Se analiza el fenómeno de resalto hidráulico y se plantea el procedimiento a seguir para determinar los llamados “tirantes conjugados”. Se presenta las relaciones correspondientes al caso de resalto producido en un canal de sección rectangular y, finalmente, se revisa las relaciones que permiten determinar la longitud requerida para que el resalto se desarrolle completamente.

1. FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO
Y RESALTO HIDRÁULICO
Abril 2015
Manuel E. García-Naranjo Bustos
mgarcianaranjo@gmail.com
mgarcianaranjo@hydroconsultsac.com

2. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
INTRODUCCION
En el flujo en conductos a pelo libre, el
cambio de régimen supercrítico a
subcrítico únicamente se produce
mediante el desarrollo del fenómeno
conocido como “resalto hidráulico”. Éste
consiste en una rápida disminución de la
velocidad, acompañada de un también
rápido incremento del tirante.

3. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO

4. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
Estas condiciones de descarga se
inscriben en el denominado “Flujo
Rápidamente Variado”.
Debe notarse que el resalto hidráulico
es un medio muy efectivo para disipar
energía. Se le utiliza generalmente
al final de rápidas, cascadas o
aliviaderos, para disminuir la energía
cinética de la corriente y entregar un
flujo tranquilo al canal subsecuente.

5. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
CÁLCULOS HIDRÁULICOS:
Los cálculos hidráulicos en el
estudio del flujo rápidamente
variado están mayormente referidos
a la determinación de los llamados
“tirantes conjugados del resalto” y
la determinación de la longitud
requerida para que el resalto se
desarrolle completamente.

6. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
La relación entre los tirantes inicial
y final del resalto ó “tirantes
conjugados”, así como la expresión
de la pérdida de energía, se obtiene
haciendo uso de las ecuaciones
fundamentales de la mecánica de
fluidos, esto es, las ecuaciones de:
continuidad, cantidad de movimiento
y energía.

7. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
Así, en un caso general, la ecuación
de cantidad de movimiento se
escribe:
ó equivalentemente:
)VV(QygAygA 11222211 β−βρ=ρ−ρ
2
2
2
22
1
2
1
11
gA
Q
yA
gA
Q
yA
β
+=
β
+

8. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
donde todos los términos tienen el
significado usual, y:
y – posición del centroide de la
sección, medida desde la superficie
libre del agua
β – coeficiente de Boussinesq; en
muchos casos se adopta igual a 1.

9. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
Definiendo:
Al regresar a la ecuación de cantidad de
movimiento se tiene: M1 = M2
Si se grafica la relación M vs y es
posible observar que M es mínimo
cuando y = ycr, y los tirantes conjugados
del resalto cumplirán que M1 = M2 = M
gA
Q
yAM
2
β
+=

10. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO

11. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO

12. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
En el caso que el resalto hidráulico se
produzca en un canal de sección
rectangular, es posible demostrar la
validez de las siguientes relaciones:
a) Tirantes conjugados:
( )2
1
1
2
Fr811
2
1
y
y
++−=

13. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
donde:
b) Pérdida de energía en el resalto:
1
1
1
gy
V
Fr =
( )
21
3
12
yy4
yy
E
−
=∆

14. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO
c) Longitud del resalto:
Está definida como la distancia medida
desde la sección donde se inicia el
resalto hasta la sección donde éste
termina. Puede determinarse
mediante la relación:
L = K (y2-y1) donde:
K = 5.765 – 0.0882 (y2/y1)
ó mediante la gráfica L/y2 vs Fr1,
sugerida por el USBR:

15. FLUJO RAPIDAMENTE
VARIADO