REPRESA ÑUÑUNGA INTRODUCCION

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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DISIPADORES DE ENERGIA Y SALTO EN SKY

• CURSO:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

TRUJILLO - JUNIO

2015

INTRODUCCION

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 chorro líquido por el incremento de la velocidad de flujo. Cuando el agua corre por el vertedero y los canales o túneles de descarga contiene gran cantidad de energía y mucho poder destructivo debido a la saltas presiones y velocidades. Éstas pueden causar erosión en lecho del río, en el pie de la presa, o en las estructuras mismas de conducción, poniendo en peligro la estabilidad de las estructuras hidráulicas. Por lo tanto se deben colocar disipadores de energía.

La disipación de energía se produce por la combinación de los diferentes fenómenos tales como: aireación del flujo, cambio brusco de dirección de flujo, formación de resalto hidráulico, entre otros.

Los disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar pérdidas hidráulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen supercrítico a sub-crítico.

Las pérdidas de energía son ocasionadas por choque contra una pantalla vertical en Disipadores de Impacto, por caídas consecutivas en Canales Escalonados, o por la formación de un resalto hidráulico en Disipadores de Tanque.

MARCO TEÓRICO

SALTO DE ESQUI

Se utiliza para grandes descargas, principalmente en los vertederos. Ésta se hace directamente sobre el río. Se utilizan unos trampolines para hacer saltar el flujo hacia un punto aguas abajo reduciendo así la erosión en el cauce y el pie de la presa. La trayectoria del chorro depende de la descarga, de su energía en el extremo y del ángulo con el que sale del trampolín. Su funcionamiento se ve con la formación de dos remolinos uno en la superficie sobre el trampolín y el otro sumergido aguas abajo; la disipación de la energía se hace por medio de éstos.

Existen dos modelos, sumergido y estriado, ambos con igual funcionamiento hidráulico y con las mismas características, que difieren únicamente en la forma de salir el agua.

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Figura 11: Lanzamiento con salto en esquí:

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Figura 13: Partes de disipador de energía tipo salto en esquí

Partes:

1.- Canal de descarga o rápido.

2.-Obra de lanzamiento o de deflexión, denominada cuenco de lanzamiento.

3.- Dispersión del chorro en la atmósfera.

4.- Zona de impacto y formación de la fosa natural.

5.- Zona de aguas abajo.

DE FORMA MÁS DETALLADA

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Figura 14:Esquema disipador Salto de Sky

Dónde:

[pic 6]= Tirante al final de la rápida (m)

[pic 7]= Longitud mínima del trampolín (m)

[pic 8]= Distancia vertical medida desde el fondo del trampolín hasta la superficie libre del agua, aguas abajo (m)

[pic 9]= Inclinación del chorro

[pic 10]= Longitud de vuelo del flujo (m)

[pic 11]= Longitud de vuelo del flujo por el cono (m)

[pic 12]= Borde libre (m)

[pic 13]= Longitud del cono (m)

1. METODOLOGÍA DE DISEÑO

La siguiente metodología que se va e exponer parte de conocer:

• Caudal de diseño (Q)
• Ancho de la rápida (b)
• Distancia vertical medida desde el fondo del trampolín hasta la superficie libre del agua, aguas abajo (P)
• Tirante al final de la rápida (h1)

Paso 1: Cálculo de la velocidad y  el número de Froude a la entrada del trampolín

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Paso 2: Comprobar si Fr1 cumple con la restricción

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Paso 3: Cálculo del Fr1máx para conocer si se producirá o no cavitación en deflectores

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Con:

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Si cumple que [pic 19], entonces se podrá usar deflectores pues no existe peligro de que ocurra cavitación en ellos.

Paso 4: Cálculo del dimensionamiento del trampolín y los deflectores

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Figura 15:Dimensionamiento del trampolín y los deflectores en un Salto de Sky

Longitud del trampolín

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Altura del deflector

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Longitud del deflector

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Ancho del deflector

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Número de deflectores

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Al momento de encontrar n se deberá seleccionar un número impar de deflectores, para garantizar la colocación de uno de ellos en el eje del trampolín.

Ubicación deflectores (a, c y d)

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[pic 28]

Altura de las paredes

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Dónde:

[pic 30]= Borde libre

[pic 31]

Paso 5: Cálculo de la geometría del flujo

Longitud del vuelo del flujo ([pic 32])

[pic 33]

Dónde:

[pic 34]= Velocidad de flujo (m/s)

[pic 35]= 0,9 (Según recomendaciones del USBR)

[pic 36]= Aceleración de la gravedad

[pic 37]= Ángulo medio de salida del flujo

[pic 38]

[pic 39] Se obtiene de la siguiente tabla:

Tabla 1: Valores de [pic 40]para el cálculo del ángulo medio del flujo

Inclinación del flujo, respecto a la superficie de la lámina de aguas abajo [pic 41]

[pic 42]

Longitud de vuelo por el cono [pic 43]

[pic 44]

Paso 6: Cálculo de la profundidad del cono (to), esto se realizará en el caso de trampolín con deflector por medio de las siguientes expresiones

PARA SUELOS SUELTOS (Gravas, arenas, etc.)

Según AMIROV:

[pic 45]

Dónde:

[pic 46]

[pic 47]= Coeficiente que tiene en cuenta el material del lecho agua abajo y se calcula como:

[pic 48]

[pic 49], [pic 50] se sustituyen en milímetros. Amirov recomienda utilizar [pic 51]mm

[pic 52]= Coeficiente que tiene en cuenta el ángulo de inclinación del flujo aguas abajo

[pic 53], si [pic 54]

[pic 55], si [pic 56]

[pic 57]

[pic 58]= Coeficiente de aireación del flujo

[pic 59]

[pic 60]

[pic 61]= 0,70 coeficiente de estructura

[pic 62]= 0,70 coeficiente del deflector

Según STUDIENNICHNIKOV:

[pic 63]

[pic 64] Se calcula como AMIROV

[pic 65]= 0,70

Según MIRTSJULAVA:

[pic 66]

Dónde:

[pic 67]= Coeficiente de turbulencia: 1,5 para laboratorios, 2 para naturaleza

[pic 68]= Velocidad de entrada en el bief interior

[pic 69]

[pic 70]= Ancho del flujo al entrar al bief

[pic 71]

[pic 72]= Velocidad de arrastre de las partículas sueltas

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