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Disipador de energía (resalto hidráulico)

Diseña una poza disipadora por resalto hidráulico: a partir del flujo supercrítico de entrada obtén el tirante conjugado (Bélanger), el tipo de resalto (clasificación USBR), la energía disipada, la eficiencia y la longitud de poza recomendada. Ideal a la salida de aliviaderos, rápidas y alcantarillas.

Ejemplos:
Flujo de entrada (supercrítico)

Resalto hidráulico · Fr1 = 3.61 · Oscilante (Fr 2.5–4.5)

y2 = 2.316 m · Lpoza ≈ 12.99 m

Energía disipada ΔE = 1.294 m (34.4% de E1) · Q = 20 m³/s

Perfil del resalto

y1 = 0.50 my2 = 2.316 mresalto (Fr1 = 3.61)supercrítico →← subcrítico

Cuenco amortiguador recomendado (USBR)

Cuenco Tipo IV (resalto oscilante)

Resalto oscilante (Fr1 2.5–4.5): dados de entrada grandes para forzar el resalto; oleaje difícil de controlar.

Longitud del cuenco ≈ 13.49 m

  • Dados de entrada (chute blocks): altura ≈ 2·y1 = 1 m; ancho ≈ y1 = 0.5 m; separación ≈ 2.5·y1 = 1.25 m
  • Umbral terminal (end sill): altura ≈ 1.25·y1 = 0.63 m, macizo al final del cuenco

El Tipo IV es problemático por el oleaje; de ser posible modifica la geometría para caer en el rango del Tipo III (Fr1 ≥ 4.5).

Froude Fr1

3.61

Conjugado y2

2.316 m

Long. poza

12.99 m

Energía disip.

1.294 m

Eficiencia

34.4 %

V2 (salida)

1.73 m/s

E1 entrada

3.762 m

Caudal Q

20 m³/s

Procedimiento

  1. 1Número de Froude de entrada: Fr1 = V1/√(g·y1) = 8/√(9.81·0.5) = 3.61 → Oscilante (Fr 2.5–4.5).
  2. 2Tirante conjugado (Bélanger): y2 = (y1/2)·(√(1+8·Fr1²) − 1) = 2.316 m; V2 = q/y2 = 1.73 m/s (Fr2 = 0.36).
  3. 3Energía específica: E1 = y1 + V1²/2g = 3.762 m; E2 = 2.468 m.
  4. 4Energía disipada: ΔE = (y2−y1)³/(4·y1·y2) = 1.294 m (34.4% de E1).
  5. 5Longitud del resalto (curva USBR, L/y2 = 5.61): L ≈ 12.99 m → longitud de poza recomendada ≈ 12.99 m.
  • El resalto tipo «Oscilante (Fr 2.5–4.5)» no es el más eficiente. El rango óptimo es Fr1 = 4.5–9.0 (resalto estable); considera modificar la geometría de entrada o usar dados/umbral (cuenco USBR).
  • Verifica el nivel de aguas abajo (tirante del río): si es menor que y2 el resalto se desplaza aguas abajo y hay que profundizar la poza o colocar un umbral terminal.

Resalto hidráulico en canal rectangular (Bélanger) para el diseño de poza disipadora. El resalto más eficiente es el estable (Fr1 = 4.5–9.0). Verifica el nivel de aguas abajo y considera un cuenco amortiguador USBR (dados, umbral) cuando corresponda. No incluye el diseño estructural de la poza. Resultado referencial.

¿Cómo funciona?

Cuando un flujo rápido (supercrítico) pasa a un flujo lento (subcrítico) se forma un resalto hidráulico que disipa energía en forma de turbulencia. La ecuación de Bélanger relaciona los tirantes conjugados y1 y y2 en función del número de Froude. El resalto más eficiente y estable ocurre con Fr1 entre 4.5 y 9.0. La longitud de la poza se toma de la curva de la USBR para contener el resalto.

Alcance

Resuelve el resalto en canal rectangular horizontal. Debe verificarse el nivel de aguas abajo (si es menor que y2 el resalto se desplaza y hay que profundizar la poza o poner un umbral terminal). Para casos exigentes se recurre a los cuencos amortiguadores USBR (con dados y umbrales). No incluye el diseño estructural de la poza. Resultado referencial.

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