SEGUNDA CLASE E.U.3.

1. CANTIDAD DE MOVIMEMTO Y EL SALTO HIDRAULICO
Sabemos que F = ma, pero a = V2 – V1 /t, entonces
Las fuerzas aplicadas en las secciones 1 y 2 son ∆F = m(P1 – P2)
Considerando un canal rectangular de ancho unitario se tiene A = by => A1 = Y1, A2 = Y2
Donde
P1 = Fuerza ejercida por el fluido en la sección 1 y P2 = fuerza ejercida por el fluido en el punto 2
ɣ = peso específico del agua
Y1 = tirante de agua en la sección 1
Y2= tirante de agua en la sección 2
Sabemos que luego

2. Continuación
V = volumen
g = gravedad
Reemplazando la fórmula
El caudal específico (q) en un canal rectangular de ancho unitario es: q = Q, luego:
Sustituyendo los valores de P1 y P2 e igualando a la fórmula de cantidad de movimiento, se tiene:

3. B
Para un canal rectangular se tiene
Luego:

4. Esta ecuación corresponde a la ecuación general de segundo grado AX² + BX + C = 0
Entonces :
):
La ecuación se pueden expresar en función del número de
Froude( Fr1):

5. Donde:
d2: tirante conjugado mayor o salto hidráulico de canal rectangular y vertedores, en m.
d1: tirante conjugado menor de canal rectangular y vertedores, en m.
V1: velocidad del agua en la sección 1, m/seg.
Fr: Numero de froude
g: aceleración de la gravedad (9.81 m/s2, y 32.2 ft/s2).
q: gasto por unidad de ancho, en m3/seg/m.
:

6. SALTO HIDRÁULICO
• Definición.
• 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.
• Esencialmente existen cinco formas de salto que pueden ocurrir en canales
de fondo horizontal. Cada una de estas formas se clasificó de acuerdo con
el valor del número de Froude, relativo al régimen supercrítico de la
corriente.

7. La teoría del salto hidráulico se expresa brevemente de la manera que se presenta a
continuación.
Sea abfe una masa de agua que se desplaza en el salto (fig.3.6). En un intervalo de tiempo, dicha
masa de agua pasará a la posición cdhg. Entre la sección cd a la ef hay un aumento de la sección
mojada y en consecuencia, una disminución de la velocidad, pues se trata de movimiento
constante. Esto equivale a decir que hubo disminución de la cantidad de movimiento de la masa
de agua.
Figura 3.6. teoría del salto hidráulico

8. • Precisamente la gran pérdida de energía provocada en el salto, es lo
que convierte al salto hidráulico en un fenómeno deseable para el
proyectista, ya que en muchas ocasiones se requiere disminuir
drásticamente la velocidad del escurrimiento en zonas en que no
importa que sea grande el tirante, pero sí conviene ahorrar en
revestimiento al obtenerse velocidades no erosivas.
• Un caso típico, y sin duda el más usado, es el de provocar el salto
hidráulico al terminar una obra de excedencias, ya sea al pie de un
cimacio o al final de una canal de descarga. Desde luego, la zona
donde se presenta el salto, debido a su gran turbulencia, debe
protegerse adecuadamente y por tal razón, se confina en una
estructura reforzada llamada tanque amortiguador.

9. Figura 3.6a. Salto hidráulico con escalón. Figura 3.6b. Salto hidráulico en
compuerta.

12. Aplicaciones.
 En el campo del flujo en canales abiertos el salto hidráulico suele
tener muchas aplicaciones entre las que están:
 La disipación de energía en flujos sobre diques, vertederos, presas y
otras estructuras
 hidráulicas y prevenir de esta manera la socavación aguas debajo de
las estructuras
 El mantenimiento de altos niveles de aguas en canales que se
utilizan para propósitos de distribución de agua.
 La reducción de la elevada presión bajo las estructuras mediante la
elevación del tirante
 del agua sobre la guarnición de defensa de la estructura.
 Incrementos del gasto descargado por una compu del agua contra
la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga.
 La mezcla de sustancias químicas usadas para la purificación o
tratamiento de agua
 La aireación de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua
 La identificación de condiciones especiales efectividad-costo del
flujo.
 Recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas
debajo de una canaleta de medición y mantener un nivel alto del
agua en el canal de irrigación o de cualquier estructura para
distribución de aguas

13. TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO.
Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo 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, como sigue:
Para Fr = 1: El flujo es crítico, y de aquí no se forma ningún salto.
Para Fr > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el salto
llamado salto ondulatorio (figura 3.10).
Figura 3.10 Salto ondulatorio

14. Para Fr > 1.7 y < 2.5: Tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de
una serie de remolinos sobre la superficie de 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.
Figura 3.11 Salto débil.
Para 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. Cada oscilación produce una onda grande con periodo irregular, muy común
en canales, que puede viajar a lo largo de varias millas causando daños ilimitados a bancas
en tierra y enrocados de protección.
Figura 3.12 Salto oscilante.

15. Para 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. La acción y la posición de este resalto son menos sensibles a la variación en la
profundidad de aguas abajo. El resalto se encuentra bien balanceado y el rendimiento en la disipación de
energía es el mejor, variando entre el 45% y el 70%.
Figura 3.13 Salto estable equilibrado.
Para Fr= 9.0 o mayor: 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%.
3.14. Salto fuerte.

16. POSICIÓN DEL SALTO: Existen tres modelos alternativos que permiten que un salto se
forme aguas debajo del vertedero de rebose, una rápida o una compuerta deslizante
Caso 1(salto claro): Representa el modelo para el cual la profundidad de aguas abajo
d2‟es igual a la profundidad d2 secuente a d1‟. En este caso1,d1 ylosd2'(d2 '=valores
d 1
d2) satisfarán la ecuación 2 1 8F 2
1y el salto ocurre sobre un piso sólido
d1 2
inmediatamente adelante de la profundidad d1. Para propósitos de
protección contra la socavación, éste es un caso ideal. Una objeción
importante a este modelo, sin embargo, es que una pequeña diferencia
entre los valores reales y supuestos de los coeficientes hidráulicos
relevantes puede causar que el salto se mueva hacia aguas abajo de su
posición estimada. En consecuencia, siempre es necesario algún dispositivo
para el control de su posición (figura 3.15a). Este caso se cumple Sí
(dn+p) =d2, el salto hidráulico se presentará al pie de la caída.

17. Caso 2 (salto corrido): Representa el patrón para el cual la profundidad de salida d2„es
menor que d 2, esto significa que la profundidad de salida del caso 1 se disminuye. Como
resultado, el resalto se desplazará hacia aguas abajo. En lo posible, este caso debe evitarse
en el diseño, debido a que el resalto rechazado fuera de la zona resistente a la socavación
ocurrirá en un lecho de cantos rodados sueltos o, peor aún, en un canal completamente
desprotegido, dando como resultado una erosión severa. La solución para el diseño es
utilizar cierto control en el fondo del canal, el cual incrementará la profundidad en la salida
y asegurará un resalto dentro de la zona protegida (figura 3.15b). Esto caso se cumple Sí
(dn+P) < d 2, el salto hidráulico se presentará aguas abajo de la corriente y no
se elimina, para eliminarlo se necesita establecer Bernoulli entre la sección 2 y
la continua.

18. Caso 3 (salto ahogado): Representa un modelo en el cual la profundidad de salida d2' es mayor
que d2. Esto significa que la profundidad de salida con respecto al caso 1 se incrementa. Como
resultado, el resalto se verá forzado hacia aguas arriba, y finalmente puede ahogarse en la fuente y
convertirse en un resalto sumergido (figura 3.15c). Este, tal vez es el caso más seguro para el diseño,
debido a que la posición del resalto sumergido puede fijarse con rapidez. Este caso se cumple Si
(dn+P) > d2, el salto hidráulico se produce antes del pie de la caída.
Figura 3.15c. Salto ahogado.

19. 3.2.3 LONGITUD DEL SALTO HIDRÁULICO.
La longitud del alto ha recibido gran atención de los investigadores pero hasta ahora no se
ha desarrollado un procedimiento satisfactorio para su cálculo, sin duda esto se debe al
hecho de que el problema no ha sido analizado teóricamente así como a las complicaciones
prácticas derivadas de la inestabilidad general de fenómeno y la dificultad en definir las
secciones de inicio y final del salto.
Longitud del salto (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 (fig.3.25a,b y
3.26). En teoría, esta longitud no puede determinarse con facilidad, pero ha sido
investigada experimentalmente por muchos ingenieros hidráulicos.
La zona donde las turbulencias son notables y susceptibles de producir daños al canal
mientras se estabiliza el flujo abarca una distancia conocida como longitud del salto y
debe protegerse con una estructura adecuada llamada tanque amortiguador.

20. La longitud del salto es difícil de medir debido a la incertidumbre que implica
determinación exacta de sus secciones, inicial y final. Por los que es indispensable
recurrir a formulas empíricas de varios investigadores, las cuales se presentan a
continuación para canales rectangulares (véase figura 3.5a y 3.5b), entre las más
sencillas se citan:
Autor Fórmula

SMETANA (república checa) L=6(d2-d1)

Safránez (Alemania) L=5.9(d1Fr1)

Einwachter (Alemania) L=8.3d1(Fr1-1)

Wóycicki (Polonia) L=(d2-d1)(8-0.05d2/d1)

Chertusov (Rusia) L=10.3d1(Fr1-1)^0.81

USBR L=6.9(d2-d1

21. Ejemplo: SALTO HIDRÁULICO
En un canal de sección rectangular con 2.5m de base y de 9.25m3/s de caudal, se forma un salto hidráulico,
conociéndose el tirante aguas arriba igual a 0.90m. Determinar la altura del salto
SOLUCIÓN

22. Tal como se muestra en la figura se está descargando agua de un depósito bajo una compuerta con un caudal de 18m3/s en un
canal rectangular horizontal de 3m de ancho fabricado de concreto. En un punto aguas abajo se observa que se presenta un
salto hidráulico. Determinar a) la velocidad antes del salto, b) la profundidad después del salto, c) La velocidad después del
salto, d) La energía disipada en el salto.
DATOS
Q = 18m3/s
b = 3m
Y1 == 1m
Solución:
a) Área antes del salto A1 = bY1 = 3x1 =3m
Velocidad antes del salto
Froud =