Salto hidráulico El salto hidráulico fue investigado por primera vez experimentalmente por Giorgio Bidone,, un científico italiano en 1818.1 El salto hidráulico es conocido tambin como una Bidone onda estacionaria.!
Índice •
1 "ef "efinic inici#n i#n
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! $plic $plicaci acione oness
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% &ondiciones para la formaci#n del salto hidráulico o
%.1 &anales rectangulares rectangula res horizo horizontales ntales
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' (ipos (ipos de salto hidráulico hidráu lico
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) &aracterísticas básicas del salto hidráulico
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o
).1 *rdida de energía
o
).! Efic Eficienc iencia ia
+ ef efere erenci ncias as
Definición El salto hidráulico es un fen#meno de la ciencia en el área de la hidráulica -ue es frecuentemente observado en canales abiertos como ríos rápidos. &uando un fluido a altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensi#n abrupta en la superficie del fluido. /ste fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energía cintica inicial del flu0o en energía potencial, sufriendo una inevitable prdida de energía en forma de calor. En un canal abierto, este fen#meno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rápidamente frenando elevándose sobre l mismo, de manera similar a c#mo se forma una ondacho-ue
Aplicaciones 2as aplicaciones prácticas del salto hidráulico son muchas, entre las cuales se pueden mencionar3
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*ara la disipaci#n de la energía del agua escurriendo por los vertederos de las presas otras obras hidráulicas, evitar así la socavaci#n aguas aba0o de la obra4 *ara recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas aba0o de un canal de medida así mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros prop#sitos de distribuci#n de agua4 *ara incrementar peso en la cuenca de disipaci#n contrarrestar así el empu0e hacia arriba sobre la estructura4 *ara incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrás el nivel aguas aba0o, a -ue la altura será reducida si se permite -ue el nivel aguas aba0o ahogue el salto.%
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*ara mezclas -uímicas usadas para purificar el agua4
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*ara aerear el agua para abastecimiento de agua a las ciudades.
Condiciones para la formación del salto hidráulico Canales rectangulares horizontales
*ara un flu0o supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía del flu0o se disipa progresivamente a travs de la resistencia causada por la fricci#n a lo largo de las paredes del fondo del canal, resultando una disminuci#n de velocidad un aumento de la profundidad en la direcci#n del flu0o. 5n salto hidráulico se formará en el canal si el n6mero de 7roude F9 del flu0o, la profundidad (y1) una profundidad aguas aba0o (y) satisfacen la ecuaci#n3
Esta ecuaci#n se deduce de la conservaci#n del momentum específico, a -ue en un resalto hidráulico solo se conserva el momentum específico, la energía específica por el contrario por ser un fen#meno mu turbulento se disipa energía por tanto la energía específica no se conserva.
!ipos de salto hidráulico
2os saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el 5.:. Bureau of eclamation, de la siguiente forma, en funci#n del n6mero de 7roude del flu0o aguas arriba del salto los límites indicados no marcan cortes nítidos, sino -ue se sobrelapan en una cierta extensi#n dependiendo de las condiciones locales93 •
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*ara F1 " 1#$ 3 el flu0o es crítico, de a-uí no se forma ning6n salto. *ara F1 % 1#$ y & 1#'3 la superficie del agua muestra ondulaciones, el salto es llamado salto ondular. *ara F1 % 1#' y & #3 tenemos un salto d*il. Este se caracteriza por la formaci#n de pe-ue;os rollos a lo largo del salto, la superficie aguas aba0o del salto es lisa. 2a prdida de energía es ba0a. *ara F1 % # y & +#3 se produce un salto oscilante. :e produce un chorro oscilante entrando al salto del fondo a la superficie una otra vez sin periodicidad. &ada oscilaci#n produce una gran onda de período irregular, la cual com6nmente puede via0ar por varios ?. *ara F1 " ,#$ o mayor3 se produce el llamado salto fuerte3 el chorro de alta velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia aba0o, generando ondas aguas aba0o, puede prevalecer una superficie áspera. 2a efectividad del salto puede llegar al 8)?.
Caracter-sticas *ásicas del salto hidráulico 2as principales características de los saltos hidráulicos en canales rectangulares horizontales son3
.rdida de energ-a 2a prdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica' antes despus del salto. :e puede mostrar -ue la prdida es3
2a relaci#n
se conoce como prdida relativa.
/ficiencia 2a relaci#n de la energía específica despus del salto a a-uella antes del salto se define como eficiencia del salto. :e puede mostrar -ue la eficiencia del salto es3
Esta ecuaci#n indica -ue la eficiencia de un salto es una funci#n adimensional, dependiendo solamente del n6mero de 7roude del flu0o antes del salto.
0eferencias 1. El experimento fue hecho en *arís en 1818 se report# el a;o siguiente. Giorgio Bidone3 @bservations sur la hauteur du ressaut hdrauli-ue en 1818 Anforme presentado al mitting 1!,181, de la eal $cademia de &iecias de (orino, posteriormente incorporado en el traba0o3 CExpriences sur le remous et la propagation des ondes, Demerias de la eal $cademia de &iencias de (orinoC, vol !), pp!1 1!!, 181. En francs se llama Cle ressaut hidrauli-ueC. En alemán, es CassersprungC. En italiano, en honor a Bidone, es llamado Csalto di BidoneC Este principio ha sido aplicado por :auge a una interesante herramienta conocida como Caumento de caídaC. 2a herramienta está concebida para aumentar la altura efectiva de una planta de potencia hidroeletrica durante períodos de crecidas manteniendo el nivel aguas aba0o detras de la salida del tubo de descarga mediante un salto hidráulico.
1
2a energ-a espec-fica de una secci#n es igual a la suma de la profundidad del agua la altura de velocidad. :e define como altura de elocidad a la relaci#n entre la velocidad al cuadrado el
doble de la aceleraci#n de la gravedad es decir3 •
Fidráulica de los canales abiertos. en (e &ho. 18!. A:BH +81%1%!=)
23mero de Froude en canales a*iertos
En la zona más alta del aliviadero, 0usto antes de caer el agua, se cumple -ue lo -ue el rgimen es crítico.
por
El n6mero de 7roude en canales abiertos nos informa del estado del flu0o hidráulico.1 El n6mero de 7roude en un canal se define como3!
:iendo3% •
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velocidad media de la secci#n del canal ImJsK *rofundidad hidráulica 9 ImK. :iendo $ el área de la secci#n transversal del flu0o ( el ancho de la lámina libre. aceleraci#n de la gravedad ImJsLK
En el caso de -ue3 •
:ea
el rgimen del flu0o será supercr-tico
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:ea
el rgimen del flu0o será cr-tico
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:ea
el rgimen del flu0o será su*cr-tico
4ase tam*in •
Estado de flu0o hidráulico
0eferencias •
Fidráulica de los canales abiertos. en (e &ho. 18!. A:BH +81%1%!=)
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Dott, obert 2. Decánica de 7luidos. :exta Edici#n. Editorial *earson. Dxico, !>>+. :treeter, . Decánica de 7luidos. Hovena Edici#n. Editorial DcGraFill. &olombia, !>>>.