Disipadores de Energia

 

TEMA: DISIP DISIPADORES ADORES DE ENERGIA

 

CURSO: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS CURSO: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS INTEGRANTES:

INTEGRANTES: CALDERON PAULA CALDERON SERQUEN,SERQUEN, PAULA PA ULA ESPEJO GONZALES, SANDRA FLORES GAMBOA, PEDRO ESPEJO GONZALES, SANDRA FLORES GAMBOA, PEDRO IZQUIERDO SANCHEZ, ENOK IZQUIERDO SANCHEZ, MARTINEZ SOLORZANO, YURICO ENOK QUIÑONES ARRIAGA,SOLORZANO, RENZO MARTINEZ YURICO QUIROZ NARRO, ROBERT

QUIÑONES ARRIAGA, RENZO QUIROZ NARRO, ROBERT

 

ESTRUCTURAS TERMINALES  –  DISIP  DISI PADORES DE DE ENERGIA

 

ESTRUCTURAS TERMINALES  –  DISIPADORES  DISIPADORES DE ENERGIA

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  Se produce por la combin combinación ación de los diferen diferentes tes fenómen fenómenos os tales como: aireación del flujo, cambio brusco de dirección de flujo, formación de resalto hidráulico, entre otros.

 

ANTECEDENTES

Las obras de disipación de energía son elementos fundamentales en la construcción de estructuras hidráulicas, las mismas se ha ido desarrollando en base a la experiencia y a la ciencia, sin embargo, el diseño de estas estructuras se encuentran dispersas en sin número de documentos, por lo que diseño se hace necesario disponer de un documento que agrupe todapara esta su información. Actualmente el país desarrolla obras hidráulicas, tanto para generación de energía como para riego y agua potable, no en todas estas obras tenemos elementos de disipación de energía.

 

CONCEPTO FUNDAMENTALES

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ESTRUCTUR ESTRU CTURAS AS TERMI TERMINALE NALES: S:

Se ubica al final del conducto de descarga y permite la restitución de las descargas del vertedor al rio, disipando la ene nerrgía gía ci ciné néttica ica ex exce ced den ente te qu quee adquiere el agua en su descenso desde el embalse hasta el rio aguas abajo, o bien lanzar el agua directamente al rio para lograr su disipación, aunque esta ocurra fu fuer eraa de la es estr truc ucttura ura term termin inal al.. El ob obje jeti tivo vo al alca canz nzar un unaa disi di paci ción ón eficaz de laesenergía yareliminar lasipa erosión en la zona de la caída.

DISIPADORES DISIPADOR ES ENERG ENERGIA: IA: La estructura disipadora de energía es unaa pa un part rtee im impo port rtan ante te de la ob obra ra de exce ex cede den nci ciaa qu quee tie ien ne po porr obj bjet eto o disipar la energía cinética que el agua

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ad adqu quie re en ca caíd ída a de desd sdeeelelfon va vaso so hast ha staaiere u un n ssit itio iosu ad adec ecua uado do en fondo do d el cauce, donde no genere  problemas de erosión o socavación. Estas Est as estr estruc uctu tura rass se di dise seña ñarán rán pa para ra 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

 

ORIGEN DE LAS PERDIDAS DE ENERGIA La existencia de un gradiente de velocidad implica la existencia de esfuerzos de corte o rozamiento, ya que

En el análisis de acción de un flujo sobre un cilindro se obtuvo que la fuerza de resistencia del cuerpo para un fluido ideal es igual a cero. Para los fluidos reales la fuerza de resistencia es producto de la existencia de los esfuerzos de corte, siendo estas fuerzas el resultado de la integración de los esfuerzos de corte por toda la superficie. 

Dónde: T: Es la fuerza de arrastre o resistencia de superficie.

 

Las causas que producen la transformación de energía, da origen a la clasificación de las llamadas perdidas de energía que son de dos tipos:

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 Perdidas primarias

  Son las pérdidas producto de las fuerzas de resistencia por contacto del fluido con los bordes de los

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 Perdidas secundarias

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  Corres Corresponde ponden n a las resiste resistencias ncias de forma y por consiguiente depende de la form rmaa de las paredes del

cauce, el contorno de los cuerpos y

cauces o contornos de los cuerpos y el rozamiento entre las mismas

las condiciones del flujo, razón por 

capas de los fluidos.

locales.

la cu cual al se le less de deno nomi mina na pé pérd rdid idas as

 

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  Las características características más importantes de una corriente son:

A= área de la sección transversal del flujo. x =parte del perímetro por la cual el flujo tiene contacto con las paredes del cauce, llamado perímetro mojado. R= radio hidráulico, R=A/x

 

FUNCIONES DE DISIPADORES DE ENERGIA

 

PROCESOS DE DISIPACION DE ENERGIA La oper operac ació ión n de cual cualqu quie ierr disi disipa pado dorr de ener energí gía a de debe be alcanzar la eliminación del excedente de la energía cinética en un flujo, evitando así el riesgo de socavación de las estructuras y de las obras que se ubican aguas abajo. En térmi términos nos gener generale ales, s, energ ergía ía es entre dis disipa ipada da med median iante te procesos de difusión de la la en velocidad partículas de agua que entran con alta energía cinética dentro de una masa de agua con velocidades bajas o masa estática. Este efecto de difusión es similar al que se produce al aume au ment nto o de temp temper erat atur ura. a. En base base a es este te conc concep epto to,, la energía mecánica se convierte en calor, sin embargo, este cambio de temperatura es muy pequeño y podría considerarse insignificante.

 

TIPOS DE DISIPADORES DE ENERGIA

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  DISI DISIP PADOR CON BLOQUES DE IMP IMPACTO ACTO O CON UMBRALES

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  DISIPADOR CON UMBRAL CONTINUO Y DISCONTINUO

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  LOSAS PARA CANALES O DESCAR DESCARGA GA DE VER VERTEDEROS TEDEROS

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  CAIDAS DE TUBO   TANQUES AMORTIGUADO AMORTIGUADORES RES

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  ESTANQUES AMORTIGUADO AMORTIGUADORES RES

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  DISIP DISIPADOR ADOR DE REJILLAS

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  RAPIDAS

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  DISISP DISISPADORES ADORES POR RUGOSIDAD

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  POZA DISI DISIP PADORA

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  DISISP DISISPADORES ADORES CON ENSANCHAMIENTO

(DENT (DENTADO) ADO)

 

DISIPADOR CON BLOQUES DE IMPACTO O CON UMBRALES Este tipo de disip disipador ador utiliza bloques o dados para controlar el salto hidráulico a la salida de una compuerta de una presa para estabilizar el resalto hidráulico dentro de los límites del disipador, pero en este caso, debido a que el tirante en un drenaje pluvial es muy varia variado do no se puede diseñar una estructura con un valor especifico donde la estr estruc uctu tura ra tra traba baje je a prec precis isió ión n y se  pueda controlar el resalto hidráulico como en un disipador a la salida de una presa. En este caso se toma este tipo de disipador como ejemplo para cr creear un unaa turb turbul uleencia ncia forz forzad adaa y también tambi én apreciar la forma con que se diseñ dis eñan an esto estoss bloq bloque uess de im impa pact cto o como se puede observar en la siguiente figura

 

DISIPADOR CON UMBRAL CONTINUO Y DISCONTINUO (DENTADO)

Mancha (1963) analizó los disipadores que están limitados por un umbral continuo en lugar lug ar de un escaló escalón. n. La fun funció ción n de estos estos umbrales es crear remolinos que se forman aguas abajo del umbral, es por eso que es importante proteger el fondo el canal en esta zona debido a que existe un alto riesgo de erosió ero sión n del fondo. fondo. El sen sentid tido o de giro giro del remoli rem olino no puede puede hac hacer er que el mater material ial del fondo sea transportado hacia el final de la es estr truc uctu tura ra y de es esta ta fo form rmaa se ev evit itaa la socavación al pie. Sin embargo, cuando las veloci velocidad dades es del flujo son mayor mayores es no se  puede evitar la formación de cuencos de socavación más grandes y cuyas car caract acterí erísti sticas cas depend dependen en del mater material ial del fondo del canal, es por esto que un umbral dentado resulta más beneficioso como lo han demostrado las investigaciones.

 

LOSAS PARA CANALES O DESCARGA DE VERTEDEROS

Se usa en canales donde el agua debe bajarse de una elevación a otra. La losa impide aceleraciones inconvenientes del flujo a medida que el agua avanza por el vertedero. El canal puede diseñarse para descargas hasta de 5.5 m³/s por metro de ancho y la caída puede ser tan grande como sea estructuralmente factible. Con la losa el agua llegará al pie del ver verted tedero ero con una vel veloci ocidad dad rel relati ativam vament entee baj bajaa y no req requer uerirá irá tanque amortiguador amortiguador.. Estas Es tas los losas as est están án provis provistas tas de acceso accesorio rioss esp especi eciale aless que inc incluy luyen en  bloques, umbrales y pilares deflectores. Estos accesorios tienden a estabilizar el resalto y por consiguiente mejoran su comportamiento.  –  –  –

LO LOSA SA BLO LOSA LO SA CON CON BLOQUE REMA REMQUE ATE DEN DENT TADO ADO LOSAS LO SAS CON PILARE PILARES S DEF DEFLEC LECTO TORES RES

 

LOSA CON BLOQUE •

  Los Los blo loqu ques es en la rá ráp pida ida se ut util iliz izan an para para conf confor orma marr una una estructura dentada a la entrada del canal de entrega. Su función es dividir el chorro de entrada y elevar una parte de él desde el  piso, produciendo una longitud de salto más corta que la que sería posible sin ellos.

 

LOSA CON REMATE DENTADO •

  Los umb umbrale raless dentad dentados os a men menudo udo se colocan al final del canal de entrada. Su fu func nciión es re redu duci cirr adem demás la long longit itud ud de dell re resa salt lto o y co cont ntro rola larr la soca socava vaci ción ón.. Pa Para ra ca cana nale less la larg rgos os,, diseña dis eñados dos par paraa alt altas as vel veloci ocidad dades es de ent entrada rada,, re rem mat atee o um umbr braal, po porr lo general, es dentado, para llevar a cabo la función adicional de volar la parte residual del chorro de alta velocidad quee pu qu pued edee al alca canz nzar ar el ex extr trem emo o de canal de salida.

 

LOSAS CON PILARES DEFLECTORES •

  Son blo bloque quess loc locali alizad zados os en  posiciones intermedias sobre el piso del canal de entrega. S arenltea enuergfíuanción epsrincdiipsaiplm mediante una acción de impacto. Lo s pilares deflectores son muy útiles en  pequeñas estructuras con velocidades de entrada bajas.

 

CAIDAS DE TUBO •

  En esta estass obra obrass, el agua agua entra en una cámara desde la que que sale sale una una tu tube berí ríaa que baja el desnivel que se quiere salvar. La ener en ergí gíaa qu quee adqu adquie iere re el agua en la tubería se disipa en la salida,  producto del choque que se pro rod duce con contra una  pantalla ubicada en la cámara terminal de la obra.

 

TANQUES AMORTIGUADORES AMORTIGUADORES •

 E Ell tanque amorti rtiguación es el sistema más común de disipación de energía que convierte rte el flujo supe superc rcrí ríti tico co de dell ve vert rted eder ero o en un flujo flu jo subcrí subcrític tico o com compat patibl iblee con el

régi ré gime men n para de delal log rio rio rar ag agua uas s ab abaj ajo. o.ción El método mét odo par lograr est estaa tra transi nsició n dell fl de fluj ujo o co con nsist sistee en un sim simple ple re resa salt lto o su sume merrgido gido,, form forman ando do un tanque de amortiguación de sección tr tran ansv sver ersa sall re rect ctan angu gula larr. Pu Pued eden en  producirse variando la altura altura que cae el agua del vertedero o cambiando el ancho al pie de la estructura vertedora.

 

ESTANQUES AMORTIGUADOR AMORTIGUADORES ES

El resalto que se produce en un estanque amor am orti tigu guad ador or ti tien enee ca cara ract cter erís ísti tica cass especiales y toma una forma definida que depende de la energía de la corriente que debe disiparse en relación al tirante. La forma del resalto y las características de su ré régi gime men n se pued puedee re rela laci cion onar ar al factor cinético, de la descarga que entra al estanque; al tirante crítico o al parámetro del núm número ero de Fro rou ude. Est Estanq anques adec adecua uado doss en re rela laci ción ón al núme número ro de Frou roude puede ueden n pro rodu duci cirr un efe fect cto o amortiguador en las diferentes formas de resalto.

 

DISIPADOR DE REJILLAS Es

un

disipador

efectivo

para

 pequeñas caídas. Esta estructura se ha  probado para números de Froude con valo valore ress qu quee varí varían an de 2.5 2.5 a 4.5, 4.5, determ det ermina inados dos al niv nivel el del lav lavade adero. ro. En este sistema la lámina vertiente se separa sep ara en var varios ios seg segmen mentos tos lar largos gos,, delgados, caenqu casi verticalmente en el esta stque anq nque ue que e qu qued edaa aba abajo, jo, donde la disipación de la energía se ha hace ce po porr tu turb rbul ulen enci cia. a. Pa Para ra que se seaa efectiva, la longitud de la rejilla debe ser tal, que toda la corriente caiga a través de las ranuras antes de llegar al extremo de aguas abajo. La longitud es, por lo tanto, una función de la de desc scar arga ga to tota tal, l, de la ve velo loci cida dad d de llegada y del área de las ranuras de la rejilla.

 

RAPIDAS ESCALONADAS Son canales con gradas o escalones donde, a la vez que se conduce el agua, se va

disi disipa pand ndo o la ener energí gíaa cin cinét étic icaa del flujo por impacto con los escalones, llegando el agua al  pie de la rápida con energía disipada, por lo que no se hace nece ne cesa sari riaa al algu guna na es estr truc uctu tura ra adicional, o, dado el caso, una estructura pequeña.

 

COMBINACION DE RAPIDAS LISAS Y ESCALONADAS CANAL DE PANTALLAS DEFLECTORAS DEFLECTORA S (CPD). Es un canal de sección rect rectan angu gula larr y fond fondo o liso liso qu quee

in incl cluy uyee pa pant ntal alla lass de defl flec ecto tora rass alternas colocadas a 45º con el eje del canal, las cuales cumplen el papel de elementos disipadores de energía, y  pestañas longitudinales sobre los  bordes de ambas paredes del canal que impiden que la estructura rebose.

 

DISISPADORES POR RUGOSIDAD

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  Son canales rugosos q que ue disipa disipan n energía, debido a la turbulencia caus causaada

po porr

es esaa

rugo rugosi sida dad. d.

Comúnm Com únment entee se con constr struye uyen n de  piedra pegada peg ada con concreto o de elementos prefabricados

 

POZA DISIPADORA Salidass con obs Salida obstác táculo uloss (ba (baffl ffled ed out outlet lets) s) son usadas como disipadores de energía en este tipo de estructuras. En un unaa po poza za di disi sipa pado dora ra el agua agua fl fluy uyee desde el tramo cort rto o de pendiente  pronunciada a una velocidad mayor que la velocidad crítica. El cambio abrupto en la  pendiente, donde la pendiente suave del  piso de la poza disipadora se une con el tramo tra mo cor corto to de pen pendie diente nte pro pronun nuncia ciada, da, fuerza el agua hacia un salto hidráulico y la energí energíaa es dis disipa ipada da en la tur turbul bulenc encia ia resultante

 

DISISPADORES CON ENSANCHAMIENTO Otra forma de diseñar un disipador  consiste en crear un ensanchamiento repentino del canal o estructura disipadora. Con esto se disminu dismi nuye ye la pre presi sión ón de dell fl fluj ujo o al dis dismi min nuir uir el ti tira rant ntee y cre rear ar un cambio en el tipo de flujo.

 

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EJEMPLO N 1

 

VIDEO :

 

https://www.youtube.com/watch?v=v29oZ0Z6tDY

 

GRACIAS