Resalto hidráulico y energía específica: el papel del número de Froude
El agua que cae por el aliviadero de una presa llega abajo a gran velocidad y con enorme poder erosivo. ¿Cómo se "frena" antes de devolverla al río? La respuesta es un fenómeno tan útil como espectacular: el resalto hidráulico. Y para entenderlo hay que dominar primero dos conceptos: el número de Froude y la energía específica.
El número de Froude
En canales abiertos, el flujo se clasifica con el número de Froude, que compara las fuerzas de inercia con las de gravedad:
con la velocidad media e la profundidad. Define tres regímenes:
- Fr < 1 — subcrítico: flujo lento y profundo; las perturbaciones pueden remontar aguas arriba.
- — crítico: condición de mínima energía.
- Fr > 1 — supercrítico: flujo rápido y somero; las perturbaciones solo viajan aguas abajo.
Energía específica
La energía específica es la energía por unidad de peso medida respecto al fondo del canal:
Para un caudal dado, la curva – muestra que un mismo valor de energía puede darse en dos profundidades —una subcrítica y otra supercrítica, llamadas profundidades alternas— y que existe una profundidad crítica de energía mínima.
El resalto hidráulico
El resalto ocurre cuando un flujo supercrítico pasa bruscamente a subcrítico: el agua "salta", aumenta su profundidad y disipa energía en intensa turbulencia. Las profundidades antes () y después () del resalto —las profundidades conjugadas— se relacionan por:
Cuanto mayor es el de entrada, más energía disipa el resalto (puede superar el 50%).
Para qué sirve
El resalto es la base de los cuencos disipadores al pie de vertederos y compuertas: en lugar de dejar que el flujo supercrítico erosione el cauce, se fuerza el resalto dentro de una estructura de hormigón diseñada para resistir la turbulencia. También se usa para airear el agua y, a veces, como aforador.
Puedes calcular el régimen de tu canal con nuestra calculadora del número de Froude.
Fuentes: Ven Te Chow, Open-Channel Hydraulics (1959); revisión de hydraulic jump (Wikipedia).
