Salto hidráulico

El salto hidráulico fue investigado por primera vez experimentalmente por Giorgio Bidone, científico italiano, en 1818.^[1]​ El salto hidráulico es conocido también como una onda estacionaria.^[2]​

El salto hidráulico es un fenómeno de la ciencia en el área de la hidráulica, frecuentemente observado en canales abiertos (naturales o artificiales). Cuando un fluido a altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensión abrupta en la superficie del fluido. Este fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energía cinética inicial del flujo en energía potencial y sufriendo una inevitable pérdida de energía en forma de calor. En un canal abierto, este fenómeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rápidamente frenando y elevándose sobre sí mismo, de manera similar a como se forma una onda-choque.

Las aplicaciones prácticas del salto hidráulico son muchas. A modo de ejemplo, cabe mencionar su uso para:

Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia causada por la fricción a lo largo de las paredes y del fondo del canal, resultando una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la dirección del flujo. Un salto hidráulico se formará en el canal si el número de Froude (F_r) del flujo, la profundidad (y₁) y una profundidad aguas abajo (y₂) satisfacen la ecuación:

${displaystyle {frac {y_{1}}{y_{2}}}={frac {1}{2}}({sqrt {1+8F_{r}^{2}}}-1)}$

Esta ecuación se deduce de la conservación del momento específico, ya que en un resalto hidráulico se conserva el momento específico. La energía específica, por el contrario, por ser el resalto un fenómeno muy turbulento, se disipa, luego no se conserva.

Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation, de la siguiente forma, en función del número de Froude del flujo aguas arriba del salto (los límites indicados no marcan cortes nítidos, sino que se superponen en una cierta extensión dependiendo de las condiciones locales):

Las principales características de los saltos hidráulicos en canales rectangulares horizontales son:

La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica^[4]​ antes y después del salto. Se puede mostrar que la pérdida es:

${displaystyle delta E=E_{1}-E_{2}={frac {(y_{2}-y_{1})^{3}}{4.y_{1}.y_{2}}}}$

La relación ${displaystyle {frac {delta E}{E_{1}}}}$ se conoce como pérdida relativa.

La relación de la energía específica después del salto a aquella antes del salto se define como eficiencia del salto. Se puede mostrar que la eficiencia del salto es:

${displaystyle {frac {E_{2}}{E_{1}}}={frac {(8F_{r}^{2}+1)^{3/2}-4F_{r}^{2}+1}{8F_{r}^{2}(2+F_{r}^{2})}}}$

Esta ecuación indica que la eficiencia de un salto es una función adimensional, dependiendo solamente del número de Froude del flujo antes del salto.

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