Poza Disipadora de Energia

POZA DISIPADORA DE ENERGIA Disipación de energía. Uno de los aspectos que generalmente merece especial atención en el diseño de obras hidráulicas es la disipación de la energía cinética que adquiere un flujo en su descenso. Esta situación se presenta en vertederos de excedencias estructuras de caída desfogues de fondo bocatomas salidas de alcantarillas etc. !a disipación de la energía cinética puede lograrse aplicando diferentes medidas a saber" generación de resalto hidráulico impacto o incremento de la rugosidad. !a estructura disipadora de energía es una parte importante de la obra de excedencia que tiene por objeto disipar la energía cinética que el agua adquiere en su caída desde el vaso hasta un sitio adecuado en el fondo del cauce donde no genere problemas de erosión o socavación. Estas estructuras se diseñarán para que el agua que sale del canal de descarga se aleje lo máximo posible dentro de lo económico de la cortina o de alguna estructura complementaria. El tipo de disipador de energía que se diseñe depende de la clase de material que se tenga en el sitio en que se puede descargar la avenida. #uando se tenga roca sana se puede descargar el agua directamente del vertedor en régimen rápido sin necesidad de pasar a régimen tranquilo siempre que no va$a a causar problema a la pequeña presa o bord bordo o de alma almace cena nami mien ento to.. %i el mate materi rial al es eros erosio iona nabl ble e se dise diseña ña un tanq tanque ue amortigu amortiguado adorr de sección sección transver transversal sal rectang rectangular ular hecho hecho de mamposte mampostería ría o concreto concreto armado. %e debe estar consciente que una falla en el diseño instalación u operación de los disipadores puede llevar a problemas como socavación erosión o retención de material que pueden terminar produciendo la falla del vertedero $ posteriormente la falla de la presa. Poza disipadora. En una po&a disipadora el agua flu$e desde el tramo corto de pendiente pronunciada a una velocidad ma$or que la velocidad critica. El cambio abrupto en la pendiente pendiente donde la pendiente suave del piso de la po&a disipadora se une con el tramo corto de pendiente pronunciada fuer&a al agua hacia un salto hidráulico $ la energía es disipada en la turbulencia resultante. !a po&a disipadora es dimensionada para contener el salto. 'ara que una po&a disipadora opere adecuadamente el n(mero de )*+U,E debería estar  entre -. $ / donde el agua ingresa a la po&a disipadora. %i el n(me n(mero ro de )*+U,E )*+U,E es aprox aproxima imada dame mente nte menor menor a -. -. no ocurri ocurriría ría un salto salto hidráulico estable. %i el n(mero de )*+U,E es ma$or a /0 una po&a disipadora no sería la mejor alternativa para disipar energía. !as po&as disipadoras requieren de un tirante aguas abajo para asegurar que el salto ocurra donde la turbulencia pueda ser contenida.  1 veces son usadas usadas po&as con muros divergentes divergentes que requieren atención atención especial. 'ara caudales hasta 2.3 m45s la ecuación"

b=

18.78 Q

1 /2

 Donde :

b =anchodela poza ( m )

(  ) 3

m Q Caudal s =

'uede usarse a fin de determinar el ancho de una po&a para los cálculos iniciales 'ara estructuras donde la caída vertical es menor a -. m. !a cota del nivel de energía después del salto hidráulico debería balancearse con la cota del nivel de energía del canal aguas debajo de la estructura. El tirante de agua después del salto hidráulico puede ser calculado de la fórmula"

 Donde :

 D 2=

−

d1

d2

d 1=Tirante antesdel salto ( m )

v 1=Velocidad antes del salto

() m s

d 2=Tiramte despues del salto ( m ) .

g= aceleracionde la gravedad .

[(  ) (  )]

+

2 d1

2 v1

g

2

2

+

d1 a

0.5

*elación entre pérdida de energía tirante crítico $ tirantes de agua de resalto 6aguas arriba $ abajo7 para resaltos hidráulicos en canales rectangulares con rasante hori&ontal

 H = Diferencia en nivelesde energia aguas arriba y abajodel resalto .

d o=Tirante critico del flujoen funcion dela unidad deancho dela pozadisipadora. d 1 Tirante deaguas arribadel resalto . =

 "i

.2 : #erdida de ener

ia en el resalto didraulico.

'ara estructuras donde la caída vertical es menor que -. m 6/ ps7 al tirante después del salto puede ser obtenida d 2=Tirante aguasabajo delresalto . de la figura 2. !a cota del nivel de energía después del salto hidráulico debería balancearse con la cota del nivel de energía en el canal aguas debajo de la estructura. %i las cotas no están balanceadas debería asumirse una nueva  X =d 2+elevación d1 para el piso de la po&a o un nuevo ancho de po&a $ volverse a calcular los niveles de energía. !os tanteos se repiten hasta que el balance sea obtenido. %i la revisión indica el piso de la po&a debería ser bajado o también se podría asumir un ancho  E C 2= E  ∗C 1−(de d 1+lahvpo&a = Epara C 1−luego ( d2 + hrepetir v 2+ H  )el procedimiento de diseño. 1) diferente

d 1=

√ 3

2

 ! ( ! + 1)

 H  ( ! −1 ) = do 4  ! 

3

√ 3

2

 ! ( ! + 1 )

Curva para calcular el orde lire en la poza disipadora. !IG"RA # $ R%pida rec&angular &ípica. !a longitud mínima de po&a 6!p en la )igura /7 para estructuras usadas en canales es normalmente - veces d2. 'ara estructuras en drenes donde el flujo será intermitente $ de corta duración la longitud mínima puede ser alrededor de 4 veces d2. El borde libre recomendado para po&as disipadoras puede ser determinado de la )igura /. El borde libre es medido sobre el nivel máximo de energía después del salto hidráulico. #uando la po&a disipadora descarga intermitentemente o descarga hacia un cauce natural u otro no controlado debería construirse un control dentro de la salida de la po&a para proveer el tirante de aguas abajo necesario. El tirante crítico en la sección de control debe ser usado para determinar el nivel de energía después. #uando la po&a descarga hacia un canal

controlado el tirante en el canal debe ser calculado con un valor n del canal reducido en un 208 $ este tirante usado para determinar el nivel de energía después. %i se usa una po&a con paredes divergentes el ángulo de deflexión de los muros laterales no debería exceder el ángulo permitido en los muros de la sección inclinada. %e puede usar  lloraderos con filtro de grava para aliviar la presión hidrostática sobre el piso $ los muros de la po&a disipadora $ transición de la salida. %on provistos bloques en el tramo inclinado $ el piso para romper el flujo en chorro $ para estabili&ar el salto hidráulico. %i una transición de salida no es provista se requerirá de un sólido umbral terminal 6figura 7. !a cara aguas arriba del umbral debería tener una pendiente 2"/ $ la cara después debería ser vertical. !a cota de la cima del umbral debería ser colocada para proveer el tirante aguas abajo en el salto hidráulico.

!IG"RA '( POZA DISIPADORA ) "*+RA, -ER*INA, Una po&a disipadora $ una transición de salida construidas para las dimensiones recomendadas tal ve& no contengan completamente la salpicadura causada por el agua turbulenta pero la estructura debe contener suficiente de la turbulencia para prevenir  daños por erosión después de la estructura.