Saltos hidráulicos en canales rectangulares
El salto hidráulico en un canal rectangular , también conocido como salto clásico , es un fenómeno natural que ocurre cuando el flujo cambia de supercrítico a subcrítico. En esta transición, la superficie del agua se eleva abruptamente, se forman rodillos en la superficie, se produce una mezcla intensa, se arrastra aire y, a menudo, se disipa una gran cantidad de energía. En otras palabras, un salto hidráulico ocurre cuando un flujo supercrítico aguas arriba de mayor velocidad , v 1 ,se encuentra con un flujo aguas abajo subcrítico con una velocidad reducida, v 2 y suficiente profundidad. Modelos numéricos creados con el método de pasos estándar o HEC-RAS se utilizan para rastrear flujos supercríticos y subcríticos para determinar dónde se formará un salto hidráulico en un tramo específico.
Hay saltos hidráulicos comunes que ocurren en situaciones cotidianas, como durante el uso de un fregadero doméstico. También hay saltos hidráulicos hechos por el hombre creados por dispositivos como vertederos o compuertas. En general, un salto hidráulico se puede utilizar para disipar energía, mezclar productos químicos o actuar como un dispositivo de aireación. [1] [2]
Para producir ecuaciones que describan el salto, dado que hay una pérdida de energía desconocida, es necesario aplicar la conservación del momento . [3] Para desarrollar esta ecuación, se considera una situación general en la que puede haber o no una pérdida de energía entre aguas arriba y aguas abajo, y puede haber o no algún obstáculo sobre el que exista una fuerza de arrastre Pf . sin embargo, para un salto hidráulico simple o clásico, la fuerza por unidad de ancho (P f ) es igual a 0. A partir de ahí, se puede derivar la ecuación de momento y la ecuación de profundidad conjugada.
La profundidad del flujo supercrítico, y 1 , 'salta' hasta su profundidad conjugada subcrítica, y 2 , y el resultado de este cambio abrupto en las condiciones del flujo es una turbulencia considerable y pérdida de energía, E L . [4] La Figura 1 muestra un esquema de las características típicas del salto donde E 1 es la energía del flujo aguas arriba, E 2 es la energía del flujo aguas abajo y L j es la longitud del salto hidráulico. Una serie de pequeños rodillos superficiales se forman en una onda estacionaria como la que se muestra en la Figura 1.
Los saltos hidráulicos ocurren comúnmente en situaciones cotidianas, como durante el uso de cualquier fregadero doméstico . El salto se puede ver en forma de una onda estacionaria circular que rodea la entrada de agua. El salto hidráulico ocurre en el punto donde el agua aparentemente tranquila se vuelve turbulenta. Cuando el agua llega al fregadero, se dispersa, aumentando su profundidad hasta un radio crítico donde el flujo (supercrítico con baja profundidad, alta velocidad y un número de Froude mayor que 1) debe saltar repentinamente a una mayor profundidad subcrítica (alta profundidad, baja velocidad y un número de Froude menor que 1) que se sabe que conserva la cantidad de movimiento .
Figura 2. El salto hidráulico turbulento se puede crear en el fregadero (izquierda), el salto hidráulico viscoso puede crear formas avanzadas (derecha) (Imágenes cortesía de John Bush, MIT) [5]
