Basado en la Tesis de Ingeniería Civil “ESTUDIO EXPERIMENTAL SOBRE LAS ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA EN POZOS DE BANDEJAS”, Capitulo III, Págs. 31 - 47 Ricardo Patricio Simba Simba Panchig, bajo la dirección de los Ings. Gustavo Ruiz, Marco Castro y Marcelo Hidalgo, Universidad Central del Ecuador, Quito, 2003
DESCRIPCIÓN DE LOS POZOS DE BANDEJAS La EMAAP-Q dentro del proyecto Plan Maestro de Alcantarillado propone, entre las estructuras de disipación de energía, el diseño y construcción del POZO DE BANDEJAS. Esta es una estructura diseñada para disipar la energía del flujo que ingresa a una estructura de gran profundidad, está previsto de gradas de sección rectangular ubicadas alternadamente en lados opuestos y tomando en consideración toda la altura del pozo (Fig: No.3.1). El primer elemento que reduce la velocidad y la energía del agua a la entrada es una pared de impacto perpendicular a la dirección del flujo, previéndose en su parte superior la construcción de un dintel que dirige el flujo descomprimido hacia las gradas inferiores.
FIG. No.3.1 Esquema general del pozo pozo de bandejas
El movimiento que produce el agua al bajar por la cascada de bandejas se caracteriza por un escurrimiento con superficie libre entre cada grada y la siguiente, por lo cual resultan zonas de vórtice con aireación del flujo. En la l a parte final de la l a estructura vertical analizada, se prevé la construcción de un colchón de alivio, que funcionará como cuenco de amortiguamiento, para luego entregar el flujo a la siguiente obra en condiciones normales. 3.1
BASES DE DISEÑO HIDRODINAMICO. Las dimensiones se calculan en función del caudal y de la
diferencia de cotas tanto de entrada, así como de salida de la estructura. Las bases de diseño hidráulico contemplan las características de flujo como son: caudal, pendiente y calados de aproximación, aireación adecuada, disipación de energía, etc. CAUDAL DE DISEÑO.El dimensionamiento geométrico de un pozo de bandejas, según la EMAAP-Q, tiene como principal principal magnitud magnitud básica el caudal. caudal.
La
velocidad admisible de flujo a la salida de las bandejas, el valor absoluto del caudal unitario y la denominada altura de zona de vórtices, entre otras variables hidrodinámicas y geométricas geométricas importantes dependen del caudal. DESNIVEL A VENCER Otra magnitud importante que determina el dimensionamiento geométrico de la estructura es la diferencia de cotas o lo que es lo mismo, la diferencia de energías en la entrada y en la salida de la estructura. Este desnivel representa a la cantidad de energía interna del sistema que habrá que disipar. Estas dos magnitudes son las únicas que se considerarían como bases en el dimensionamiento de la estructura, según la literatura
existente. Sin embargo, no existen gráficos suficientes ni relaciones expresas justificables que relacionen los parámetros geométricos con las dos magnitudes como bases o criterios de diseño geométrico de la estructura estructura de disipación. DIMENSIONAMI ENTO GEOMÉTRICO DE LAS ESTRUCTURAS 3.2 DIMENSIONAMIENTO 3.2.1 DESCRIPCIÓN Y DEFINICIÓN DE PARÁMETROS GEOMÉTRICOS En la Figura No. 3.2 se muestran los principales parámetros geométricos: B = Ancho del pozo. G = Longitud de bandejas. E = Altura entre el impactador y la primera bandeja. A = Dimensión del impactador. J = Dimensión del impactador. impactador. H = Altura entre bandejas. F = Altura final entre última bandeja y canal de salida. ANCHO “B” DEL POZO
Es la dimensión del pozo en la misma dirección del flujo de entrada. La sección transversal del pozo es rectangular rectangul ar y delimita el contorno dentro del cuál se encuentran las bandejas ubicadas alternadamente en lados opuestos tomando en consideración toda la altura del pozo. Este ancho, a la fecha del estudio bibliográfico, es una dimensión arbitraria que generalmente se la adopta como una primera aproximación el doble del ancho o diámetro del canal de aproximación. LONGITUD “G” DE BANDEJAS
Este se refiere, como se ve en la Figura No. 3.2, a la longitud transversal al flujo que deberá tener cada bandeja del pozo. La bandeja es de sección rectangular y está calculada en función del ancho B del pozo, es la mitad del ancho para todos los casos. G = B/2
Fig. No. 3.2 Dimensionamiento de un pozo pozo de bandejas
ALTURA “E” ENTRE EL IMPACTADOR Y LA PRIMERA BANDEJA
Esta distancia está calculada en función a la altura del canal o tubería de entrada al pozo, siendo igual a dicha altura. E=d DIMENSIÓN “A” DEL IMPACTADOR
Es la sexta parte del ancho del pozo y permite: a. Cubrir el flujo desviado hacia arriba, b. Incrementar la rigidez de este impactador. A = B/6 DIMENSIÓN “J” DEL IMPACTADOR
Esta dimensión se calcula, en forma semejante a la altura E, en función de la altura del canal o tubería de entrada, y es igual a 0.70 veces dicha altura. J = 0.70 d ALTURA “H” ENTRE BANDEJAS
Debe ser la altura suficiente entre cada una de las bandejas para formar el debido salto entre ellas.
ALTURA FINAL “F” ENTRE ÚLTIMA BANDEJA Y CANAL DE SALIDA
Se refiere a la altura final entre la última bandeja y la descarga. Según la EMAAP-Q, es la mitad del alto del canal o tubería de descarga. F = D/2
3.3 ANALISIS DEL FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO PARA CAUDALES CAUDALES VARIABLES: La EMAAP-Q diseña el pozo de bandejas para caudales mínimos o sanitarios como para máximos a pluviales, de lo que se producen distintos comportamientos comportamientos de la interacción agua-estructura. agua-estructura. El funcionamiento para caudales mayores debería ser mejor, dado que el chorro chocaría al impactador, presente frente al canal de aproximación, y también dado que las bandejas existentes en este caso trabajarían en forma completa disipando así la energía.
flujo subcrítico
Impacto del flujo de aproximación
caída libre
flujo tranquilo
resalto hidráulico
flujo subcrítico
Fig. No 3.5 Funcionamiento esperado según EMAAP-Q EMAAP-Q del Pozo de Bandejas
