hidraulica fluvial

1. Disipadores de energía
Ing. Jorge Junior Atau Cama

2. Disipadores de energía
Condiciones
naturales de flujo
Energía que debe disiparse de forma segura para no destruir el medio
ambiente, la presa o cualquier otra cosa
Finalidad: Disipar de forma segura la energía cinética del flujo al final del vertedero.
Probablemente la parte mas importante en vertederos.

3. Disipadores de energía
Condiciones
naturales de flujo
Energía que debe disiparse de forma segura para no destruir el medio
ambiente, la presa o cualquier otra cosa
Finalidad: Disipar de forma segura la energía cinética del flujo al final del vertedero

4. Disipadores de energía
Finalidad: Disipar de forma segura la energía cinética del flujo al final del vertedero
Condiciones
naturales de flujo
roller bucket / cubo de rodillos
plunge pool /
piscina de inmersión
hydraulic jump basin /
balsa de salto hidráulica
turbulencia
turbulencia
turbulencia

5. Disipadores de energía
Finalidad: Disipar de forma segura la energía cinética del flujo al final del vertedero
Estructura de caída
Flip bucket
turbulencia

6. Disipadores de energía
• Hydraulic jump and plunge pool dissipators / Disipadores de salto hidráulico y piscina de inmersión

7. • Plunge pool dissipators / disipadores de piscina de inmersión
Disipadores de energía

8. Disipadores de energía
• Flip bucket dissipator

9. • Impact - type dissipators / Disipadores de impacto
Disipadores de energía

10. Disipadores de energía - Saltos hidráulicos
Salto hidráulico:Transición repentina de flujo supercrítico a flujo subcrítico
Clasificación de CHOW (1973) para canales
horizontales rectangulares
Nota: Directrices MUY aproximadas

11. Disipadores de energía - Saltos hidráulicos
• Ecuaciones básicas
Para canales rectangulares planos horizontales, la ecuación [M] da como
resultado
Profundidad secuencial/conjugada
Pérdida de carga
Longitud del rodillo (2 < Fr < 16)

12. Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin / Salto
hidráulico colchón de amortiguación
Finalidad: Disipación de saltos hidráulicos asistida
con elementos colocados en la plataforma del cuenco
amortiguador
Formas básicas
- Caída (o escalón negativo)
- Escalón orientado hacia atrás
(o solera, escalón positivo)
- Bloques deflectores
- Alféizar abollado (bloques + alféizar)
- Expansión repentina

13. Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
Transición de la rampa a la plataforma
Flujo ideal:
Supuesto común:

14. Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
JHRL yTWRL
o Nivel de altura en el salto hidráulico
o Nivel de altura de agua en la cola
J.H.R.L. = zapron + dconj
T.W.R.L. = zd/s + dd/s
← controlado desde aguas arriba
← controlado desde aguas abajo

15. Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin Balsa
amortiguadora de salto hidráulico
Debe coincidir al menos
con el nivel de energía

16. Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
Baffle blocks / Bloqueos de deflectores
• Disipar la energía
• Acortar la longitud del salto/de la cuenca
• Estabilizar el salto
V es la velocidad de aproximación
A es el área proyectada
CD es el coeficiente de arrastre

17. Colchón amortiguadoras estándar
Diseños conocidos probados en laboratorio y prototipos
Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
Profundidades conjuntas d, dconj:

18. Colchón amortiguadoras estándar
Diseños conocidos probados en laboratorio y prototipos
Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
Profundidades conjuntas d, dconj:

19. Colchón amortiguadoras estándar
Diseños conocidos probados en laboratorio y prototipos
Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
Profundidades conjuntas d, dconj:

20. Disipadores de energía - Hydraulic jump stilling basin
Colchón amortiguadoras estándar
Nombre Aplicación Condiciones de flujo Tailwater Depth Longitud de la cuenca
USBR Type II Grandes estructuras Fr > 4.5
q < 46.5m²/s
H1 < 61m
1.05dconj ≈4.4dconj
USBR Type III Estructuras pequeñas Fr > 4.5
q < 18.6m²/s
V < 15 to 18.3m/s
1.0dconj ≈2.8dconj
USBR Type IV Para saltos oscilantes 2.5 < Fr < 4.5 1.1dconj ≈6.0dconj
SAF Estructuras pequeñas 1.7 < Fr < 17 1.0dconj 4.5dconjFr-0.76

21. Disipadores de energía - Diseño de colchón amortiguador
Objetivos de diseño:
• Diseño para condiciones de flujo de referencia Qdes
• Para Q > Qdes pueden ser aceptables algunas socavaciones y daños.
Sin embargo, es esencial que se garantice la seguridad de la presa.
• Para Q < Qdes se espera un rendimiento perfecto:
o La energía debe controlarse completamente y debe producirse en el disipador diseñado
o No debe haber mantenimiento

22. Disipadores de energía - Diseño de colchón amortiguador
Esto se consigue mediante:
• El diseño correcto de las dimensiones de la cubeta de disipación de energía
• Diseño correcto de las paredes laterales (es decir, muros de formación)
• La provisión de un umbral final y un muro de corte en el extremo aguas abajo de la plataforma
• Previsión del abultamiento del flujo causado por el arrastre de aire en el flujo del vertedero y en
el salto hidráulico

23. Disipadores de energía - Diseño de colchón amortiguador
Procedimiento de diseño
1. Seleccionar la elevación de la cresta, zcrest (topografía del lecho, nivel de almacenamiento)
2. Adoptar la anchura de la cresta,W (geometría del emplazamiento, hidrología)
3. Determinar la descarga de diseño de la cuenca, Qdes, a partir del análisis de riesgo y el trazado de la
crecida.
4. Calcular la altura aguas arriba de la cresta del vertedero, Hcrest – zcrest para el caudal de diseño

24. Disipadores de energía - Diseño de colchón amortiguador
Procedimiento de diseño
5. Elija la elevación de la punta del vertedero, zapron
6. Calcule las propiedades del flujoV y d al final de la punta del vertedero:
Altura total aguas arriba:
Velocidad ideal del flujo de fluido:
Flujo de equilibrio uniforme:

25. Disipadores de energía - Diseño de colchón amortiguador
Procedimiento de diseño
7. Calcular la profundidad conjugada para la hidráulica, dconj
8. Calcular la longitud del colchón hidráulico Lr para determinar la longitud del colchón
9. Comparar el Nivel de Calificación de la Altura de Salto (J.H.R.L.) y el nivel de agua natural aguas
abajo (es decir, el Nivel de Calificación del Agua de ColaT.W.R.L.)
Si J.H.R.L >T.W.R.L, modificar:
• Elevación del delantal (Paso 5)
• Anchura de la cresta (paso 3)
• Descarga de diseño (Paso 2)
• Elevación de la cresta (Paso 1)

26. Disipadores de energía - Diseño del colchón amortiguador
Procedimiento de diseño
• Necesidad de considerar el rango de descargas hasta la máxima descarga de diseño
• La descarga de diseño de la presa/cresta (sin rebase de la presa) puede no ser igual a la
descarga de diseño del vertedero/del colchón (sin daños en vertedero/colchón)

27. EJERCICIO 4
Considere el aliviadero de la presa de Llyn Brianne, con los siguientes datos:
a) Suponiendo que la presa tuviera un disipador de saltos hidráulicos, calcule las
características de los saltos (dconj, ∆H y Lr) para cada tipo de aliviadero.
b) Comente si un disipador de energía por salto hidráulico sería apropiado para el
aliviadero de la presa de Llyn Brianne.
c) Calcule la potencia que podría generarse si se instalara una turbina instalada en la punta
del vertedero, suponiendo que el vertedero tiene 30 m de ancho y un rendimiento de la
turbina de η = 0,7
Liso Escalonado
V1 27.24 m/s 9.54 m/s
Y1 0.142 m 0.405 m