Hidraulica

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE APIZACO

ING. CIVIL

FLUJO A SUPERFICIE LIBRE

FUERZA ESPECÍFICA 1/14

3.3 DISIPADORES DE ENERGÍA La función de disipar la energía de las descargas del vertedor se cumple con una selección adecuada de la estructura terminal. Si existe la posibilidad de que la obra de excedencias descargue al río en forma directa, sin el empleo de una estructura disipadora deenergía, ello se realiza mediante un salto de esquí1. Si es necesario disipar la energía del escurrimiento antes de efectuar la descarga al río, se empleará como estructura disipadora un tanque amortiguador o una cubeta disipadora de energía. La elección de cualquiera de estos tipos requiere de un estudio económico de las diferentes alternativas. La selección del tipo de estructura terminal depende dela posición relativa de las elevaciones del final del canal de descarga y del nivel del agua del río en el punto de descarga; es por esto que, cuando existe, debe determinarse el efecto del remanso en la zona de descarga.

3.3.1 Tanques de amortiguación La función de los tanques de amortiguación es disipar la energía del flujo supercrítico al pie de la rápida de descarga. El funcionamiento deestas estructuras se basa en el principio del resalto hidráulico, es decir, convertir las altas velocidades del flujo supercrítico en velocidades que no dañen a las estructuras o cauce aguas abajo, provocando una pérdida de energía. Se recomienda el uso de tanques amortiguadores con sección rectangular; cuando por razones de economía se emplean tanques de sección trapecial se sugiere limitar lainclinación de los taludes a un máximo de 0.5:1. Siempre que se piense construir un tanque amortiguador, es necesario probar su diseño en un modelo hidráulico. Para tanques con sección rectangular es preferible el uso de los tanques amortiguadores siguientes:

Tanque rectangular tipo SAF

Este tanque estudiado en el laboratorio de hidráulica de San Anthony Falls, de la Universidad de Minnesota, esel indicado para obras de excedencia menores, como presas derivadoras o caídas en canales, donde Fr1 = 1.7 a 17 (fig. 4.1).

Tanque tipo USBR I

Es aplicable para grandes caídas en canales o presas derivadoras, cuando Fr1 = 2.5 a 4.5. Es útil para eliminar ondas en la superficie del agua, esto lo logra mediante los chorros que son reflectados con dientes colocados en el tanque (fig. 4.2).
1A este tipo de estructura también se le conoce como: cubeta de lanzamiento, deflector terminal o trampolín.

_________________________________________________________________________________________________________________ ING. J. ALFONSO MARÍN BARRERA

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FUERZA ESPECÍFICA 2/14

Tanque tipo USBR II

Sonrecomendados para números de Fr1 > 4.5 y velocidades de llegada menores de 15.25 m/s (fig. 4.3).

Tanque tipo USBR III

Son idóneos para números de Fr1 > 4.5 y velocidades de llegada mayores de 15.25 m/s. Se utiliza en presas altas, caídas hasta de 60 m y gastos unitarios de 50 m2/s (fig. 4.4).

Tanque rectangular tipo SAF

El procedimiento de cálculo es el siguiente: La longitud LB del tanquedebe ser:

LB

4.5

y2 Fr10.76

(4.1)

Donde: y2 = Conjugado teórico del resalto claro. El ancho y la separación de los dientes de la rápida y del tanque deben ser 0.75 y1. El tanque puede ser de ancho de plantilla constante o variable. Para el diseño de este tipo de tanque debe despreciarse el efecto de inclusión de aire. Los anchos y separaciones de los dientes del tanque, cuando éste esde ancho divergente, deben incrementarse en proporción al incremento en el ancho del tanque en la zona donde se localizan los dientes. Además deben ocupar de un 40 a un 55% del ancho del tanque. La altura del umbral de salida debe ser:

C

0.07 y2

(4.2)

La profundidad de la plantilla del tanque respecto al nivel de descarga es:

y2
y2

Fr12 1.10 y 2 para 1.70 ≤ Fr1 ≤ 5.50 120.00...
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