3. consideraciones a tener en cuenta

Ing: Giovene Pérez Campomanes
Chimbote, 10 de noviembre del 2014
CONTENIDO
1. Introducción
2. Definiciones.
3. Consideraciones a tener en cuenta.
4. Análisis de Imagenes
5. Conclusiones
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1. INTRODUCCION
A través de esta conferencia, presentare inicialmente
los conceptos generales, con el uso de los conceptos
expondré algunas consideraciones a tener en cuente
en el diseño de canales con fuerte pendiente, un
análisis de estas consideraciones con el empleo de
imágenes, producto de las visitas de campo con los
alumnos de los cursos del área de Hidráulica,
concluyendo con la presentación conclusiones, el
tema es muy amplio espero generar el interés por
seguir investigando sobre el diseño de canales con
fuertes pendientes, con esta ponencia presentada.
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2. DEFINICIONES
 Tirante: Es la profundidad del flujo (generalmente
representada con la letra y es la distancia vertical
del punto más bajo de la sección del canal a la
superficie libre del agua.
 Numero de Froude: es un numero adimensional
que relaciona el efecto de las fuerzas de inercia y la
fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido.
De donde:
V= velocidad
g= gravedad
y=tirante
Debemos saber que:
 F< 1: Flujo subcritico.
 F= 1: Flujo critico.
F> 1: Flujo supercrítico.
 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.
 Flujo gradualmente variado: es un flujo
permanente cuya profundidad varía de manera
gradual a lo largo del canal.
 Flujo rápidamente variado: Los cambios en las
características del flujo son abruptos a lo largo
de la conducción como cuando ocurren
variaciones bruscas en la sección transversal de
un canal.
Caídas:
Son estructuras utilizadas en aquellos puntos
donde es necesario salvar desniveles bruscos en
la rasante del canal. El salto puede ser vertical o
inclinado. A este último suele denominarlo
canal inclinado
La finalidad de una caída es conducir agua desde
una elevación alta hasta una elevación baja y
disipar la energía generada por esta diferencia
de niveles.
Rápidas: Son estructuras que sirven para
enlazar dos tramos de un canal donde existe un
desnivel considerable en una longitud relativamente
corta.
Son estructuras diseñadas en tramos de terreno
con pendientes muy pronunciada y por ello la
corriente adquiere mayor velocidad y escurre
con régimen turbulento, siempre es conveniente
trazar una línea tentativa de la rasante para optar
por el perfil mas conveniente.
Disipadores de energía: la función es la de disipar
la energía cinética excedente en un flujo, es decir
transformar parte de la misma en calor, para evitar
el riesgo de socavación del canal aguas abajo y
con el tiempo de toda la estructura.
3. CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA
 Debido a la propagación de la velocidad (Vc), de una
onda debe considerarse en forma relativa a la
velocidad de escurrimiento.
 Debe cumplirse V>Vc, el flujo es supercritico, de lo
contrario es subcritico.
 Las condiciones de flujo subcritico dependen de las
aguas abajo
 Las condiciones de supercritico, dependen de las
condiciones aguas arriba.
 En el caso del flujo supercritico en transiciones de
canales aparecen ondas estacionarias que no pueden
ser analizadas por el tratamiento unidimensional.
 La velocidad de propagación de las ondas es una
función de su amplitud y de su altura incluso para flujo
supercritico.
 Si la velocidad del flujo supercritico es exactamente
igual a la velocidad de propagación de esta onda la
velocidad es nula, es decir la onda de sumersión se
mantiene en su sitio, y a esto se denomina salto
hidráulico.
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 El cambio de flujo supercritico a subcritico en el
salto hidráulico se caracteriza por la presencia de
fuerzas internas(viscosidad).
 Las perdidas de energía aumentan con el numero
de Froude, y alcanza valores sorprendentemente
altos, una perdida de energía para F=5, llega
alcanzar el 50% de su altura.
 Para aproximarse el mismo valor de F= 1,73, se
encuentra el limite entre el salto hidráulico
ondulado y el salto hidráulico con remolino.
 Para F>1,73 se introduce al pie del remolino
superior mayor cantidad de aire, y es útil para el
enriquecimiento artificial de oxigeno.
 Para la construcción de una estructura de
disipación de energía, F debe estar entre 4<F>9.
• Para mayores F=13, las condiciones del flujo aguas
abajo son totalmente turbulentas y las medidas
necesarias para proteger el fondo del canal
resultan mas costosas.
• Según el manual de Rouse: los puntos principales
para el dimensionamiento hidráulico de un
disipador de energía de son: a) la determinación de
la profundidad del agua en el canal aguas abajo
para un valor dado del caudal máximo de diseño. b)
El calculo de la profundidad de la solera de la
poza disipadora.
• Para una altura relativa dada del escalón, se ve
que este paso ocurre para valores de F, mas
pequeños mientras mas inclinados sea el
escalón.
• Si el fondo no esta adecuamente protegido en la
parte baja del escalón, existe un grave riesgo en
socavación(erosión de fondo). Modelo a escala
reducida
• A causa del cambio de dirección del chorro hacia
arriba se presenta un remolino de fondo
inmediatamente aguas abajo del disipador que
transporta el material erosionado del fondo hacia el
pie de la estructura, evitando la socavación del
fondo.
• En un disipador aguas abajo de la compuerta es
posible determinar F, con bastante precisión, sin
embargo en una rápida o salto de agua, se obtiene
con una menor precisión.
 El resalto débil no requiere de bloques o
consideraciones especiales.
 Para el resalto permanente no se encuentra una
dificultad particular. Arreglos de bloques y
deflectores son muy útiles como medios para
acortar la longitud del colchón hidráulico.
 El resalto oscilante, encontrado a menudo en el
diseño de estructuras de canales, presas de
derivación y aún obras de descarga es difícil de
manejar.
• Para velocidades mayores de flujo en el remolino, no
se puede evitar la formación de cuencos de
socavación muchos mas grandes, cuyas dimensiones
dependen de las características del material de
fondo: umbral dentado.
• Un disipador de energía debe funcionar bajo todas
las condiciones posibles de operación, si no también
para: a) Obtener lo mas pronto posible una
distribución uniforme de velocidades tanto en la
dirección horizontal como en la vertical, b)originar la
menor turbulencia adicional posible por efectos de los
vórtices de grandes dimensiones, c) Que la formación
de ondas sea la mínima posible.
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• La concentración media de aire c, en la profundidad
alcanza un máximo de una corta distancia aguas abajo, del
pie del salto hidráulico y luego decrece continuamente, una
gran parte del aire introducido al pie del salto hidráulico
desaparece ya en la zona de torbellino superior y el flujo
queda de nuevo sin aire no muy lejos del fin nominal del
salto hidráulico.
• La sobresaturación del oxigeno en el agua mata insectos y
otros animales pequeños(peces, y cangrejos de rio), los
que padecen de la enfermedad de la burbuja.
• A medida que el aire es incorporado dentro del agua la
mezcla aumenta de volumen, por ese motivo la sección
mojada en el flujo aireado es mayor y se necesita una
mayor altura de las paredes del canal para el flujo no
aireado.
 Cuando el canal pasa por una pendiente fuerte se
producen altas velocidades en régimen supercritico.
(rápidas)
 El flujo a altas velocidades es muy sensible a toda
cambio de sección y de dirección: una alineación
recta en planta y utilizar canales prismáticos
rectangulares.
 Si no es posible una alineación recta, plantear: a)
construir un tanque de disipación en el cambio de
dirección, b) reemplazar el canal en el tramo
correspondiente por una sección cerrada que
trabajara como una tubería de presión, c) construir
una curva en el canal.
 Las formas constructivas mas comunes
utilizadas para gradientes fuertes son los
siguientes:
Canal con gran pendiente
Sucesión de colchones en forma de escalera
Rápida con rugosidad artificial.
 En el diseño de rápidas inclusive para canales
rectos y sin obstrucciones debe tenerse en
cuenta la posibilidad de la formación de ondas
que son un fenómeno indeseable. ( mayor altura
del muro de canal y fuertes oscilaciones en el
disipador de energía).
4. CONSIDERACIONES A
TENER EN CUENTA
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Canal la Mora- Lacramarca
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ANALISIS DE IMAGENES
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5. CONCLUSIONES FINALES
 Un disipador de energía debe funcionar bajo todas las
condiciones posibles de operación.
 El salto hidráulico (SH) en una compuerta, es 25 %
menor que la producida por una rápida.
 A través de la gran generación de turbulencia también
se puede alcanzar aguas abajo una distribución
uniforme de las velocidades.
 La altura de la onda puede llegar a ser el doble del
tirante.
 Las ondas se forman solamente en canales de
sección rectangular y trapezoidal pero no en los
triangulares.
 El porcentaje de disipación de energía al pie del
escalón crece rápidamente entre mas grande es la
altura de caída libre.
 Las construcciones a realizar se deben hacer en
coordinación con los beneficiarios.
FIN DE LA EXPOSICION
EMAIL: gpcampomanes@gmail.com
BLOG: ingenieriahidraulicaunmsmimf.blogspot.com
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