Cantidad de Movimiento, Fuerza Específica y Salto Hidráulico: Fundamentos y Clasificación

Cantidad de movimiento: La cantidad de movimiento se define como el producto de la masa de un cuerpo material por su velocidad, para luego analizar su relación con la ley de Newton a través del teorema del impulso y la variación de la cantidad de movimiento.

Fuerza específica: La fuerza específica expresa el momentum del flujo que pasa a través de la sección del canal por unidad de tiempo y por unidad de peso del agua, y la fuerza por unidad de peso del agua.

El Salto Hidráulico

El salto hidráulico se define como la elevación brusca de la superficie líquida cuando el escurrimiento permanente pasa del régimen supercrítico al régimen subcrítico. Es un fenómeno local muy útil para disipar energía hidráulica. Este cambio brusco de régimen se caracteriza por una alteración rápida de la curvatura de las trayectorias del flujo, que produce vórtices (turbulencia) en el eje horizontal, lo que implica inclusive la aparición de velocidades en dirección opuesta al flujo que propician choques entre partículas en forma más o menos caótica, ocasionando una gran disipación de energía.

Clasificación de los Saltos Hidráulicos

Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con los estudios del U. S. Bureau of Reclamation, de la siguiente forma, en función del número de Froude (Fr) del flujo aguas arriba del salto:

• Fr = 1: El flujo es crítico, y aquí no se forma ningún salto.
• Fr > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el salto llamado salto ondulatorio.
• Fr > 1.7 y < 2.5: Tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de una serie de remolinos sobre la superficie del salto, pero la superficie del agua hacia aguas abajo permanece uniforme. La velocidad a través de la sección es razonablemente uniforme y la pérdida de energía es baja.
• Fr > 2.5 y < 4.5: Se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante que entra desde el fondo del salto hasta la superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad.
• Fr > 4.5 y < 9.0: Se produce un salto permanente o estable; la extremidad de aguas abajo del remolino superficial y el punto sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical.
• Fr ≥ 9.0: Se produce el salto fuerte; el chorro de alta velocidad choca con paquetes de agua intermitentes que corren hacia abajo a lo largo de la cara frontal del salto, generando ondas hacia aguas abajo, y puede prevalecer una superficie rugosa. La acción del salto es brusca pero efectiva debido a que la disipación de energía puede alcanzar el 85%.

Pérdida de Energía en el Salto Hidráulico

La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia de las energías específicas antes y después del resalto.

Longitud del Salto Hidráulico (L)

Se define como la distancia medida entre la sección de inicio y la sección inmediatamente aguas abajo en que se termine la zona turbulenta.

Ecuación de Fuerza Específica