#2 UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA CALIFICACIONUNIDAD ACADEMICA DE INGENIERIA CIVIL Grupo CARRERA DE INGENIERIA CIVIL DISEÑO HIDRÁULICO SEXTO SEMESTRE “A” DISIPADOR DE ENERGIA ESCALONADA APELLIDOS/NOMBRES ALUMNOS/A: AMERICA JAZMIN VILELA SANCHEZ #34 RONNY SANTIAGO LLUMIQUINGA LEON #18 HAMILTON ERNESTO MORAN SAMANIEGO #19 FRANCO HUMBERTO GUALAN GOMEZ #11 ALVARO DAVID SUAREZ RAMIREZ #29 LIDER EDWIN VASQUEZ RAMON #33 DOCENTE: Ing. Civil Sivisaca Caraguay Jorge R., Mg. Sc. PERIDODO ACADÉMICO: Mayo – Septiembre 2017 Fecha de Presentación: 18 de Julio del 2017 ID Archivo Digital: _____________ Machala – Ecuador – 2017 o como aireadores en plantas de tratamiento y torrentes contaminados. mediante una investigación bibliográfica. para establecer su importancia y la relación con la ingeniería civil. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Comparar el tipo de disipador de energía con otros de diferente tipo. Nuestro enfoque va dado al tema de los disipadores de energía por lo que investigación va a tratar las propiedades físicas del flujo aire-agua sobre canales escalonados con pendientes moderadas. gaviones. etcétera). OBJETIVO GENERAL: Conocer los disipadores de energía. las consideraciones a tomar en la realización de este tipo de obra y su metodología. Actualmente los canales escalonados se usan como vertedores y/o canales para peces en presas y diques. Analizar las características del disipador de energía escalonado. el interés y diversidad en el uso de banales escalonados han aumentado debido al desarrollo de nuevas técnicas y materiales que permiten su construcción de manera rápida y económica (concreto compactado con rodillo CCR. 2 . INTRODUCCIÓN Durante las últimas tres décadas. como disipadores de energía en canales y ríos. Estudiar el tipo de caudal necesario para un disipador de energía escalonado. la introducción de las presas de Hormigón Compactado a Rodillo (HCR) reavivó el diseño de rápidas escalonadas.1. Flujo de transición Al incrementarse el caudal la zona de aireación debajo de la lámina vertiente comienza a ahogarse. DISIPADOR DE ENERGIA ESCALONADA Los canales escalonados fueron utilizados desde las antiguas civilizaciones como obras de disipación de manera de garantizar la estabilidad de las estructuras hidráulicas utilizadas para conducción o embalse de las aguas. 1.C. La disipación de energía bajo estas condiciones se desarrolla por el impacto de los jets contra los sucesivos escalones y la posible formación de resaltos hidráulicos. de manera de aprovechar la geometría típica de los paramentos secos en estas presas y diseñar estructuras que aumenten la energía disipada y reduzcan los tamaños de los cuencos de disipación al pie de la rápida. Este régimen presenta aireación significante y aspecto caótico. con propiedades del flujo variable escalón tras escalón. se caracteriza por la presencia de sucesivos jets en caída libre. Chinnarasri. o bien para rápidas con pendientes bajas.1. Ejemplos de estas antiguas estructuras son las dos presas en territorio Asirio sobre el río Khosr (actualmente territorio de Irak) construidas alrededor de 694 A. 1.1 Flujo en láminas El flujo en láminas o nappe flow. entre otros) y cada uno presenta diferentes relaciones de origen empírico para definir los límites entre aquellos. Tipos de flujo.2. En la actualidad. 1.1. Tozzi. 1. a la geometría del mismo y a los rangos de caudales característicos a los que se encuentra sometido. Existe un número importante de autores que han investigado los diferentes flujos en estructuras escalonadas (Chanson. 3 . principalmente. disipación de energía y cavitación Una característica de estos tipos de vertederos es que varían el régimen de escurrimiento de acuerdo. Esta situación puede presentarse para caudales específicos bajos. el escurrimiento sobre las rápidas escalonadas presenta una región externa sobre los bordes de los escalones que actúan como falso fondo. y al área encerrada en cada escalón. y marca el comienzo de un flujo gradualmente variado. 1.1. Hacia aguas abajo. con recirculaciones La capa límite desarrollada desde la cresta. Chanson (2001) vincula la característica geométrica de los escalones (h y l. La transición entre los tipo de flujo puede resumirse en función de la relación altura/ancho de los escalones de la rápida y el caudal específico (o tirante crítico). aumenta hasta alcanzar la superficie libre. Flujo de superficie En los flujos de superficie. el flujo se vuelve uniforme sin presentar cambios en el tirante. concentración de aire o distribución de velocidades.3. yendo desde el Flujo en Láminas para 4 . En la siguiente figura se grafican las relaciones que permiten diferenciar distintos tipos de escurrimiento en el vertedero escalonado. Este punto de contacto se conoce como Punto de Incepción. tirante crítico). donde la turbulencia produce una aireación natural de la superficie libre. alto y largo respectivamente) con las características del escurrimiento (dc. Se observa en la Figura la energía remanente al pie de la rápida en función de la altura de presa para el caso de flujo en láminas.2. Para el caso de flujos superficiales. la disipación de energía difiere según se trate de un flujo uniforme o rápidamente variado.escalones largos y bajos caudales hasta el Flujo de Superficie con escalones altos y elevado caudal. En estos últimos. la relación de energía disipada con respecto a la energía total disponible depende del tipo de escurrimiento presente. 5 . Las pérdidas en las rápidas lisas resultan sustancialmente menores a aquellas logradas es rápidas con escalones. Disipación de energía La disipación de energía es un tema de crucial importancia en estructuras de alivio debido a que es necesario controlar la energía cinética del flujo de manera controlada y garantizar la seguridad de la obra. ante la alta turbulencia presente. 1. considerando distintas alturas de escalón. la pérdida sobre la rápida escalonada puede estimarse analíticamente mediante la fórmula de Darcy-Weisbach.68. 0.72 1.72 Chanson et al. En la siguiente figura se presentan algunos de ellos. considerando la rugosidad introducida por los escalones. varios autores han obtenido relaciones analíticas para obtener este coeficiente de fricción. Otros autores en cambio sugieren rangos para el coeficiente de fricción para experiencias con diferentes geometrías y caudales: Rajaratnam (1990): f= 0.42. las pérdidas a lo largo de la rápida pueden estimarse a partir de un coeficiente de fricción f de Darcy-Weisbach.2 – 1. 1. Coeficiente de fricción Como se explicó anteriormente. en el caso del vertedero principal.24 – 4. (1995): f= 0. adoptando un coeficiente de fricción f. para valores extremos de aquel coeficiente. (2001): f= 0.2 Matos et al. 6 .En un flujo totalmente desarrollado y uniforme. Se presenta a continuación el rango de variación de la energía disipada.12: Promedio: 0.2. Siguiendo esta línea.1. Promedio: 0. contra la energía disponible al pie de la rápida con una componente cinética mucho más importante.Puede observarse que la energía disipada para valores de f presentes en rápidas escalonadas (f>0. Esto demuestra la gran capacidad disipadora de estas estructuras. obteniendo de esa manera el tirante y la magnitud media de la velocidad para toda la sección de análisis.01). la energía cinética disipada a lo largo de los escalones presentes en la rápida se estima comparando la energía inicial sobre la cresta del vertedero. Para lograr este propósito. En el caso del modelo numérico. representada en este gráfico por un valor de f más bajo (f=0. se integran el flujo de energía en el área de escurrimiento en una sección representativa del embalse (70m aguas arriba de la cresta) y el pie de la rápida. frente a la energía disipada en rápidas lisas. 7 .05) varía entre el 75% y el 95% para caudales bajos y entre el 50% y el 80% de la energía total para caudales superiores. con una componente potencial principal. Con la implementación de pantallas en cada paso de las gradas tradicionales se genera un control de caudal en la estructura que permitiría una transición de nivel con alturas de paso mayores y el amortiguamiento de los caudales que se desplazan por la estructura. son estructuras usadas en los puntos donde es necesario salvar desniveles bruscos permite unir 2 tramos por medio de un medio plano vertical. sino que además se posibilita la remoción de material grueso arrastrado por el flujo. las pantallas no aportan mayor diferencia entre esta estructura y una grada disipadora convencional. Para caudales pequeños. 8 . permitiendo que el agua salte libremente y cae plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan.Las caídas o gradas. En dicho momento todos los orificios de la pantalla funcionarán con descargas a presión y el rebose superior se asimilará a una descarga de un vertedero rectangular de cresta delgada. Como alternativa a estas propuestas de diseño se considera una estructura tipo gradas con vertederos y orificios con amortiguamiento. Con el incremento de los caudales y consecuente aumento de la lámina de agua en los pasos de la estructura. En la figura 2 se muestra un perfil de la estructura y su posible esquema de funcionamiento para rebose sobre las pantallas. esto. al considerar que el flujo cae a una piscina generada entre el escalón y la siguiente pantalla. Una última fase ocurrirá cuando al aumentar el caudal se incrementa la lámina de agua entre los pasos hasta rebosar sobre la parte superior de la pantalla. se permite una reducción del impacto generado por la descarga de los orificios en la pantalla. Este almacenamiento no solo genera un retraso de la onda de caudal que se puede desplazar aguas abajo de la canalización. y se determinó que este puede ser f>0. abordaje teórico. BIBLIOGRAFÍA: Vertederos escalonados. En el análisis de flujo de canales y ríos.pdf [Accessed 15 Jul. y 7.4.ina. [ebook] Buenos aires . 1st ed. por lo que este tema es importante para cátedra de Diseño Hidráulico. (2007). donde el objetivo es erogar los caudales durante las crecidas garantizando la seguridad estructural de la obra de embalse. 5. como los disipadores de energía. 9 .ar/ifrh-2014/Eje4/4. experimental y numérico. 2017]. La disipación de energía sobre las rápidas escalonadas resulta evidentemente superior a las rápidas lisas.CONCLUSIONES: La investigación realizada dio a conocer la importancia de los disipadores de energía. Además.gov. y esto presenta una ventaja indiscutible para estos tipos de estructuras.07. así como la metodología de estudio. pp. P.Argentina: Latessa. El caudal necesario va a depender del coeficiente de fricción. 6.01. se puede controlar las velocidades o el tipo de flujo que se tiene mediante diferentes estructuras. se estableció la relación con la ingeniería civil.05 en rápidas escalonadas y para rápidas lisas un valor más bajo de f=0. M. G. Available at: http://www. estas permitirán control el flujo aguas abajo. y Sabarots Gerbec.