Calculadora de resalto hidráulico (tirante conjugado, pérdida de energía y tipo de resalto)

Cómo funciona

Fr₁ = V₁ / √(g·y₁) · ecuación de Bélanger: y₂ = (y₁/2)·[√(1 + 8·Fr₁²) − 1] · V₂ = V₁·y₁/y₂ · pérdida de energía ΔE = (y₂ − y₁)³ / (4·y₁·y₂) · tirante crítico yc = (q²/g)^(1/3), q = V₁·y₁ · longitud del resalto ≈ 6·y₂ · potencia = ρ·g·Q·ΔE.

Cuando un flujo rápido y poco profundo (supercrítico, Froude mayor que 1) se encuentra con un flujo lento y profundo (subcrítico) —al pie de un vertedor, de una compuerta o de una rápida— sube bruscamente formando un remolino turbulento llamado resalto hidráulico. En el resalto se conserva la cantidad de movimiento pero no la energía, por eso los tanques amortiguadores lo usan para disipar energía antes de que el agua llegue a un cauce erosionable. La ecuación de Bélanger da el tirante conjugado en un canal rectangular horizontal; la clasificación del USBR según Fr₁ describe el carácter del resalto, y los resaltos estables (Fr₁ de 4.5 a 9) dan el mejor funcionamiento en tanques amortiguadores.

Ejemplo resuelto

El agua sale de una compuerta con 0.3 m de tirante a 6 m/s en un canal de 2 m de ancho. Fr₁ = 6/√(9.81 × 0.3) = 3.50, un resalto oscilante. y₂ = 0.15 × (√(1 + 8 × 3.50²) − 1) = 1.342 m, así que el agua sube 1.042 m y se frena a 1.34 m/s. La pérdida de energía es (1.342 − 0.3)³/(4 × 0.3 × 1.342) = 0.702 m —el 32.9% de la energía inicial— y el resalto mide unos 6 × 1.342 = 8.05 m.

Fuentes: Hydraulic jump — Bélanger equation and classification · US Bureau of Reclamation — Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators (Engineering Monograph 25)

Preguntas frecuentes