DISIPADORES DE ENERGIA- RESUMEN EJECUTIVO

DISIPADORES DE ENERGIA- RESUMEN EJECUTIVO

INDICEINTRODUCCION. 1TIPOS DE ESTRUCTURA DE DISIPACION DE ENERGIA. 1DISIPADORES DE ENERGA TIPO DE IMPACTO 2 CUENCO AMORTIGUADORES 2 EXPANSIN Y LA DEPRESIN DE CUENCAS STILLING 3

ESTRUCTURAS DE CADA 3

DISEO PARRILLA 4

SALTO HIDRULICO 4 TIPOS DE SALTO HIDRULICO 4

SALTO HIDRULICO EN CANALES HORIZONTALES 5

CANALES RECTANGULARES CANALES CIRCULARES SALTO DE EFICIENCIA

SALTO HIDRAULICO EN LOS CANALES EN PENDIENTE 6

DISIPADORES INTERNOS 7

TUMBLING FLUJO TUMBLING FLUJO EN EL RECUADRO ALCANTARILLAS/CANALONESEJEMPLO DE APLICACIN 7

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

CURSO:

HIDRAULICA APLIACADA

TEMA:

DISIPADORES DE ENERGIA

DOCENTE:

MSc. JOS ARBUL RAMOS.

ALUMNOS:

ARVALO MONTENEGRO HERNN CARLOS CALLACA JONATHAN QUEVEDO GARCA NIKKA BENAVIDES FERNANDEZ JHONY SAID

INDICE

RESUMEN EJECUTIVOINTRODUCCION.El exceso de energa por lo general debe ser disipado de una manera tal como para evitar la erosin en canales abiertos sin o con revestimiento. En este contexto, " el exceso de energa " significa el exceso de velocidad del agua que provoca la erosin y tambin acta como limpiador en un canal abierto El dao erosivo puede ocurrir incluso a bajas velocidades de flujo cuando el agua provoca turbulencia o remolinos, aunque a un ritmo ms lentoEs por estos motivos que las estructuras de disipacin de energa y otras infraestructuras de proteccin se utilizan en lugares que son propensos a la erosinSe suelen encontrar los excesos de energa en las constricciones del Canal (tales como puertas, vertederos, otros) Empinadas laderas de cama longitudinales Gotas en la elevacin La disipacin de energa es casi siempre necesario aguas abajo del flujo supercrtico

http://ocw.mit.edu/courses/earth-atmospheric-and-planetary-sciences/12-090-introduction-to-fluid-motions-sediment-transport-and-current-generated-sedimentary-structures-fall-2006/course-textbook/ch5.pdf

TIPOS DE ESTRUCTURA DE DISIPACION DE ENERGIA.La mayora de las estructuras de disipacin de energa en canales abiertos se basan en: impacto de frente en un slido, que cumple la funcin de obstruccin inamovible. la creacin de un salto hidrulico estableAmbas clases de estructura de disipacin de energa puede causar significativa turbulencia, con posterior reduccin de la energa hidrulica.A. DISIPADORES DE ENERGA TIPO DE IMPACTOPublicaciones de la USBR afirman que los disipadores de energa de tipo impacto sobre estructuras de disipacin de energa son disipadores de energa hidrulicamente ms "eficientes" (Captulo VI: Diseo de Estructuras en Canal Pequeo - libro del USBR). Aqu, un diseo ms "eficiente" se define como el resultado en una o ms pequeas estructuras ms baratas para la misma capacidad de disipacin de energaLas dimensiones de diseo para estructuras de disipacin de energa son importantes porque un diseo inadecuado puede empeorar una erosin y /o aumentar el problema.Se han dado casos en los que la instalacin de una estructura de disipacin de energa ha causado ms erosin que el que se produjo sin ella.CUENCO AMORTIGUADORES

Tanques de reposo son disipadores de energa externos colocados a la salida de una alcantarilla, chute. Estas cuencas se caracterizan por una combinacin de bloques de tobogn, bloques deflectoras, y umbrales diseados para activar un salto hidrulico en combinacin con una condicin tailwater requerida. Con el agua de cola es necesario, la velocidad dejando un cuenco amortiguador adecuadamente diseado es igual a la velocidad en el canal de recepcin.

Dependiendo del diseo especfico, que operan en un rango de enfoque del flujo de nmeros de Froude desde 1,7 hasta 17. STILLING BASINEnfoque mnimoNumero de froudeEnfoque mximoNumero de froude

USBR TYPE III4.517

USBR TYPE IV2.51.5

SAF1.717

EXPANSIN Y LA DEPRESIN DE CUENCAS STILLING

Cuando mayor ser el nmero de Froude en la entrada de una cuenca, ms eficiente es el salto hidrulico y el ms corto de la cuenca resultante. El resultado es que la profundidad disminuye y la velocidad y el nmero de Froude aumento.

Fr1 = N de Froude en la entrada a la cuencaV1 = velocidad de entrar en la cuenca, m / s (ft / s)y1 = profundidad de entrar en la cuenca, m (pies)g = aceleracin de la gravedad, m / s2 (ft / s2)

Para resolver para la velocidad y la profundidad de entrar en la cuenca, el balance de energa est escrito desde la salida de la alcantarilla a la cuenca. Sustituyendo Q / (y1*WB) para V1 y despejando resultados Q en:

Donde,WB = ancho de la cuenca, m / s (ft / s)Vo = velocidad de salida de la alcantarilla, m / s (ft / s)y1 = profundidad de entrar en la cuenca, m (pies)yo = profundidad de salida de la alcantarilla, m (pies)Z1 = elevacin del terreno en la entrada cuenca, m (pies)Zo = elevacin del terreno en la salida de la alcantarilla, m (pies)

Y2 = profundidad conjugada, m (pies)y1 = profundidad acercarse el salto, m (pies)C = relacin entre la salida del agua a la profundidad conjugada, TW / y2Fr1 = Nmero de enfoque Froude

ESTRUCTURAS DE CADA

Estructuras de cada se utilizan comnmente para el control de flujo y la disipacin de energa. Cambio de la pendiente del canal de empinada a leve, mediante la colocacin de estructuras de cada a intervalos a lo largo del alcance de canal, cambia una pendiente pronunciada continua en una serie de suaves pendientes y desniveles. En lugar de reducir la velocidad y la transferencia de alta velocidad de erosin que producen en velocidades bajas no erosiva, caen las estructuras de control de la pendiente del canal de tal manera que las velocidades de erosin, altas nunca desarrollan. La energa cintica o velocidad adquirida por el agua, ya que cae sobre la cima de cada estructura se disipa por un delantal diseado especialmente o cuenco amortiguador

Flujo geometra de un aliviadero gotaEl nmero de estacin da una medida cuantitativa para soltar

Donde,Nd = nmero de estacinq = unidad de descarga, m3 / s / m (ft3 / s / ft)g = aceleracin de la gravedad, 9,81 m / s2 (32,2 pies / s2)ho = altura de cada, m (pies)

Otra medida cuantitativa comnmente usado para la gota est dada por:

Donde,Dr = cada relativayc = profundidad crtica en la cada, m (pies)ho = altura de cada, m (pies

DISEO PARRILLA

Una rejillao una serie decarrilesque forman un"Grizzly"pueden ser utilizadas en conjuncin conestructuras de cada, como se ilustraen la figura11.2.Elflujo de entradase divide en unnmero de chorrosmedida que pasa atravs de la rejilla. Estoscaencasi verticalmenteal canalaguas abajo,como resultado una buenaaccin de disipadorde energa.Este tipo dediseo tambinse utiliza comoun eyector de escombrosdondelos paseosde escombrossobrela rejaycae enuna zona de espera para el retiro ms tarde y el agua pasa a travs de la rejilla. La longitud de la rejilla se calcula a partir de:

C = coeficiente experimental igual a 0,245W = anchura de las ranuras, m (ft)N = nmero de slots (espacios) entre las vigasyo = profundidad de contraflujo, m (pies)

B. SALTO HIDRULICOEl salto hidrulico es un fenmeno natural que se reduce cuando el flujo supercrtico se ve obligado a cambiar a flujo subcrtico por una obstruccin al flujo, este cambio abrupto en la condicin de flujo est acompaado por una considerable turbulencia y la prdida de energa.

TIPOS DE SALTO HIDRULICOCuando el nmero de Froude aguas arriba, Fr, es 1.0, el flujo es crtico y en un salto no se puede formar. Para los nmeros de Froude mayor que 1.0, pero menos de 1.7, el flujo aguas arriba es slo ligeramente por debajo de la profundidad crtica y el cambio de flujo supercrtico a subcrtico se traducir en slo una ligera perturbacin de la superficie del agua. En el extremo superior de este rango, el Fr se acerca a 1.7, la profundidad aguas abajo ser aproximadamente el doble de la profundidad de entrada y la velocidad de salida de la mitad de la velocidad de la corriente.

La Oficina de Reclamaciones (USBR, 1987) ha relacionado en el formulario salto y caudal caractersticas del nmero de Froude para nmeros de Froude mayores a 1.71.7-2.5: velocidad uniforme en todo la seccin este es el rango pre-salto con prdida de energa 20% aprox.2.5-4.5: hay ondas de superficie objetables que pueden causar problemas de erosin aguas abajo del salto4.5-9.0: un salto bien equilibrado y estable, se puede esperar saltos con prdida de energa de 45% 70%>9.0 salto muy eficiente, pero la superficie spera puede causar problemas de erosin aguas abajo.

SALTO HIDRULICO EN CANALES HORIZONTALESLa seccin de control 1 es antes del salto, donde el flujo es sin perturbaciones, y la seccin de control 2 es despus del salto, donde el flujo de agua es paralelo al fondo para ser tomado de nuevo como seccin de control. La distribucin de la presin en ambas secciones se supone hidrosttica. El cambio en el momento de la corriente que entra y que sale es equilibrado por la resultante de las fuerzas que actan sobre el volumen de control, es decir, la presin y las fuerzas de friccin de contorno. Dado que la longitud del salto es relativamente corta, las prdidas de energa externas (fuerzas de friccin de contorno) pueden ser ignorados sin introducir error grave.

Salto hidrulico en un canal horizontalDefinicin de una cantidad impulso a medida, M = Q2 / (GA) + AY y reconociendo que el momento se conserva a travs de un salto hidrulico.Q2 / (gA1) + A1Y1 = Q2 / (gA2) + A2Y2 Donde,Q = caudal de canal, m3 / s (ft3 / s) A1, A2 = zonas de flujo transversal en las secciones 1 y 2 m2 (ft2) Y1, Y2 = profundidad desde la superficie del agua al centroide de rea de seccin transversal, m (ft)La profundidad de la superficie del agua para el centroide del rea de seccin transversal puede ser definida como una funcin de la forma de canal y la profundidad mxima Y = Ky, donde y es la mxima profundidad en el canal y K parmetro que representa la forma del canal.K2 A2 y2 / (A1 y1) - K1 = Fr12 (1 - A1 /A2) 6.2Esta es una expresin general para el salto hidrulico en un canal horizontal. Las constantes K1 y K2 y la relacin A1 / A2 se han determinado para canales en forma rectangular, triangular, parablicas, circulares, trapezoidales por Sylvester (1964)

CANALES RECTANGULARESPara un canal rectangular, sustituyendo K1 = K2 = 1/2 y A1 / A2 = y1 / y2, la expresin se convierte en: y22 / Y12 -1 = 2Fr12 (1 - y1 / y2) Si y2 / y1 = J, la expresin para un salto hidrulico en un canal horizontal, rectangular se convierte

La longitud del salto hidrulico puede determinarse a partir de la Figura. La longitud del salto se mide a la seccin aguas abajo en la que la superficie media de agua alcanza la profundidad mxima y se convierte en razonable nivel.

CANALES CIRCULARESCanales circulares se dividen en dos casos: cuando y2 es mayor que el dimetro, D donde y2 es menor que D. Para y2 menos de D

Para y2 mayor o igual a D:

C y K son funciones de y/D y pueden ser evaluados de la Tabla.Y/D0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

K0.4100.4130.4160.4190.4240.4320.4450.4620.4730.500

C0.0410.1120.1980.2930.3930.4940.5870.6740.7450.748

C0.6000.8000.9170.9801.0000.9800.9170.8000.600

SALTO DE EFICIENCIAUna expresin general para la prdida de energa (HL/H1) en cualquier canal de forma es:

Donde,Frm = nmero de Froude aguas arriba en la seccin 1, FRm2 = V2 / (gym) ym = profundidad hidrulico, m (ft) SALTO HIDRAULICO EN LOS CANALES EN PENDIENTE

Canales inclinados se discuten en esta seccin. Si se selecciona el fondo del canal como un dato, la ecuacin de momento se convierte en:

= peso unitario del agua, N / m3 (lb / ft3)= ngulo de canal con la horizontalB = anchura inferior del canal (canal rectangular), m (ft)w = peso del agua en volumen de control de salto, N (lb)La ecuacin de momento utilizado para los canales horizontales no puede ser aplicada directamente a saltos hidrulicos a canales en pendiente ya que el peso del agua dentro del salto debe ser considerado.

http://ocw.mit.edu/courses/earth-atmospheric-and-planetary-sciences/12-090-introduction-to-fluid-motions-sediment-transport-and-current-generated-sedimentary-structures-fall-2006/course-textbook/ch5.pdf

DISIPADORES INTERNOS

Elementos de rugosidad son a veces una manera conveniente de controlar velocidades de salida para instalaciones de alcantarilla donde la alcantarilla no se utiliza a la capacidad, ya que est funcionando en el control de entrada. Estos elementos de rugosidad pueden ser diseados para ralentizar la velocidad en la alcantarilla incluyendo, en el lmite, la creacin de una condicin de flujo de volteo, donde la velocidad de salida se reduce a la velocidad crtica. Tales elementos de rugosidad internos pueden ser colocados a lo largo de toda la longitud de la alcantarilla o conducto, o simplemente cerca del final antes de la toma de corriente, dependiendo de las condiciones hidrulicas y condiciones de salida deseadas TUMBLING FLUJOElementos de rugosidad colocados en la alcantarilla o conducto abierto se pueden utilizar para disminuir las velocidades mediante la creacin de una serie de saltos hidrulicos en un fenmeno conocido como flujo de volteo, flujo es un disipador ptimo en pendientes pronunciadas. Se trata esencialmente de una serie de saltos hidrulicos que mantienen las trayectorias de flujo predominantes en la velocidad de aproximadamente crtico incluso en pendientes que de otro modo se caracterizan por altas velocidades supercrticasEste es quizs injustificado como el elemento aumenta la capacidad de transporte de sedimentos y tiende a ser auto-limpieza

Bosquejo definicin para Tumbling Flow en una alcantarilla

TUMBLING FLUJO EN EL RECUADRO ALCANTARILLAS/CANALONESCanaletas de drenaje en la carretera de corte y relleno pendientes son sitios candidatos para los elementos de rugosidad disipadores de energa. El uso de elementos de rugosidad es razonable para pendientes de hasta 10 o 15 por ciento

Donde:Altura critica m (ft)Caudal unitario (Q/B) m (ft)San Antonio de la Universidad de Minnesota (Blaisdell)Aplicable Nmero de Froude Rangos para tanques de reposo

EJEMPLO DE APLICACINSe proyecta un vertedero superficial para una descarga mxima Q = 576m3/s. se desea realizar el diseo hidrulico de un pozo amortiguador al pie de una rpida rectangular con rgimen uniforme de 60m de ancho que tiene una salida a un canal trapezoidal de 80m de plato y talud de 1:2 mediante una transicin brusca. El tirante medio al final de la rpida Y1 y el tirante en el canal de salida Y3Y1=0.8mY3=3.6mDe acuerdo de la curva superficial se sabe que el valor del tirante al final de la rapida Y3 y el tirante a la entrada Y1, con esto se procede a calcular el tirante conjugado Y2.

CALCULOSPASO 1. Calculo del tirante conjugado Y2 V1=Q/(b*Y1) 576/(60*0.8)= 0.12m/s

Fr1=V1/(g*Y1)^0.5 12/(9.81*0.8)^0.5=4.28

Y2=Y1((8Fr1+1)^0.5 -1)/2 Y2=4.46m

PASO 2. Se compara Y2 con Y3 para valorar si es necesario o no en uso del pozo Si Y2< Y3 no se requiere pozo Si Y2>Y3 si requiere pozoEntonces Y2=4.46>Y3=3.6 SI REQUIERE POZOPASO3. Calculo de la altura del escaln del pozo (hp) Como se conoce del problema que al final de la rpida se alcanza el rgimen uniforme entonces se procede directamente a calcular la profundidad del escalon, pues el tirante Y1 se mantendr constante:

Donde

Con los datos obtenidos procedemos a encontrar hp

PASO 4. Calculo de la longitud del pozo () y de la longitud de la ribesma ()

Con Fr1=4.28 con estos datos en la figura 2.6 relacin adimensional para la longitud del resalto hidrulico.

La longitud del pozo:

La longitud de la ribesma

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