Control Del Resalto Hidráulico y Disipadores de Energía

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.

Control de resalto mediante distintos tipos de estanques amortiguadores Diseño de un estanque amortiguador

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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