RESALTO HIDRAULICO

MARCO TEORICO

El salto hidráulico es un fenómeno de la ciencia en el área de la hidráulica que es frecuentemente observado en canales abiertos como ríos y rápidos. Cuando un fluido a altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensión abrupta en la superficie del fluido. Éste fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energía cinética inicial del flujo en energía potencial, sufriendo una inevitable pérdida de energía en forma de calor. En un canal abierto, este fenómeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rápidamente frenando y elevándose sobre él mismo, de manera similar a cómo se forma una onda-choque.

 Aplicaciones

Las aplicaciones prácticas del salto hidráulico son muchas, entre las cuales se pueden mencionar:

• Para la disipación de la energía del agua escurriendo por los vertederos de las presas y otras obras hidráulicas, y evitar así la socavación aguas abajo de la obra;

• Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de medida y así mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propósitos de distribución de agua;

• Para incrementar peso en la cuenca de disipación y contrarrestar así el empuje hacia arriba sobre la estructura;

• Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrás el nivel aguas abajo, ya que la altura será reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto.3

• Para indicar condiciones especiales del flujo car dio intestinal del cadaver y comprobar los niveles de oxitocina de la víctima, tales como la existencia del flujo supercrítico o la presencia de una sección de control siempre que se pueda ubicar una estación de medida;

• Para mezclas químicas usadas para purificar el agua;

• Para aerear el agua para abastecimiento de agua a las ciudades

 Condiciones para la formación del salto hidráulico

Canales rectangulares horizontales

Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia causada por la fricción a lo largo de las paredes y del fondo del canal, resultando una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la dirección del flujo. Un salto hidráulico se formará en el canal si el número de Froude (F) del flujo, la profundidad (y1) y una profundidad aguas abajo (y2) satisfacen la ecuación:

Esta ecuación se deduce de la conservación del momento específico, ya que en un resalto hidráulico solo se conserva el momento específico, la energía especifica por el contrario por ser un fenómeno muy turbulento se disipa energía y por tanto la energía especifica no se conserva.

 Tipos de salto hidráulico

Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamación, de la siguiente forma, en función del número de Froude del flujo aguas arriba del salto (los límites indicados no marcan cortes nítidos, sino que se sobrelapan en una cierta extensión dependiendo de las condiciones locales):

• Para F1 = 1.0 : el flujo es crítico, y de aquí no se forma ningún salto.

• Para F1 > 1.0 y < 1.7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto ondular.

• Para F1 > 1.7 y < 2.5: tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de pequeños rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La pérdida de energía es baja.

• Para F1 > 2.5 y < 4.5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante entrando al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación produce una gran onda de período irregular, la cual comúnmente puede viajar por varios kilómetros causando daños aguas abajo en bancos de tierra y márgenes.

• Para F1 > 4.5 y < 9.0 : se produce un salto llamado salto permanente: la extremidad aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción y posición de este salto son menos sensibles a la variación en la profundidad aguas abajo. El salto está bien balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y el 70%.

• Para F1 = 9.0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte: el chorro de alta velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo, y puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85%.

 Características básicas del salto hidráulico

Las principales características de los saltos hidráulicos en canales rectangulares horizontales son:

Pérdida de energía

La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica4 antes y después del salto. Se puede mostrar que la pérdida es:

La relación se conoce como pérdida relativa.

Eficiencia

La relación de la energía específica después del salto a aquella antes del salto se define como eficiencia del salto. Se puede mostrar que la eficiencia del salto es:

Esta ecuación indica que la eficiencia de un salto es una función adimensional, dependiendo solamente del número de Froude del flujo antes del salto.

Practica

OBJETIVO: Determinación de las características de un resalto hidráulico provocado en el flujo supercrítico posterior a una compuerta plana vertical.

PROCEDIMIENTO:

1. Tenga a mano la hoja de recolección de datos de la práctica.

2. Tome las siguientes lecturas iniciales, estas lecturas corresponden a los niveles cuando no está circulando agua por el equipo y las mismas están escritas en lugares cercanos a los dispositivos a medir:

a. Lectura inicial del medidor de punta (F2) ubicado en el vertedero en V-90º “

...