SALTO HIDRULICO

OBJETIVO:

ANALIZAR LAS CARACTERSTICAS DEL SALTO

HIDRULICO EN UN CANAL RECTANGULAR,

COMPARANDO LOS RESULTADOS DE LA

REALIDAD CON LOS RESULTADOS

LOGRADOS A PARTIR DE LAS FRMULAS

EMPRICAS.

LABORATORIO

DE MECNICA

DE FLUIDOS II

CONCEPTOS PRELIMINARES:

Ecuacin de la continuidad.

Caudal unitario

Energa especfica.

Cantidad de movimiento.

Nmero de Froude.

DESCRIPCIN DEL FENMENO

El salto hidrulico es un fenmeno que se produce en canales abiertos y que

consiste en la transicin del fluido; generalmente agua; desde un flujo

supercrtico hacia un flujo subcrtico.

Aguas arriba del salto, el agua almacenada contiene una cierta cantidad de

energa especfica que al ser liberada se convierte en un fluido con

caractersticas de fluido supercrtico, el cual choca con el salto y se produce

una zona de transicin donde hay una gran prdida de energa. Existe una

condicin aguas abajo que detiene el flujo de agua y que obliga a disminuir la

velocidad del fluido a un valor que determina un flujo subcrtico

Aguas arriba del salto existe una profundidad y1 (supercrtica), y aguas abajo

una profundidad y2 (subcrtica), como corresponden a un mismo momentum

especfico, se conocen como profundidades conjugadas.

El estudio realizado a continuacin toma en cuenta que la pendiente del

canal que conduce el fluido es nula, m0=0, con lo que estaramos trabajando

en canales horizontales con los que se simplifican las ecuaciones empricas de

aplicacin.

NMERO DE FROUDE

El nmero de Froude (Fr) es un nmero adimensional que relaciona el efecto

de las fuerzas de inercia y la fuerzas de gravedad que actan sobre un fluido.

Debe su nombre al ingeniero hidrodinmico y arquitecto naval ingls William

Froude (1810 - 1879). De esta forma el nmero de Froude se puede escribir

como:

2 =

=

=

=

4

23

2 =

2=

2

Para el caso de canales abiertos: =

Donde:

= velocidad media de la seccin del canal [m/s]

=

= Profundidad hidrulica. Siendo A el rea de la seccin

transversal del flujo y T el ancho de la lmina libre.

= aceleracin de la gravedad [m/s2]

En el caso de que:

Sea > 1 el rgimen del flujo ser supercrtico

Sea = 1 el rgimen del flujo ser crtico

Sea < 1 el rgimen del flujo ser subcrtico

TIPOS DE SALTO HIDRULICO

(http://es.wikipedia.org/wiki/Salto_hidr%C3%A1ulico)

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 sobrelapan en una cierta extensin dependiendo de las

condiciones locales):

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

Para Fr > 1.0 y < 1.7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el

salto es llamado salto ondular.

Para Fr > 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.

Para Fr > 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.

Para Fr > 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%.

Para Fr = 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%.

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:

= 1 2 =(2 1)

3

412

La relacin 1 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:

=12

=(8

2 + 1)3

2 42 + 1

82(2 + 2)

Esta ecuacin indica que la eficiencia de un salto es una funcin

adimensional, dependiendo solamente del nmero de Froude del flujo antes

del salto.

Exp N Toma de datos Proceso Resultados

y1 y2 A T v DH Fr Tipo de salto EF