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Mecánica de Fluidos II
“SANTIAGO MARIÑO”
ING MAYERLING CASTILLO
Salto Hidráulico
ANTHONY CUAREZ C.I. N 17.987.479MÓNICA CAMACHO C.I. Nº 14.903.606
Mecánica de Fluidos II
“SANTIAGO MARIÑO”
Barinas, Enero 2012
ING MAYERLING CASTILLO
Salto Hidráulico TEORIA
1818 Primeras Investigaciones por el italiano Bidone
1825 Belanger (diferencias pendientes suaves y empinadas
De allí se genero flujos por saltos naturales situación que llevo
a otros Autores Como:
1860 Brezzer, 1865 Darcy y Bazin, 1894 Ferriday y Merriman,
1916 Kennison Woodward y Riegel-Beebe, 1933 Einwachter,
1944 Kindsvatr, 1958 Nagaratnam, y muchos otros mas.
Al Inicio, esta teoría correspondía a canales
horizontales o ligeramente inclinados en los que el peso del
agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su
comportamiento y no se consideraba analizarlos. Sin embargo,
a transcurrir el tiempo los resultados obtenidos de este modo
se comenzaron a aplicar en problemas de ingeniería.
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Salto HidráulicoEs el paso violento de un régimen supercrítico a uno subcrítico con gran disipación de
energía, la fuera especifica es la misma antes del salto y después del salto. Por lo tanto Y1 e
Y2 son Tirantes conjugados y la energía especifica disminuye de E1 a E2.
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En función del número de Froude y según el U. S Bureau of
Reclamation se distinguen los siguientes:
DIFERENTES TIPOS DE SALTOS
F = 1: FLUJO CRITICO, DONDE NO HAY SALTO
1 < F < 1,7: SALTO ONDULAR, DONDE LA SUPERFICIE
LIBRE PRESENTA ONDULACIONES
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1 ,7 < F < 2,5 : SALTO DEBIL, DONDE LA DISIPACION DE ENERGIA
ES PEQUEÑA
2,5 < F < 4,5: SALTO OSCILANTE, DONDE SE PRODUCE EL EFECTO
DE CHORRO. HAY ONDAS SUPERFICIALES
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4 ,5 < F < 9 : SALTO PERMANENTE O FIJO, DONDE TIENE BUENA
DISIPACION DE ENERGIA DEL 45 AL 70%
F > 9: SALTO FUERTE, DONDE TIENE GRAN DISIPACIÓN DE
ENERGA EN UN 85 %
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
• Tiene un movimiento rápidamente variado.
• Con fuertes curvas de las líneas de corrientes.
• Se caracteriza por la gran disipación de energía.
• Se describe de un régimen supercrítico a uno subcrítico.
• El salto produce oleaje, que se propaga hacia aguas abajo.
• Se produce también la incorporación de aire a la masa líquida.
• Es un fenómeno tridimensional que presenta grandes
fluctuaciones de la velocidad y de la presión en cada punto, es decir
que tiene un alto grado de turbulencia, lo q se traduce en una alta
capacidad de mezcla.
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Para la elaboración de un salto hidráulico es necesario hacer
muchas simplificaciones.
Basta con tener el numero de Froude en el modelo y en el
prototipo para que, si es que hay suficiente turbulencia en el
modelo, haya similitud.
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Ejemplo de un salto hidráulico en un canal rectangular
Partimos de la ecuación siguiente:
Se divide ambos miembros por y13, y luego de algunas
sustituciones se llega a:
De donde:
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De acá se obtiene una ecuación:
Resolviendo esta ecuación se obtiene:
La relación entre los tirantes conjugados de y2 entre y1 es función
exclusiva del numero de Froude incidente:
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“En un salto Hidráulico es posible que las fluctuaciones
instantáneas de presión tenga valores tan altos, que de no
tomarse en cuenta los cálculos correspondientes, podrían
conducir a la falla total de la estructura”:
Las fluctuaciones son esencialmente aleatorias.
Se pueden describir por medio de su frecuencia y amplitud.
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PERDIDA DE ENERGÍA EN EL SALTO
HIDRÁULICO.
Se define así:
Expresión que aplicada a un canal rectangular da lugar luego de
algunas pequeñas transformaciones a:
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EFICIENCIA EN EL SALTO HIDRÁULICO.
Se denomina la relación entre la energía especifica después del
salto y la que hay antes de él:
La pérdida de energía relativa es:
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ALTURA EN EL SALTO HIDRÁULICO.
se define como la diferencia entre los tirantes después y antes
del salto:
Se demuestra fácilmente que:
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LONGITUD EN EL SALTO HIDRÁULICO.
Este depende de muchos factores (pendientes del canal, numero
de Froude, entre otros), aproximadamente se tiene que:
En algunos casos para fijar el salto y disminuir su longitud se
colocan bloques
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OLEAJE EN EL SALTO HIDRÁULICO.
En un salto se producen ondas que se propagan hacia aguas
abajo. Sus alturas y periodos dependen del numero de Froude
incidente. Se designa como Hs a la altura significativa (promedio
del tercio superior) Lopardo y Verner han encontrado que:
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ELEMPLOS DEL SALTO HIDRÁULICO.
Para vencer un desnivel se construye una rápida. Al final de ella
debe disiparse la energía. El salto hidráulico actúa como un
disipador de energía:
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ELEMPLOS DEL SALTO HIDRÁULICO.
En un río se construye una presa derivadora (barraje) para elevar
el nivel del agua en épocas de estiaje. La energía se disipa por
medio de un salto hidráulico:
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ELEMPLOS DEL SALTO HIDRÁULICO.
Si en un canal se coloca una compuerta que deja una abertura
en la parte inferior se produce aguas abajo un salto hidráulico. En
la figura se observa el llamado salto hidráulico libre:
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ELEMPLOS DEL SALTO HIDRÁULICO.
Si el tirante normal aguas abajo es mayor que y2 se produce el
llamado salto hidráulico ahogado:
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PROBLEMA RESUELTO DEL SALTO
HIDRÁULICO.
SEGÚN LA FIGURA SIGUIENTE:
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PROBLEMA RESUELTO DEL SALTO
HIDRÁULICO.
Se descarga agua de un depósito por debajo de una compuerta de
esclusa a razón de 18 m3/s. hacia un canal rectangular horizontal de 3m de
ancho, hecho de concreto formado sin acabado, en un punto en que la
profundidad es de 1m, se observa que ocurre un salto hidráulico.
Determine lo siguiente:
a.- Velocidad antes del salto.
b.- Profundidad después del salto.
c.- Velocidad después del salto.
d.- Energía que se disipa en el salto.
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BIBLIOGRAFIA.
1.- « HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS »
Editorial Nomos S.A., 1994. Editora Marta Suarez. Mc Graw-
Hill. Santa Fe Bogota Colombia. Pag 385 - 422.
2.- « HIDRAULICA DE TUBERIAS Y CANALES
ABIERTOS » Editor Arturo Rocha. Pag 382-386.
3.- « MECANICA DE FLUIDOS II » Editor Wendor
Chereque Moran Lima Perú. Pag 109-110
4.- « MECANICA DE FLUIDOS» Editor : Robert Mott,
6ta Edición.