Disipadores de energía

Disipadores de energía

Energy dissipation

Leonardo Sanmiguel M1; Brayan Sanchez R2; Yimer Reyes S3;

1,2,3 Programa de Ingeniería Agronómica, Escuela de Ingenierías, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales, Universidad de los Llanos, Villavicencio, Colombia

RESUMEN

Los disipadores de energía son estructuras hidráulicas fabricadas con el propósito de disipar la energía de un flujo de agua que provenga de una zona elevada y que valla a desembocar en un río, esto con el fin de evitar la erosión del mismo, por esto son parte indispensable a la hora de fabricar una presa (Bibliografía).

Estas estructuras tienen muchas variantes que dependen de la forma de la presa, de los aspectos topográficos de la zona, de la velocidad con la que valla cayendo el flujo del agua, entre muchos otros (Bibliografía).

Palabras clave: Agua, disipación, flujo, hidráulica.

ABSTRACT

The hydraulic energy dissipating structures are fabricated in order to dissipate the energy of a water flow coming from a high fence area and result in a river, this in order to avoid erosion of the same, so are part indispensable when manufacturing a dam.
These structures have many variations depending on the shape of the dam, the topographic features of the area, the speed with which fence falling water flow, among others.

Key words: Dissipation, flow, hydraulic, water.

INTRODUCCION

Los disipadores de energía son estructuras hidráulicas hechas con el fin de disminuir la fuerza cinética con la que fluye el agua desde una estructura hidráulica (vertederos) para prevenir el impacto en el cauce del rio, evitar la erosión y prevenir problemas en las estructuras hidráulicas (Bibliografía).

Los disipadores de energía hacen parte de las tres secciones en las que está dividido un vertedero de caída libre (demasías) las cuales son una cresta, una rápida y un disipador de energía, por esto se debe saber que pasa con el agua antes de llegar al disipador que esta al final de la presa (Bibliografía).

[pic 1]

Figura 1: Partes del vertedero de caída libre.

La cresta es la sección por la que sale el agua que hay en exceso ya sea por debajo (alcantarilla), a través (presa de enrocado) o por encima de la presa (vertederos de demasías); la rápida transporta esta agua a través de la presa y el disipador fragmenta la energía cinética del agua que llega de la rápida (Bibliografía).

Para hablar de disipadores de energía, es indispensable conocer el número de Froude el cual, es un número adimensional que relaciona la fuerza de inercia con la fuerza de la gravedad que actúa sobre el fluido (Ortiz, 2010):

[pic 2]

Resalto hidráulico

Es un fenómeno que se presenta cuando hay un ascenso brusco en el nivel del agua en consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad (Fernández et al).

En este fenómeno se presenta un cambio brusco en el régimen de flujo, pasa de un régimen supercrítico a un régimen subcrítico.

Este fenómeno es usado para reducir los flujos en los canales evitando problemas de tensiones de corte superiores a los límites permitidos por los materiales. (Fernández et al). El lugar en que se presenta el resalto hidráulico es denominado colchón hidráulico.

El resalto hidráulico es la base usada para la fabricación de los disipadores de energía.

En el resalto hidráulico:

- Si el número de Froude es mayor a la unidad, el flujo se denomina supercrítico.

- Si el número de Froude es igual a la unidad, el flujo se denomina crítico.

- Si el número de Froude es menor a la unidad, el flujo se denomina subcrítico.

Existen 6 tipos de resalto hidráulico basados en el número de Froude:

- Fr1= 1, flujo crítico, por lo que no se forma resalto.

- Fr1= 1 a 1.7, el agua tiende a presentar ondulaciones en la superficie, las pérdidas de energía son insignificantes.

- Fr1= 1.7 a 2.5, se generan pequeños remolinos sobre el resalto, la superficie del agua permanece uniforme aguas abajo, se forma un resalto débil

- Fr1= 2.5 a 4.5, resalto oscilante inestable, ondas largas de periodo irregular.

- Fr1= 4.5 a 9, el resalto se encuentra bien balanceado y su comportamiento es el mejor, ocurre una disipación de energía que varía entre un 45 y un 70%, el resalto formado es estable.

- Fr1= > 9, se generan ondas que llegan aguas abajo y generar una superficie rugosa constante, el resalto es brusco pero efectivo, la energía puede alcanzar un 85% de disipación, se forma un resalto fuerte.

Características del resalto hidráulico

En canales rectangulares horizontales se hay unas características básicas de importancia (Fernández et al).

Pérdida de energía: Es la diferencia entre las energías específicas antes y después del resalto:

[pic 3]

Dónde:

E1= Energía específica antes del resalto 1

E2= Energía específica después del resalto

Y1= Profundidad del agua antes del resalto

Y2= Profundidad del agua después del resalto

Eficiencia: Es la relación entre la energía específica antes y después del resalto hidráulico:

[pic 4] 

Esta ecuación muestra que la eficiencia de un resalto es adimensional y depende solo del número de Froude.

[pic 5]

Dónde:

fr1= Número de Froude

V1= Velocidad del agua en la sección del Y1

g= Constante de gravedad

Altura: Es la diferencia entre las profundidades antes y después del resalto.

[pic 6]

Se expresa cada término como la relación con respecto a la energía específica inicial:

[pic 7]

Dónde:

hj/E1= Altura relativa

Y2/E1= Profundidad inicial relativa

Y2/E1= Profundidad secuente relativa

Tipos de disipadores de energía

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