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- 1. HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS Escalón de Fondo y Resalto Hidráulico Ing. Eder Matías Ing. Ana Heredia Córdoba - 2020
- 2. 1 – Escalón de Fondo 2 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS TEMARIO: 2 – Resalto Hidráulico
- 3. 3 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: Flujo Uniforme: 𝑬 = 𝒚 + 𝑽𝟐 𝟐𝒈 𝒚𝟏 𝒛𝟏 𝒛𝟐 𝒚𝟐 Τ 𝑽𝟏 𝟐 𝟐𝒈 Τ 𝑽𝟐 𝟐 𝟐𝒈 𝒉𝒇 𝑺𝒐 𝑺𝒘 𝑺𝒇 S0 =Sw = Sf Energía Especifica 𝒚 𝛥z ? 𝒚 𝛥z ? 𝒚 𝛥z ?
- 4. 4 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: Considerando: Perdidas por el escalón despreciables 𝑆𝑓: No cambia No hay cambio en el régimen del flujo 𝑬 = 𝒚 + 𝑽𝟐 𝟐𝒈 𝒚 𝛥z 𝟏 𝟐 𝑬𝟏 = 𝑬𝟐 + ∆𝒛 𝒚𝟏 + 𝑽𝟏 𝟐 𝟐𝒈 = 𝒚𝟐 + 𝑽𝟐 𝟐 𝟐𝒈 + ∆𝒛 𝒚𝟏 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝑨𝟏 𝟐 = 𝒚𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝑨𝟐 𝟐 + ∆𝒛 𝑸 = 𝑨𝟏 𝑽𝟏= 𝑨𝟐 𝑽𝟐
- 5. 5 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: Sección Rectangular 𝒚 𝛥z 𝟏 𝟐 𝒚𝟏 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝑨𝟏 𝟐 = 𝒚𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝑨𝟐 𝟐 + ∆𝒛 𝑨𝟏 = 𝒃 𝒚𝟏; 𝑨𝟐 = 𝒃 𝒚𝟐 𝒚𝟏 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝒃𝒚𝟏 𝟐 = 𝒚𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝒃𝒚𝟐 𝟐 + ∆𝒛 𝒚𝟐 𝟑 + ∆𝒛 − 𝑬𝟏 𝒚𝟐 𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝒃𝟐 = 𝟎 𝑬𝟏 = 𝒚𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝒃𝒚𝟐 𝟐 + ∆𝒛
- 6. 6 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: 𝒚 𝛥z 𝟏 𝟐 𝒚𝟐 𝟑 + ∆𝒛 − 𝑬𝟏 𝒚𝟐 𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝒃𝟐 = 𝟎 Ejemplo A: Sección Rectangular Q=2m3/s, b= 2, y1=1.25 m, 𝛥Z=0.2m A1 =b y1 = 2.5 m2 V1 = Q / y1 = 0.8 m/s 𝑬𝟏 = 𝒚𝟏 + 𝑽𝟏 𝟐 𝟐𝒈 = 𝟏. 𝟐𝟓 + 𝟎. 𝟖𝟐 𝟐𝒈 = 𝟏. 𝟐𝟖 𝒚𝒄 = 𝑸 𝒃 𝒈 𝟐/𝟑 = 𝟎. 𝟒𝟕𝒎 𝒚𝟐 𝟑 − 𝟏. 𝟎𝟖𝒚𝟐 𝟐 + 𝟎. 𝟎𝟓𝟏 = 𝟎 𝒂 = 𝟏; 𝒃 = −𝟏. 𝟎𝟖; 𝒄 = 𝟎; 𝒅 = 𝟎. 𝟎𝟓𝟏 Raíz Tipo 1.03213 Real -0.19964 Real 0.24751 Real Calculo el tirante crítico: 𝒚𝒏 > 𝒚𝒄 Régimen de flujo: Subcrítico
- 7. 7 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: 𝒚 𝛥z 𝟏 𝟐 𝒚𝟐 𝟑 + ∆𝒛 − 𝑬𝟏 𝒚𝟐 𝟐 + 𝑸𝟐 𝟐𝒈𝒃𝟐 = 𝟎 Ejemplo B: Sección Rectangular Q=2m3/s, b= 2, y1=0.3 m, 𝛥Z=0.1m A1 =b y1 = 0.6 m2 V1 = Q / y1 = 3.33 m/s 𝑬𝟏 = 𝒚𝟏 + 𝑽𝟏 𝟐 𝟐𝒈 = 𝟎. 𝟑 + 𝟑. 𝟑𝟑𝟐 𝟐𝒈 = 𝟎. 𝟖𝟕 𝒚𝒄 = 𝑸 𝒃 𝒈 𝟐/𝟑 = 𝟎. 𝟒𝟕𝒎 𝒚𝟐 𝟑 − 𝟎. 𝟕𝟕𝒚𝟐 𝟐 + 𝟎. 𝟎𝟓𝟏 = 𝟎 𝒂 = 𝟏; 𝒃 = −𝟎. 𝟕𝟕; 𝒄 = 𝟎; 𝒅 = 𝟎. 𝟎𝟓𝟏 Raíz Tipo 0.64887 Real -0.22626 Real 0.34739 Real Calculo el tirante crítico: 𝒚𝒏 < 𝒚𝒄 Régimen de flujo: Supercrítico
- 8. 8 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: 𝒚𝟏 𝛥z 𝟏 𝟐 Ejemplo A: y1=1.25 m, 𝛥Z=0.2m yc =0.47m y2 Tipo 1.03213 Real -0.19964 Real 0.24751 Real 𝒚𝒏 > 𝒚𝒄 Régimen de flujo: Subcrítico 𝒚𝟐
- 9. 9 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: Ejemplo B: y1=0.3 m, 𝛥Z=0.1m yc =0.47m 𝒚𝒏 < 𝒚𝒄 Régimen de flujo: Supercrítico Raíz Tipo 0.64887 Real -0.22626 Real 0.34739 Real 𝛥z 𝟏 𝟐 𝒚𝟏 𝒚𝟐
- 10. 10 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 1 – Escalón de Fondo: 𝒚𝟏 𝑬𝟏 𝛥𝒛 𝒚𝟐 𝒚 𝒚 𝒚𝟏 𝒚𝒄 𝑬𝟏 𝑬𝟐 𝒚𝒄 𝒚𝟐 𝛥𝒛
- 11. 2 – Resalto Hidráulico 11 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS TEMARIO: 1 – Escalón de Fondo
- 12. 12 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Supercrítico Crítico Subcrítico F = 𝑽 𝒈𝑫 > 𝟏 Supercrítico Subcrítico F = 𝑽 𝒈𝑫 < 𝟏 F = 𝑽 𝒈𝑫 = 𝟏
- 13. 13 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Supercrítico Crítico Subcrítico
- 14. HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico:
- 15. 15 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: 𝛥𝑬 El resalto hidráulico se genera cuando se iguala la cantidad de movimiento aguas arriba y aguas abajo, es decir cuando se igualan las fuerzas específicas
- 16. 16 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico:
- 17. 17 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Ecuación General en canales horizontales o de pendiente Pequeña (θ<5º): 𝑭𝟏 = 𝑭𝟐 β𝟏𝑸𝟐 𝒈𝑨𝟏 + 𝒛𝟏𝑨𝟏 = β𝟐𝑸𝟐 𝒈𝑨𝟐 + 𝒛𝟐𝑨𝟐 En canales rectangulares y de poca pendiente: 𝒚𝟐 𝒚𝟏 = 𝟏 𝟐 𝟏 + 𝟖𝑭𝟏 𝟐 − 𝟏 𝒚𝟏 𝒚𝟐 = 𝟏 𝟐 𝟏 + 𝟖𝑭𝟐 𝟐 − 𝟏 β𝟏~β𝟐~𝟏
- 18. 18 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Clasificación Clasificación según Nº de Froude Supercrítico (U.S. Bureau of Reclamation) La superficie del agua muestra ondulaciones. Se forma una serie de rizos sobre la superficie del resalto pero hacia aguas abajo permanece lisa. Se producen grandes ondas de período irregular que pueden viajar por Km en canales haciendo daño al cauce. La extremidad aguas abajo del remolino de superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección transversal. Se generan ondas aguas abajo y puede prevalecer una superficie áspera. La disipación de energía puede llegar al 85%.
- 19. 19 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Clasificación Clasificación según la posición Resalto hidráulico libre o en posición normal Resalto hidráulico repelido Resalto hidráulico sumergido o ahogado
- 20. 20 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Características de Resalto Hidráulico Altura del Resalto: Pérdida de Energía: Eficiencia del Resalto: Longitud: Difícil de establecer gráficos y formulas empíricas 𝒉𝑹𝑯 = 𝒚𝟐- 𝒚𝟏 𝛥𝑬 = 𝑬𝟏- 𝑬𝟐 η𝑹𝑯 = 𝑬𝟐/𝑬𝟏 𝑳𝑹𝑯 = 𝟗. 𝟕𝟓𝒚𝟏 𝑭𝟏 − 𝟏 𝟏.𝟎𝟏 𝑳𝑹𝑯 = 𝟔. 𝟗 𝒚𝟐 − 𝒚𝟏 𝑳𝑹𝑯 = 𝟐. 𝟓 𝟏. 𝟗𝒚𝟐 − 𝒚𝟏
- 21. 21 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Longitud de Resalto Hidráulico
- 22. 22 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Aplicaciones de Resalto Hidráulico • Disipación de energía en estructuras hidráulicas para prevenir erosiones aguas abajo. • Mezcla de sustancias químicas usadas para la purificación o tratamiento de agua. • Aireación de flujos en el tratamiento de agua. • Reducción de la subpresión aguas abajo de estructuras
- 23. 23 HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS 2 – Resalto Hidráulico: Caída Hidráulica o Caída Libre:
- 24. HIDROLOGÍA Y PROCESOS HIDRÁULICOS Trabajo Practico N° 1: Flujos Uniforme y Crítico Energía Específica - Fuerza Específica Escalón de Fondo Resalto Córdoba – 2020 Ing. Eder Matías Ing. Ana Heredia