Manual de Uso — Resalto Hidráulico
Esta aplicación permite el cálculo del resalto hidráulico en canales abiertos para distintas secciones transversales. El resalto se produce cuando el flujo pasa de un régimen supercrítico (rápido, Fr > 1) a un subcrítico (lento, Fr < 1), disipando energía de forma turbulenta.
1. Teoría Generalizada (Empuje Específico)
La ecuación fundamental que rige el resalto hidráulico se basa en el principio de conservación de la cantidad de movimiento (Empuje Específico o Fuerza Específica) entre la sección aguas arriba (1) y aguas abajo (2):
M₁ = M₂ ⟹ (Q² / g·A₁) + A₁·ȳ₁ = (Q² / g·A₂) + A₂·ȳ₂
Donde:
Q = Caudal
g = Aceleración de la gravedad
A = Área hidráulica
ȳ = Profundidad del centroide del área medida desde la superficie libre
Para secciones no rectangulares, esta ecuación no tiene solución analítica directa. Esta aplicación resuelve la ecuación mediante métodos numéricos de forma interna y transparente para el usuario.
2. Fórmula para Sección Rectangular
En canales rectangulares, el problema se simplifica y se puede obtener el calado conjugado directamente mediante la fórmula de Bélanger:
y₂ = (y₁ / 2) · [ -1 + √(1 + 8·Fr₁²) ]
Y la pérdida de carga energética en el resalto rectangular es:
ΔE = (y₂ - y₁)³ / (4·y₁·y₂)
3. Datos de Entrada Comunes
- Caudal (Q): Caudal circulante por el canal (m³/s).
- Tipo de cálculo: Selección mediante radio botón. Permite indicar si el "Calado conocido" introducido corresponde a aguas arriba (y₁) o aguas abajo (y₂).
- Calado conocido (y₁ o y₂): Profundidad del agua en la sección conocida (m).
4. Datos de Entrada Específicos por Sección
- Rectangular: Ancho de solera (b).
- Trapezoidal: Ancho de solera (b) y Talud (z), que corresponde con z horizontal / 1 vertical
- Parabólica: Anchura libre (T) del calado conocido. Con este dato y el calado, la aplicación determina el foco (k) de la parábola.
- Circular: Diámetro del conducto (d).
5. Significado de los Resultados
- Calado y₁ (arriba): Calado conjugado supercrítico, anterior al resalto.
- Calado y₂ (abajo): Calado conjugado subcrítico, posterior al resalto.
- Altura del resalto: Diferencia entre ambos calados (y₂ - y₁).
- Nº de Froude (Fr₁ / Fr₂): Número de Froude aguas arriba y aguas abajo. Para que exista el resalto, obligatoriamente Fr₁ > 1 y Fr₂ < 1.
- Energía esp. (E₁ / E₂): Energía específica (y + V²/2g) en ambas secciones.
- Pérdida de carga (ΔE): Energía disipada en el resalto por la turbulencia (E₁ - E₂). Siempre debe ser positiva.
- Longitud aprox. (L): Longitud del perfil del resalto. Se estima empíricamente como L ≈ 6·(y₂ - y₁). Para secciones no rectangulares, se indica que es una estimación basada en la fórmula rectangular.
6. Avisos y Errores Frecuentes
- "El calado debe ser supercrítico/subcrítico": Significa que el calado introducido no cumple la condición de Froude para que exista un resalto en la posición indicada.
- "El conducto trabajaría a presión": (Solo Circular). El calado conjugado calculado supera el 95% del diámetro, lo que indica que el tubo se llenaría y la hidráulica de canal abierto no sería válida.
7. Referencias Bibliográficas
Los cálculos, formulaciones geométricas y criterios de diseño implementados en esta aplicación se basan en los siguientes textos fundamentales de la hidráulica de canales abiertos:
- Chow, V. T. (1959). Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill.
- French, R. H. (1985). Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill.
- Chaudhry, M. H. (2008). Open-Channel Flow. Springer.
8. Descargo de Responsabilidad
Aviso Legal: CANALES (Resalto Hidráulico) es una herramienta con fines exclusivamente educativos y orientativos, destinada a la comprensión de los principios de la hidráulica de canales abiertos. Los resultados generados son aproximaciones basadas en modelos teóricos estandarizados y no deben utilizarse bajo ninguna circunstancia como única base para el diseño, cálculo, proyecto, construcción, modificación ni mantenimiento de obras de ingeniería civil o infraestructuras hidráulicas reales, sin la previa y rigurosa validación por parte de un profesional competente y titulado. El desarrollador de esta aplicación no asume ninguna responsabilidad, ya sea directa, indirecta, incidental o consecuente, que pudiera derivarse de errores, omisiones, imprecisiones en los cálculos, interrupciones del servicio, o del uso indebido de la información aquí mostrada. El uso de esta herramienta se realiza bajo la total responsabilidad del usuario, quien la acepta en su estado actual ("tal cual" / "as is"), sin garantías explícitas o implícitas de exactitud, fiabilidad o idoneidad para un propósito particular.
Acerca de CANALES (Resalto Hidráulico)
CANALES (Resalto Hidráulico) (Cálculo de resalto hidráulico en Canales) es un proyecto docente diseñado como herramienta de apoyo al aprendizaje de la hidráulica de canales. Su objetivo es proporcionar a los estudiantes un entorno práctico e intuitivo para la comprensión y aplicación de los principios fundamentales del flujo en lámina libre.
El desarrollo de esta aplicación ha tomado como referencia programas de cálculo hidráulico ya existentes en el mercado, replicando su lógica operativa y estructura funcional en un entorno web moderno y accesible desde cualquier dispositivo.
Realización:
Área de Ingeniería Hidráulica
Departamento de Ingeniería Industrial e Ingeniería Civil
Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Algeciras
Universidad de Cádiz
Autor: Prof. Olegario Castillo