salto hidraulico

UNIVERSIDAD DEL CAUCA
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

XI.1
PRÁCTICA XI

XI

ESTUDIO DEL FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO RETARDADO
RESALTO HIDRÁULICO

XI.1

OBJETIVOS
Estudiar, a través del experimento, el comportamiento de un resalto hidráulico en un
canal rectangular de pendiente muy baja o nula.
Observar los diferentes tipos de resalto que se forman en la práctica en un canal
horizontal.Verificar la validez de las ecuaciones que describen el comportamiento del flujo
aplicando los principios de energía y momentum.

XI.2

ASPECTOS GENERALES

XI.2.1 Generación del resalto hidráulico
El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal
abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada
velocidad ypasa a una zona de baja velocidad.
Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio
violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico.

Figura XI.1

Volumen de control en el resalto hidráulico, fuerzas hidrostáticas (Fh) y
fuerzas dinámicas (Fd).

En la sección 1, actúan las fuerzas hidrostática F1h y dinámica F1d; en forma similar pero ensentido contrario en la sección 2, F2h y F2d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas da
como resultado F1 y F2 respectivamente. En el estado de equilibrio, ambas fuerzas tienen la
misma magnitud pero dirección contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es
mayor a F2d). Debido a la posición de las fuerzas resultantes, ambas están espaciadas una

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XI.2

distancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentido
contrario. En razón a la condición de líquido, las partículas que lo componen adquirirán la
tendencia de fluir en la dirección de las fuerzas predominantes, presentándose la mezcla del
agua con líneas de flujo superficiales moviéndose en sentido contrario a la dirección deflujo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre las
masas de líquido y el inevitable choque entre partículas, provocan la generación de un
medio líquido de gran turbulencia que da lugar a la absorción de aire de la atmósfera, dando
como resultado un medio mezcla agua-aire.
Analizando el volumen de control contenido entre las secciones 1-2 se tiene que lafuerza
de momentum por unidad de longitud, para un canal rectangular está dada por:
F1d

*q
V1 V2
g

F2 d

(XI.1)

La anterior fuerza deberá estar en equilibrio con la fuerza hidrostática resultante:
F1h

* Y22
2

F2 h

* Y12
2

(XI.2)

Y22 Y12

(XI.3)

Igualando se tiene:
*q
V1 V2
g

2

Considerando la ecuación de continuidad por unidad de ancho
q Y1 *V1 Y2 *V2y eliminado

y remplazando q en función de V2 se obtiene:

Y1 *V1
Y
V1 1 V1
g
Y2
Y1 *V12
g

(XI.4)

1 2
Y2 Y12
2

Y2
Y2 Y1
2

Y22 Y2 * Y1

(XI.5)

(XI.6)

2Y1 *V12
g

0

(XI.7)

Resultando el tirante conjugado (aguas abajo del resalto):

Y2

1
2

Y1

Y

Y2
Y1

1
2

1

8q 2
g * Y13

2
1

8Y1V12
g

1

(XI.8)

(XI.9)

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XI.3

Con ayuda de la expresión del número de Froude (número adimensional que expresa la
relación entre las fuerzas de inercia y de gravedad) se tiene que:
FR1

V1
g *Y1

(XI.10)

Se llega a la expresión adimensional de tirantes conjugados:
Y2
Y1

1
1 8 * FR21 1
2

(XI.11)

en donde:
q
: caudal unitario q=Q/b.
b
: ancho del canal.: peso específico del fluido.
g
: aceleración de la gravedad.
V
: velocidad de flujo.
Y
: profundidad de flujo.
FR1
: número de Froude
Las profundidades Y1 y Y2, se llaman profundidades conjugadas o secuentes, y tienen la
particularidad que la función Momentum (M) es la misma para ambas profundidades,
mientras que existe una variación de la energía específica, debida a la pérdida de...