
IV.4.8.3 Pantallas de salida gráfica del programa. 88
IV.4.8.4 Cálculo y significado de las estadísticas de salida de WinADV. 90
V APORTACIONES AL LABORATORIO 94
V.1 Corrección del caudalímetro. 94
V.2 Construcción del soporte para la sonda ADV. 95
VI TRABAJO EXPERIMENTAL 97
VI.1 Resaltos aguas abajo de una compuerta 97
VI.1.1 Resaltos cuya profundidad aguasabajo y2’ es igual a la profundidad y2 secuente a y1. 97
VI.1.1.1 Caudal de 4,18 l/seg 97
VI.1.1.2 Caudal de 3,48 l/seg 105
VI.1.1.3 Caudal de 2,78 l/seg 107
VI.1.2 Resaltos cuya profundidad aguas abajo y2’ es mayor a la profundidad y2, secuente a y1. Resaltos sumergidos. 109
VI.1.2.1 Caudal de 4,18 l/seg 109
VI.1.2.2 Caudal de 3,48 l/seg 111
VI.1.3 Caudal de 2,78 l/seg 113
VI.2 Resaltosobtenidos aguas abajo de un aliviadero. 116
VI.2.1 Resaltos al pie de la estructura de control. 116
VI.2.1.1 Caudal de 4,18 l/seg 116
VI.2.1.2 Caudal de 3,48 l/seg 118
VI.2.1.3 Caudal de 2,78 l/seg 119 Determinación experimental de distribuciones de velocidad e índices turbulentos
de algunos tipos de resaltos hidráulicos
ÍNDICE 3
VI.2.2 Resaltos cuya sumergencia es igual a la mitad de la...