Hidraulica Resaltos

OBJETIVOS

Analizar la teoría de flujo libre y flujo ahogado.

Encontrar la ecuación de calibración del caudal para la canaleta Parshall.

Hallar el coeficiente de descarga

Observar el comportamiento que tiene el flujo en cada una de las estructuras.

COMPUERTAS Y VERTEDEROS

Son estructuras de control hidráulico. Su función es la de presentar un obstáculo al libre flujo del agua, con el consiguiente represamiento aguas arriba de la estructura, y el aumento de la velocidad aguas abajo.

Existen diferentes tipos de vertederos que se clasifican de acuerdo con el espesor de la cresta y con la forma de la sección de flujo. En el primer caso se habla de vertederos de pared delgada, vertederos de pared gruesa y vertederos con cresta en perfil de cimacio. En el segundo se clasifican como vertederos rectangulares, trapezoidales, triangulares, circulares, parabólicos, proporcionales, etc.

FLUJO A TRAVÉS DE COMPUERTAS

Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría de los casos para la regulación de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros. Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios y, cuando están bien calibradas, también pueden emplearse como medidores de flujo.

Flujo Libre

Se produce cuando aguas abajo de la compuerta no hay ningún tipo de obstáculo o cambio en la sección hidráulica del canal, razón por la cual se desarrolla un flujo gradualmente variado hasta la formación de un resalto hidráulico.

Flujo ahogado

En flujo ahogado en una compuerta se presenta cuando la altura conjugada supercrítica del resalto hidráulico es menor que Cc*w, en este caso el resalto hidráulico ahoga la compuerta y no permite su comportamiento a flujo libre.

VERTEDERO SPILLWAY

Un vertedero de cresta ancha es una estructura de vertedero con una cresta lo suficientemente amplia para mantener la distribución de la presión hidrostática a través del flujo. El flujo sobre la cresta es crítico y la profundidad del flujo de la cresta del vertedero es igual a la profundidad crítica.

ANÁLISIS DE DATOS

Para flujo libre:

cc=0.023/0.036=0.638

cd=0.638/√(1+(0.638*0.036)/0.235)

cd=0.609

Q=0.412*0.609*0.036*√(2*9.81*0.235)

Q=0.0194 teorico

%error=|(0.0194-0.0175)/0.0194|*100=10.96 %

Para flujo ahogado:

Para el caudal 0.0182:

q=0.0182/0.412=0.0441 m^3/(s*m)

cc=1/(0.04*√((2*9.81(0.348-0.13))/〖0.0441〗^2 +1/〖0.348〗^2 ))

cc=0.532

Q=0.0441*√((2*9.81(0.348-0.13))/(1/(0.04*0.532)^2 +1/〖0.348〗^2 ))

Q=0.01823

Calculamos froude para calcular Y5:

y_s/y_3 =√(1+2〖Fr〗_3^2 (1-y_3/w) )

〖Fr〗_3^2=(〖0.0182〗^2*0.412)/((0.412*0.185)^3*9.81)

〖Fr〗_3=0.1772

Ahora hallamos el Y5:

y_s/0.185=√(1+2*0.0314(1-0.185/0.04) )

y_5=0.1625 m

Comparamos con él Y experimental:

%error=|(y_teo-y_exp)/y_teo |*100

%error=|(0.1625-0.13)/0.1625|*100=20.03 %

Vertedero Spillway: (cresta ancha)

Ecuación del vertedero:

Q=Cd*H^n

Para ello se linealizara esta ecuación y se hallara una regresión, con el fin de hallar los valores de C y n que relaciona de mejor manera los valores del caudal y la carga hidráulica.

Q=C*H^n

Log(Q)=Log(C*H^n )

Log(Q)=Log(C)+n*Log(H)

Asumiendo la forma:

y=Bx+A

Donde:

Log(C)=A

n=B

En nuestro caso la ecuacion es :

y=1.779x-1.226

Ahora hallamos la ecuación del vertedero.

C=e^(-1.226)

C=0.2934

B=1.779

Q=-1.2263*H^1.7798

Comprobamos para una carga hidráulica de 10 cm

Q=0.2934*〖10〗^1.7798

Q=17.67 Lps

Con la ecuación anterior hallamos el caudal calibrado

...