Disipador de energia.

TANQUES DE AMORTIGUACIÓN

1. GENERALIDADES:

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 flujo en su descenso. La disipación de la energía cinética puede lograrse aplicando diferentes medidas, a saber: generación de resalto hidráulico, impacto o incremento de la rugosidad.

El tanque amortiguación es el sistema más común de disipación de energía que convierte el flujo supercrítico del vertedero en un flujo sub-crítico compatible con el régimen del rio aguas abajo. El método para lograr esta transición del flujo consiste en un simple resalto sumergido, formando un tanque de amortiguación de sección transversal rectangular.

Usos: vertederos de excedencias, rápidas y estructuras de caída libre.

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Su uso es recomendable si el material del pie de la caída es erosionable; se diseña un tanque amortiguador de sección transversal rectangular y recubierta de mampostería o concreto armado.

1. DISEÑO:[pic 3]

Todos los diseños de tanques amortiguadores se basan en el principio del 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)

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Este concepto de Resalto Hidráulico servirá para la conversión de altas velocidades del flujo a velocidades que no puedan dañar el conducto de aguas abajo.

1. Aplicación del resalto hidráulico

La aplicación del salto hidráulico en un tanque amortiguador es por lo siguiente:

Al presentarse en escurrimiento con régimen rápido sobre el vertedor, y teniendo en el río una pendiente masomenos suave y menor que la crítica correspondiente, se tendrá al pie del vertedor un tirante conjugado menor, cuyo conjugado mayor tratará de formarse rápidamente, si las condiciones de escurrimiento lo propician.

Al producirse el tirante conjugado mayor la energía cinética se transforma una parte en energía de presión y otra se pierde por el cambio súbito de régimen y en los remolinos y turbulencias del salto hidráulico.

El objeto de diseñar el tanque, aguas abajo de la cortina es con el fin de contar con las condiciones adecuadas, para que el cambio brusco de tirantes se verifique dentro de una longitud mínima del cauce que es la que se debe proteger debidamente.

Pero no siempre se formará o será necesario hacer que se produzca el salto hidráulico; la necesidad de él dependerá de las características de resistencia que tengan los materiales del cauce. Por lo tanto, habrá cosas en los que únicamente será necesario calcular las velocidades que se tengan aguas abajo de la cortina y ver si son aceptables de acuerdo con los materiales que se tengan en el sitio. Por lo tanto, habrá que calcular dichas velocidades en algunas secciones y juzgar la necesidad de revestir o no cierto tramo de cauce, de acuerdo con ellas

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1. Numero de Froude

Es muy importante tener en cuenta el número de Froude para saber la forma y características del resalto y del flujo y así  definir el tipo de estanque.

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• Cuando Froude es menor que 1,7 no necesita emplear tanques amortiguadores, deflectores u otros dispositivos amortiguadores.

• Cuando 1,7

• Cuando 2,5

• Cuando F> 4,5 es el tanque que usaremos (colchón hidráulico).  Se forma un verdadero resalto.  

La instalación de dispositivos como bloques deflectores, dientes amortiguadores y umbral terminal en el suelo del estanque, permiten acortar su longitud en un 60%.

Al pie de la caída se presenta el tirante mínimo ymin y por lo tanto la energía específica máxima. Si ymin = y1, para la formación del resalto hidráulico será necesario contar con un tirante conjugado y2, que deberá desarrollarse por efecto de las condiciones de escurrimiento existentes aguas abajo (ab); es decir que y2≈yab.

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Si yab < y2, el resalto hidráulico no se formará en la sección 1, sino que por efecto de su energía cinética, la zona de régimen supercrítico se desplazará aguas abajo, hasta encontrar un tirante que sea próximo al tirante conjugado. Sin embargo, es posible que la zona de régimen supercrítico tenga una longitud mayor a la máxima establecida por los criterios adoptados para el proyecto.

Para incrementar el tirante de aguas abajo existen varias posibilidades:

a) Profundizar el piso o construir un travesaño de fondo

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b) Incrementar la rugosidad de la loza de fondo

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c) reducir el ancho de la sección & d) reducir la pendiente de la loza de fondo.

1. Diseño del colchón hidráulico o tanque de amortiguación

La profundización del piso, en la zona del canal de entrega, determina el incremento de la altura de caída en la estructura y en consecuencia un menor tirante ymin (y1) y un mayor tirante conjugado y2.

Con la profundización del lecho, en el colchón hidráulico, no solo se presenta una compensación geométrica del déficit de altura, en el tirante aguas abajo, sino que la confinación del resalto hidráulico genera una mayor intensidad de choques entre las partículas de agua, contra las paredes laterales y principalmente contra la pared frontal del colchón.

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