Objetivo:

Afianzar el concepto de estructuras hidrulicas, en este caso disipadores o amortiguadores, los cuales se encargan de disipar la energa cintica excedente en un flujo y transformar parte de ella en calor, evitando as el riesgo de socavacin del canal aguas abajo. A partir del principio de momentum, la ecuacin de continuidad y prdida de energa por resalto hidrulico, hacer las demostraciones pertinentes a partir de ecuaciones ya conocidas.Marco terico:

Disipacin de energa Uno de los aspectos que generalmente merece especial atencin en el diseo de obras hidrulicas de montaa es la disipacin de la energa cintica que adquiere un chorro lquido por el incremento de la velocidad de flujo. Esta situacin se presenta en vertederos de excedencias, estructuras de cada, desfogues de fondo, bocatomas, salidas de alcantarillas, etc.

La disipacin de la energa cintica puede lograrse aplicando diferentes medidas, a saber: generacin de resalto hidrulico, impacto o incremento de la rugosidad.

Generacin del resalto hidrulico

El resalto hidrulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.

Este fenmeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del rgimen de flujo, de supercrtico a subcrtico. Consideremos el siguiente esquema:

Figura 1 - Resalto hidrulico

En la seccin 1, actan las fuerzas hidrosttica F1h y dinmica F1d; en forma similar pero en sentido contrario en la seccin 2, F2h y F2d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas da como resultado F1 y F2 respectivamente. En el estado de equilibrio, ambas fuerzas tienen la misma magnitud pero direccin contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es mayor a F2d). Debido a la posicin de las fuerzas resultantes, ambas estn espaciadas una distancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentido contrario. En razn a la condicin de lquido, las partculas que la componen adquirirn la tendencia de fluir en la direccin de las fuerzas predominantes, presentndose la mezcla del agua con lneas de flujo superficiales movindose en sentido contrario a la direccin de flujo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre las masas de lquido y el inevitable choque entre partculas, provocan la generacin de un medio lquido de gran turbulencia que da lugar a la absorcin de aire de la atmsfera, dando como resultado un medio mezcla agua-aire.

Para un metro de ancho de un canal, se considera el escurrimiento de una masa de fluido por unidad de tiempo.

(1)

El impulso total se expresar

(2)

El que deber estar en equilibrio con la fuerza resultante:

(3)

El impulso se expresa ahora

(4)

Considerando la ecuacin de continuidad

(5)

y eliminado q y v2 se obtiene:

(6)

(7)

(8)

Resultando el tirante conjugado (aguas abajo del resalto):

(9)

(10)

Con ayuda de la expresin del nmero de Froude (nmero adimencional que expresa la relacin entre las fuerzas de inercia y de gravedad):

Se llega a la expresin adimensional de tirantes conjugados:

(11)

El tirante antes y despus del resalto hidrulico resulta funcin del Nmero de Froude.

Las caractersticas del resalto hidrulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los lmites permitidos por los materiales que componen el permetro mojado. El lugar geomtrico en el que se presenta el resalto se denomina colchn hidrulico.

Diferentes investigadores han profundizado en el tema de la disipacin de la energa a travs de un resalto hidrulico; algunos han puesto atencin a la relacin entre los tirantes y condiciones de flujo antes y despus del resalto, los menos han abordado los mecanismos internos que gobiernan un resalto hidrulico.

Se han investigado diferentes formas de colchones hidrulicos con el objeto de lograr una mejor disipacin de energa en una menor longitud.

Problemas1. A partir del principio de momentum y de la ecuacin de continuidad aplicado al anlisis de un resalto hidrulico sumergido, que ocurre a la salida de una compuerta deslizante en un canal rectangular, demuestre que:Donde ys es la profundidad sumergida; y1 es la apertura de la compuerta deslizante; y2 es la profundidad aguas abajo; y F22=q2/gy23, siendo q el caudal por unidad de ancho del canal. No considere la friccin Ff en el lecho del canal.

2. Demuestre que la perdida de energa en un resalto hidrulico horizontal es:UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD INGENIERIA CIVIL

HIDRAULICA

ENERGIA Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO

CAROLINA ARENA PIEDRAHITA 1100481

ALEJANDRA RODRIGUEZ RUEDA1100434