RESALTO HIDRÚLICO

Introducción

• En 1818, el italiano Bidone realizó las primeras investigaciones experimentales del resalto hidráulico.

• Diferencia entre las pendientes suaves (subcríticas) y las empinadas (supercríticas),

• Observó que en canales empinados a menudo se producían resaltos hidráulicos generados por barreras en el flujo uniforme original

Introducción

• La teoría del resalto desarrollada corresponde a canales horizontales o ligeramente inclinados donde el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su comportamiento.

• Para canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el análisis.

Generalidades

• Ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo.

• Puede producirse en cualquier canal, pero en la práctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal(S=0), ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difícil de analizar teóricamente.

Resalto hidráulico

• El salto hidráulico puede tener lugar sobre la superficie libre de un flujo homogéneo o en una interfase de densidad de un flujo estratificado.

• En cualquiera caso va acompañado por una turbulencia importante y una disipación de energía.

Generalidades• Cuando en un canal con flujo supercrítico se

coloca un obstáculo que obligue a disminuir la velocidad del agua hasta un valor inferior a la velocidad crítica se genera una onda estacionaria de altura infinita a la que se denomina resalto hidráulico,

• La velocidad del agua se reduce de un valor V1

> Vc a V2 < Vc, la profundidad del flujo aumenta de un valor bajo y1 denominado inicial a un valor y2 alto denominado secuente.

Nivel Inicial(Potencial)

Y0

Co

mp

uerta

(Nacim

iento

)

Infancia(Veloz)

Resalto Hidráulico(Adolescencia)

Adultez(pausado)

Y1

Y2

Obstáculo(¿Realidad?)

Concepto Gráfico

Resalto en canales rectangulares

Para un flujo supercrítico en un canal rectangular horizontal, la energía del flujo se disipa a través de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado:

• descenso en la velocidad

• incremento en la profundidad en la dirección del flujo.

Resalto en canales rectangulares

Se formará en el canal si el número de Froude(F1) del flujo, la profundidad del flujo (y1 ) y la profundidad (y2) aguas abajo satisfacen la ecuación:

Y2/Y1 = 1/2 [(1 + 8 F12)1/2 - 1]

v - velocidad media de la sección del canal [m/s]

Dh - Profundidad hidráulica (A/b) [m]. Siendo A el área de la sección transversal del flujo y T el ancho de la lámina libre.

g - aceleración de la gravedad [m/s²]

Resalto en canales inclinados

• En resaltos hidráulicos en canales con pendientes apreciables, se debe tomar el peso del agua dentro del resalto, por esto no pueden emplearse las ecuaciones de momentum, ya que en canales horizontales el efecto de este peso es insignificante.

• Puede emplearse una expresión análoga a la ecuación utilizando el principio de momentumcon una función empírica que debe determinarse experimentalmente.

ControlEl resalto hidráulico puede controlarse por medio de obstáculos de diferentes diseños como:

• Vertederos de cresta delgada,

• de cresta ancha y

• subidas y descensos abruptos en el fondo del canal.

La función del obstáculo es asegurar la formación del resalto y controlar su posición en todas las condiciones probables de operación.

Aplicaciones• La disipación de energía en flujos sobre diques,

vertederos, presas y otras estructuras hidráulicas y prevenir la socavación aguas debajo de las estructuras.

• El mantenimiento de altos niveles de aguas en canales que se utilizan para propósitos de distribución de agua.

• Incrementos del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga.

Aplicaciones

• La mezcla de sustancias químicas usadas para la purificación o tratamiento de agua.

• La aireación de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua.

• La remoción de bolsas de aire con flujo de canales abiertos en canales circulares.

• La identificación de condiciones especiales de flujo con el fin de medir la razón efectividad-costo del flujo.

Características

Características

Características

Altura del resalto:

La diferencia entre las profundidades antes y después del resalto es la altura del resalto

hj =y2 – y1 = y

Al expresar cada término como la relación con respecto a la energía específica inicial

hj/E1 = y2/E1 – y1/E1

• Hj/ E1: altura relativa.

• Y1/ E1: profundidad inicial relativa.

• Y2/ E1: profundidad secuente relativa.

yc

Para canales rectangulares