Salto hidrulico

El salto hidrulico fue investigado por primera vez experimentalmente por Giorgio Bidone, un cientfico italiano en 1818. El salto hidrulico es conocido tambin como una onda estacionaria.El salto hidrulico es un fenmeno de la ciencia en el rea de la hidrulica que es frecuentemente observado en canales abiertos como ros y rpidos. Cuando un fluido a altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensin abrupta en la superficie del fluido. ste fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energa cintica inicial del flujo en energa potencial, sufriendo una inevitable prdida de energa en forma de calor. En un canal abierto, este fenmeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rpidamente frenando y elevndose sobre l mismo, de manera similar a cmo se forma una onda-choque

Las aplicaciones prcticas del salto hidrulico son muchas, entre las cuales se pueden mencionar:

1. Para la disipacin de la energa del agua escurriendo por los vertederos de las presas y otras obras hidrulicas, y evitar as la socavacin aguas abajo de la obra;

2. Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de medida y as mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propsitos de distribucin de agua;

3. Para incrementar peso en la cuenca de disipacin y contrarrestar as el empuje hacia arriba sobre la estructura;

4. Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrs el nivel aguas abajo, ya que la altura ser reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto.35. Para mezclas qumicas usadas para purificar el agua;

6. Para airear el agua para abastecimiento de agua a las ciudades.Condiciones para la formacin del salto hidrulico

Canales rectangulares horizontales

Para un flujo supercrtico en un canal horizontal rectangular, la energa del flujo se disipa progresivamente a travs de la resistencia causada por la friccin a lo largo de las paredes y del fondo del canal, resultando una disminucin de velocidad y un aumento de la profundidad en la direccin del flujo. Un salto hidrulico se formar en el canal si el nmero de Froude (F) del flujo, la profundidad (y1) y una profundidad aguas abajo (y2) satisfacen la ecuacin:

Esta ecuacin se deduce de la conservacin del momentum especfico, ya que en un resalto hidrulico solo se conserva el momentum especfico, la energa especfica por el contrario por ser un fenmeno muy turbulento se disipa energa y por tanto la energa especfica no se conserva.Tipos de salto hidrulico

Los saltos hidrulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation, de la siguiente forma, en funcin del nmero de Froude del flujo aguas arriba del salto (los lmites indicados no marcan cortes ntidos, sino que se sobrepasan en una cierta extensin dependiendo de las condiciones locales):

1. Para F1 = 1.0: el flujo es crtico, y de aqu no se forma ningn salto.

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

3. Para F1 > 1.7 y < 2.5: tenemos un salto dbil. Este se caracteriza por la formacin de pequeos rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La prdida de energa es baja.

4. 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 oscilacin produce una gran onda de perodo irregular, la cual comnmente puede viajar por varios kilmetros causando daos aguas abajo en bancos de tierra y mrgenes.

5. 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 prcticamente en la misma seccin vertical. La accin y posicin de este salto son menos sensibles a la variacin en la profundidad aguas abajo. El salto est bien balanceado y el rendimiento en la disipacin de energa es el mejor, variando entre el 45 y el 70%.

6. 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 spera. La efectividad del salto puede llegar al 85%.Caractersticas bsicas del salto hidrulico

Las principales caractersticas de los saltos hidrulicos en canales rectangulares horizontales son:

Prdida de energa

La prdida de energa en el salto es igual a la diferencia en energa especfica4 antes y despus del salto. Se puede mostrar que la prdida es:

La relacin se conoce como prdida relativa.

Eficiencia

La relacin de la energa especfica despus del salto a aquella antes del salto se define como eficiencia del salto. Se puede mostrar que la eficiencia del salto es:

Esta ecuacin indica que la eficiencia de un salto es una funcin a dimensional, dependiendo solamente del nmero de Froude del flujo antes del salto.Referencia.

Wikipedia. (2015). Salto hidrulico. Mayo 3, 2015, de Wikipedia, la enciclopedia libre. Sitio web: http://es.wikipedia.org/wiki/Salto_hidr%C3%A1ulico