Descarga variada en un canal rectangular

En muchos casos, la descarga Q en un canal no es uniforme. Se diferencia entre descarga gradualmente variada y descarga rápidamente variada.

  • descarga gradualmente variada: la profundidad de descarga h varía, la descarga Q o el tipo de flujo en sí mismo es subcrítico (al principio). La descarga gradualmente variada se produce, p.ej., en un canal con poca pendiente y gran rugosidad.

  • la descarga rápidamente variada se produce, p.ej., en el desbordamiento de vertederos. En muchos casos la descarga es supercrítica.

La descarga subcrítica tiene una gran profundidad de descarga h con una velocidad de flujo v pequeña. En una descarga supercrítica se da lo contrario: profundidad de descarga h pequeña y gran velocidad de flujo v.

La transición de flujo de descarga subcrítica a supercrítica se produce con un cambio continuo de la profundidad de descarga h, la velocidad de flujo v y la energía específi ca E, p.ej., con un aumento de la pendiente.

Por el contrario, la transición de flujo de descarga supercrítica a subcrítica se produce siempre con un cambio repentino de la profundidad de descarga h y una pérdida de la energía específica ΔE, p.ej., en el resalto hidráulico.

Relación entre descarga Q, energía específica E y profundidad de descarga h

Energías específicas de un volumen de control

altura de velocidad (v²/2g)

altura de la presión (h)

energía específica (E)

Las consideraciones de la energía específica en el volumen de control resultan en una ecuación de tercer grado para la profundidad de descarga h. La profundidad de descarga h depende de la energía específica E y la descarga Q. En el llamado diagrama de energía específica se representa la profundidad de descarga h gráficamente en función de la energía específica E con una descarga constante Q. La energía específica mínima Emin solo tiene una profundidad de descarga posible, la denominada profundidad crítica hc. En la profundidad crítica hc domina la descarga crítica. Para el resto de las energías específicas hay dos profundidades alternas, que son relevantes desde el punto de vista físico (véase el diagrama con resalto hidráulico). Debe calcularse cuál de las dos profundidades de descarga es correcta en cada caso (¿la descarga es subcrítica o supercrítica?).

La descarga Q máxima con una energía específica E dada también puede determinarse.

Relación entre principio del momento lineal, fuerza específica F y profundidad de descarga h

La tercera ecuación importante además de la de Bernoulli y la conservación de la masa es el principio del momento lineal. El equilibrio de fuerzas se establece en el volumen de control. En muchos casos pueden despreciarse la influencia del peso y la fuerza de fricción. Por tanto, solo son relevantes las fuerzas que actúan en las áreas por las que pasa el flujo: la fuerza de compresión estática y la fuerza de impulso dinámica. La denominada fuerza específica F es la suma de ambas fuerzas y se determina mediante el principio del momento lineal.

También la fuerza específica se puede representar en un diagrama. En el diagrama de fuerza específica se representa la profundidad de descarga h en función de la fuerza específica F con una descarga Q constante. Como en el diagrama de energía específica, hay una fuerza específica mínima Fmin a profundidad crítica hc. Para el resto de las fuerzas específicas hay dos profundidades secuentes.