CAPÍTULO 4 : Control del resalto hidráulico y disipadores de energía
IV.1
Control del resalto mediante obstáculos
IV. 2
Control mediante trampolines.
IV.3
Control de resalto mediante distintos tipos de estanques amortiguadores.
IV.4
Diseño de un estanque amortiguador.
CAPÍTULO 4 Control del resalto hidráulico y disipadores de energía Control de resalto mediante obstáculos Control mediante trampolines Control de resalto mediante distintos tipos de estanques amortiguadores Diseño de un estanque amortiguador
CARACTERÍSTICAS DEL SALTO HIDRÁULICO
Las características relevantes del salto hidráulico, para el diseño de disipadores de energía son: Clasificación del salto
Longitud Tirantes conjugados y pérdidas de energía Características de turbulencia Entrada de aire por salto hidráulico
CAPÍTULO 4 Control del resalto hidráulico y disipadores de energía
CLASIFICACIÓN DEL SALTO El salto hidráulico, se puede clasificar de acuerdo a la forma geométrica, el número de Froude antes del salto, o si es un salto libre, forzado o sumergido. Geometría Salto tipo A :
Ocurre en la parte horizontal del canal.
Control de resalto mediante obstáculos
Salto tipo B : Comienza a formarse en la parte con pendiente del canal y termina en la parte horizontal.
Control mediante trampolines
Salto tipo C : Comienza a formarse en la parte con pendiente del canal y termina en el cambio de pendiente.
Control de resalto mediante distintos tipos de estanques amortiguadores Diseño de un estanque amortiguador
Salto tipo D :
El salto hidráulico ocurre en la parte con pendiente del canal
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CLASIFICACIÓN DEL SALTO Número de Froude antes del salto (Bureau of Reclamation)
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CLASIFICACIÓN DEL SALTO Salto hidráulico libre Cuando la profundidad aguas abajo del salto es igual al conjugado mayor. Salto hidráulico forzado El salto hidráulico se produce con ayuda de bloques, bafles. Salto hidráulico sumergido Cuando la profundidad aguas abajo del salto es mayor, al conjugado mayor.
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DISIPADORES DE ENERGÍA Existen diversos criterios de clasificación:
Acción hidráulica Fricción, turbulencia
Control de resalto mediante obstáculos
Modo de disipación Horizontal : Salto hidráulico Vertical : Salto de esquí.
Control mediante trampolines
Geometría o forma del flujo principal Expansión repentina, contracción, impactos.
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DISIPADORES DE ENERGÍA Los disipadores de energía, bajo un aliviadero, se pueden agrupar en: Estanque amortiguador
Cubeta de trayectoria de chorro libre Cubeta tipo remolino Disipación por salto hidráulico espacial Disipadores por impacto.
La elección de un disipador de energía, depende de las características hidráulicas, topográficas, geológicas, tipo de presa, consideraciones ambientales, frecuencia de uso.
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Obstáculos como: Vertederos de cresta ancha, delgada, subidas y descensos repentinos en el fondo del canal.
Objetivo del obstáculo : Garantizar la formación del salto hidráulico y controlar su ubicación, en todas las situaciones posibles de operación.
Aplicable la teoría del momentum.
Vertedero Cresta Delgada
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Vertedero Cresta Ancha
𝑌2 𝑞 = 0.433 2𝑔 𝑌2 + ℎ
1/2
𝐻
3
2
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Subida Abrupta
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Caída Abrupta
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Trampolines
Si el caudal del aliviadero, puede ser descargado directamente al río sin requerir estructuras para la disipación de energía; se usan trampolines para el lanzamiento del chorro desde el aliviadero.
La trayectoria del chorro, está en función de la energía de la corriente en el trampolín; y del ángulo con que es lanzado.
Estableciendo el origen de coordenadas en el extremo del trampolín, la ecuación que describe la trayectoria es 𝑥2 𝑦 = 𝑥𝑡𝑔𝜃 − 𝐾 4 𝑑 + ℎ𝑣 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃
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Trampolines
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Estanques Amortiguadores
Si la energía del flujo proveniente del aliviadero, debe ser disipada antes de incorporarse al cauce aguas abajo, se requiere el empleo de cuencos amortiguadores.
La forma del resalto hidráulico en un cuenco amortiguador, está en función de la relación energía disipada y calado.
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Clasificación del salto De acuerdo al Número de Froude (Bureau of Reclamation)
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
Fr 1.7 Si Fr 1.7, no se requiere ninguna estructura de amortiguamiento; solamente que se cumpla que la longitud del canal, a partir del punto de inicio del cambio de tirante sea por lo menos 4 d2 Aproximadamente la velocidad V2 es 30% menor que la velocidad crítica
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
1.7 Fr 2.5 Sin turbulencia activa, por tanto no se requieren dados ni umbrales. Se diseña por etapa previa al salto.
El estanque debe ser de longitud suficiente de forma que garantice que el flujo no se desborde durante la desaceleración.
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
2.5 Fr 4.5 Formación de salto oscilante, se conoce como régimen de transición. Presencia de oleaje superficial, que van más allá del tanque y no pueden ser controladas fácilmente
Los tirantes conjugados calculados, deben aumentarse un 10% (para supresión del oleaje) Estanque amortiguador Tipo I
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
2.5 Fr 4.5
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
Fr 4.5 Formación de un resalto hidráulico estable y equilibrado Empleo de bloques, deflectores y umbrales en el estanque; acorta la longitud y garantiza que no habrán desbordes. Considerar un 5% adicional, para el cálculo de los tirantes conjugados. Estanque amortiguador Tipo II. Velocidades de llegada no mayores a 15m/s
Estanque amortiguador Tipo III. Velocidades de llegada mayores a 15m/s
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
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Cálculo del estanque amortiguador, en función del número de Froude
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Niveles de agua en la descarga del tanque amortiguador
A fin de garantizar la formación del salto hidráulico dentro del tanque amortiguador, no solamente para el gasto de diseño, sino para gastos menores (mas frecuentes); es recomendable verificar que los niveles de agua en la descarga sean siempre mayores que los del agua en tanque o por lo menos que ambos coincidan.
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Tanque rectangular tipo SAF Este tanque estudiado en el SAF Hydraulics Laboratory Minnesota University, es recomendables en el caso de obras de excedencia menores (derivadoras, caídas en canales donde 1.70 Fr 17
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Tanque rectangular tipo SAF
