Disipadores de Energia

DISIPADORES DE ENERGÍA
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 las altas 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 tantose deben colocar disipadores de energía.
EL RESALTO HIDRÁULICO

El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.
Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico asubcrítico.
Las características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales, a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los límites permitidos por los materiales que componen el perímetro mojado. El lugar geométrico en el que se presenta el resalto se denomina colchón hidráulico.
Una de las aplicacionesprácticas más importantes del salto hidráulico, es que se utiliza para disipar la energía del agua que fluye sobre presas, vertedores y otras estructuras hidráulicas, y prevenir de esta manera el fenómeno de socavación aguas debajo de dichas estructuras (Figura 1).









Figura 1. Vertedor de cresta de caída rápida con resalto hidráulico.


CARACTERISTÍCAS BÁSICAS DEL RESALTOHIDRÁULICO
A continuación se estudian algunas características básicas de importancia en un resalto, hidráulico en canales rectangulares horizontales.

Pérdida de energía
En el resalto la pérdida de energía es igual a la diferencia de las energías específicas antes y después del resalto. Puede demostrarse que la pérdida es:




Eficiencia
Es la relación entre la energía específica antesy después del resalto hidráulico.
Puede mostrarse que la eficiencia es:


La Ecuación 2, indica que la eficiencia de un resalto es una función adimensional que depende solo del número de Froude del flujo de aproximación f.























Longitud
Puede definirse como la distancia medida desde la cara frontal del resalto hidráulico hasta un punto en lasuperficie inmediatamente aguas abajo del remolino (Figura 2).
Altura
Es la diferencia entre las profundidades antes y después del resalto.
La expresión siguiente define esta característica:








TIPOS DE RESALTO
Prácticamente, el resalto hidráulico es un medio útil para disipar el exceso de energía en un flujo con régimen supercrítico. Su importancia radica en prevenir la erosión enla base de la estructura aguas debajo de los vertedores de excedencia, rápidas y compuertas deslizantes, ya que esto reduce rápidamente la velocidad del flujo sobre un piso protegido hasta un punto donde el flujo pierde su capacidad de socavar el lecho (Figura 3).











El resalto hidráulico utilizado para la disipación de energía y al lugar geométrico en el que se presenta elresalto se le denomina colchón hidráulico.
El fondo del colchón se recubre para resistir la socavación. En la práctica rara vez se diseña el colchón hidráulico para confinar toda la longitud del resalto libre ya que esto elevaría el costo, por lo que se instalan accesorios para reducir la longitud del colchón. Por otro lado se debe considerar que un colchón hidráulico, con resalto hidráulico, laprofundidad de agua, a la salida, fluctúa debido a cambios en el caudal del flujo.
Al considerar los diferentes tipos de resalto hidráulico, el U.S. Bureau of Reclamation da las siguientes recomendaciones prácticas:
Todos los tipos de resalto se encuentran en el diseño de colchones hidráulicos.
El resalto débil no requiere de bloques o consideraciones especiales. Lo único que se necesita es...