Hidraulica

PRINCIPIO DEL MOMENTUM Y SU APLICACIÓN AL SALTO HIDRAULICO.

El principio del impulso y la cantidad de movimiento es de gran importancia en el análisis del flujo a superficie libre, sobre todo si el desconocimiento de la perdida que ocurre en el fenómeno que se analiza impide utilizar el principio de la conservación de la energía.

Cuando el principio y la cantidad de movimiento se expresan en una forma más adecuada para el análisis del flujo de la superficie libre, se conoce como principio del momentum, siendo varios los casos que deben tratarse con dicho principio. Entre ellos se pueden mencionar el salto hidráulico, el flujo espacialmente variado de gasto creciente, los obstáculos y obstrucciones, unión y separación de canales y en general situaciones locales de flujo.

Antes de presentar el principio del momentum es conveniente definir al resalto

a) En una sección crítica se establece una relación conocida entre el gasto y el tirante

b) Cuando una sección crítica ocurre, esta controla en tipo de régimen en ambos lados subscrito en el lado aguas arriba y supercrítico en el de aguas abajo, lo modifica de un lado a otro en ese mismo orden con pérdida de energía insignificante y extiende su influencia hasta cierta distancia en ambas direcciones.

El comportamiento del flujo en un canal de sección uniforme, cuya pendiente se incrementa gradualmente de subcritica a supercrítica, siendo el gasto constante, la línea que señala el tirante critico en cada sección es paralela a la plantilla. En la parte superior del tramo de descenso, el perfil de la superficie libre queda arriba de la línea de tirante crítico y la energía específica es mayor que la mínima. El tirante y con él la energía especifica, disminuyen de manera continua a medida que aumenta la pendiente, alcanzando los valores críticos en el punto en el que dicha pendiente se iguala con la crítica. La reducción que experimenta la energía especifica, desde el valor inicial en el canal aguas arriba hasta la mínima en la sección crítica, se debe principalmente a los efectos de fricción y conversión, de dicha sección en adelante, el tirante continua disminuyendo con el incremento de la pendiente, la cual abastece de mayor energía al flujo que la que se disipa por fricción.

En el caso de la intersección brusca de las dos pendientes el comportamiento general es muy similar al del caso anterior, aunque es factible que el perfil de la superficie se altere todavía más en la zona de transición, en ambos casos la sección critica actúa como control, permitiendo un cambio gradual de régimen, del suscritico aguas arriba al súper critico aguas abajo, acompañado de poca turbulencia y perdida de energía más bien debida al efecto de fricción en el movimiento.

El proceso inverso de transición de supercrítico a subcritico, puede ocurrir cuando se reduce el ancho del canal pero también cuando la pendiente cambia de supercrítica a subcritica. El flujo inicial reduce su velocidad por efecto de la fricción y decremento de la pendiente, aumenta gradualmente su tirante y disminuye su energía específica tratando de alcanzar la mínima. Toda vez que aguas abajo existe régimen subcritico, el tirante debe ser mayor que el crítico y la energía especifica mayor que la mínima, sin embargo si el flujo inicial alcanzara el tirante critico no habría después posibilidad de que la energía especifica creciera más allá de la mínima, debido a que la pequeña pendiente del canal no le agregaría energía adicional.

La transferencia del régimen supercrítico a subcritico es en forma brusca, acompañada de mucha turbulencia y gran pérdida de energía. Al entrar el agua a la zona del resalto se reduce rápidamente la velocidad del flujo, ocurre un incremento brusco del tirante que virtualmente rompe el perfil del flujo y se produce un estado de gran turbulencia y pérdida

...