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  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    EL RESALTO HIDRULICO

    Autores

    JOSEP RAMON VIDAL I BOSCHORIOL ARENAS PINTADO

    Profesor

    SEVERINO GARCA POSADA

    FACULTAT DE NUTICA DE BARCELONAUPC

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    1

    Contenido

    PRLOGO ..................................................................................................................... 2INTRODUCCIN AL RESALTO HIDRULICO ...................................................... 3

    Clasificacin .............................................................................................................. 3Teora para un resalto hidrulico horizontal .............................................................. 4Ecuacin de la cantidad de movimiento .................................................................... 6Ecuacin de la energa ............................................................................................... 7

    MEDIDA DE CAUDALES CON VERTEDEROS .................................................... 10Anlisis de vertedero de pared delgada ................................................................... 10Anlisis del vertedero de pared gruesa .................................................................... 11

    APLICACIONES DEL RESALTO HIDRULICO ................................................... 13Cuenco disipador de diseo generalizado ................................................................ 15Cuenco disipador SAF ............................................................................................. 17

    BIBLIOGRAFA ......................................................................................................... 23

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    PRLOGO

    Son muchas las aplicaciones del resalto hidrulico en ingeniera, en acueductos,aliviaderos, alcantarillas, vertederos, zanjas de drenaje pero tambin la naturaleza noest exenta de este tipo de fenmenos que mejor ejemplo que los arroyos o ros, consus saltos de agua. La importancia del resalto hidrulico se basa en que es undestructor de energa que permite as reducir la velocidad de la corriente y evitarposibles daos.

    Hemos intentado hacer un trabajo breve pero exhaustivo de la materia, poniendonuestro esfuerzo de modo que el trabajo fuese instructivo, de fcil lectura einteresante.

    En el desarrollo del texto se ha huido intencionadamente del artificio matemtico alque se presentan estas materias. Por el contrario, nos hemos esforzado en exponer deforma clara sencilla y con rigor, los conceptos fsicos correspondientes.

    Los autores:

    Josep Ramon VidalOriol Arenas Pintado

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    INTRODUCCIN AL RESALTO HIDRULICO

    Una corriente supercrtica en un canal abierto aguas abajo puede cambiar bruscamente

    a subcrtica a travs de un resalto hidrulico, como se muestra en la figura 10.4. La

    corriente aguas arriba es rpida y poco profunda y aguas abajo es lenta y profunda,

    anlogamente a las ondas de choque normales de la figura 9.8. Si bien la onda de

    choque tiene un espesor infinitesimal, el resalto hidrulico es bastante grueso, de 4 a 6

    veces la profundidad 2h aguas abajo.

    El resalto hidrulico es muy efectivo en disipar energa mecnica ya que es

    extremadamente turbulento, lo que es un rasgo caracterstico a tener en cuenta en

    aplicaciones a presas de tranquilizacin y vertederos.

    Es muy importante que tales resaltos se siten en lugares diseados especialmente; de

    otro modo en la solera del canal se formaran socavones por la agitacin turbulenta.

    Los resaltos tambin mezclan fluidos de modo muy efectivo y tienen aplicaciones en

    tratamiento de aguas y aguas residuales.

    Clasificacin

    El principal parmetro que afecta a las caractersticas de un resalto hidrulico es el

    nmero de la corriente aguas arriba. El nmero de Reynolds y la geometra del canal

    tienen un efecto secundario. Se pueden resumir los siguientes regmenes de operacin

    en:

    1Fn < 1: Resalto imposible, se viola el segundo principio de la termodinmica.

    1Fn = 1 a 1,7: Onda estacionaria, u ondular, extensin del resalto alrededor de 24h .

    Disipacin baja, menor del 5 por 100.

    1Fn = 1,7 a 2,5: La superficie va elevndose suavemente con pequeos remolinos, se

    conoce como resaltto dbil; la disipacin es del 5 al 15 por 100.

    1Fn = 2,5 a 4,5: Inestable, resalto oscilante; cada pulsacin irregular genera una gran

    onda que recorre kilmetros aguas abajo, daando los mrgenes del canal y otras

    estructuras. No es recomendable para condiciones de diseo. Disipacin del 15 al 45

    por 100.

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    4

    1Fn = 4,5 a 9: Estable, bien equilibrado, resalto estacionario; tiene las mejores

    caractersticas, no es sensible a las condiciones aguas abajo. Es el mejor rgimen de

    diseo. La disipacin es del 45 al 70 por 100.

    1Fn >9: Tempestuoso, resalto filerte algo intermitente, pero con buenas caractersticas.Disipacin del 70 al 85 por 100.

    Teora para un resalto hidrulico horizontal

    Un resalto en un canal con bastante pendiente puede estar afectado por la diferencia

    de niveles de la solera del canal. Sin embargo, el efecto es pequeo si la pendiente no

    es muy grande, de modo que la teora clsica considera que el resalto tiene lugar en

    una solera horizontal. Un resalto hidrulico es equivalente a una onda fija, donde elcambio de profundidad h no es despreciable.

    Clasificacin de los resaltos hidrulicos: (a) 1Fn =1 a 1,7: resalto ondular; (b) 1Fn =1,7 a 2,5:

    resalto dbil; (c) 1Fn =2,5 a 4,5: resalto oscilante; (d) 1Fn =4,5 a 9: resalto estacionario; (e)

    1Fn >9: resalto fuerte

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    5

    En general, hay que recurrir a la experimentacin para valorar las prdidas de carga.

    Sin embargo, el ensanchamiento brusca de seccin y el resalto hidrulico tienen el

    privilegio de que se pueden calcular analticamente. La deduccin de las frmulas

    correspondientes se hace con la ayuda de las tres ecuaciones fundamentales: ecuacin

    de continuidad, la ecuacin de la energa y la ecuacin de la cantidad de movimiento.

    El estudio del ensanchamiento brusco de seccin lo dejamos pues no entra en nuestro

    tema, que est dedicado exclusivamente a prdidas de carga en accesorios de

    tuberas (ensanchamientos, estrechamientos, codos, vlvulas, etc.). Estudiemos ahora

    el resalto hidrulico.

    Un chorro de agua al chocar contra la base de un fregadero se convierte en una lmina

    radial. Puede observarse cmo, en un crculo concreto, el espesor de la lmina de agua

    aumenta y en consecuencia su velocidad disminuye: se paga de un rgimen de alta

    velocidad a otro de baja velocidad y de menor energa. En un canal de laboratorio,

    resulta tambin fcil provocar y observar una situacin de este tipo. A este fenmeno

    se le conoce con el nombre de resalto hidrulico i puede utilizarse eficazmente como

    destructor de energa (cintica), al final del aliviadero de una presa por ejemplo.

    En flujos compresibles (gases), existe un fenmeno, llamado onda de choque, en el

    que el flujo pasa bruscamente en una determinada seccin de supersnico a

    subsnico. Es un fenmeno equivalente al resalto hidrulico en conducciones abiertas,

    o canales.

    Fig. 1. Esquema de funcionamiento de un resalto hidrulico

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    6

    Ecuacin de continuidad por metro de anchura basndonos en la fig. 1.

    2211 SVSV = ; 2211 hVhV =

    2

    1

    1

    2

    hh

    VV = (1)

    Ecuacin de la cantidad de movimiento

    Con la ayuda de esta ecuacin vamos a determinar la altura de la lmina final 2h del

    flujo en funcin de las condiciones iniciales 11 y hV . La suma de las fuerzas que

    actan sobre el volumen de control entre las secciones 1 y 2, seria:

    GFFSpSpF pr ++++= 2211

    rx FhphpF = 2211

    Por otra parte, esta suma de fuerzas provoca una variacin de la cantidad de

    movimiento de masa de dicho volumen de control

    ( )12 VVQF =

    Igualando ambas expresiones y despreciando el rozamiento en la base 0rF por

    estar prximas 1 y 2, obtenemos por unidad de anchura del resalto:

    221112111 hphpVVhV =

    Puesto que las presiones medias en las secciones 1 y 2 son las correspondientes a sus

    centros de gravedad ( )2/(hp = ):

    21

    22

    21

    1

    21

    21

    hhg

    V

    VhV

    =

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    7

    Por ltimo, teniendo en cuenta la ecuacin (1), se obtiene:

    21

    22

    21

    2

    11

    21

    hhg

    h

    hhV

    =

    ( ) ( )

    22121

    2

    211

    21

    hhhhg

    h

    hhhV

    +=

    221

    2

    121

    hhg

    h

    hV

    +=

    4221

    1

    22

    1 hh

    h

    h

    g

    V += (2)

    Despejando 2h de la ecuacin de segundo grado:

    02 211

    212 =

    +g

    Vhhhh

    g

    Vhhhh

    211

    211

    2

    2

    42

    +=

    Como 2h negativo no tiene sentido fsico, la nica solucin vlida es:

    g

    Vhhhh

    211

    211

    2

    2

    42

    ++= (3)

    Ecuacin de la energa

    Con la ayuda de la ecuacin de la energa y de las expresiones anteriores, vamos a

    determinar la energa destruida rH en el resalto hidrulico. sta vendr dada por la

    diferencia entre la energa que tiene el flujo en la seccin 1 y la que tiene en la seccin

    2. Las alturas piezomtricas ( hzp =+)/( ) en 1 y 2 son respectivamente 21 y hh .

    As, podemos escribir:

    ( )1221

    22

    21

    2

    22

    1

    21 1

    222hh

    V

    V

    g

    Vh

    g

    Vh

    g

    VHr

    =

    ++=

    Substituyendo las ecuaciones 1 y 2, obtenemos:

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    8

    ( )( ) ( ) ( )

    ( ) ( )

    [ ]( )

    [ ]( )

    21

    3

    12

    12

    12

    2

    1

    2

    212

    12

    12

    2

    2112

    12

    121221

    2221

    12222

    2121

    1

    2

    44

    2

    4

    4

    4

    41

    4

    hh

    hh

    hh

    hhhhhh

    hh

    hhhhhh

    hh

    hhhhhhhhhhh

    h

    hhh

    h

    hHr

    =

    +

    =

    +

    =

    =

    +=

    +

    +=

    ( )

    21

    312

    4 hh

    hhHr

    = (4)

    Los resultados experimentales coinciden con los obtenidos por las frmulas (3) y (4)

    dentro del margen del %1 . Entonces la potencia destruida ser igual a:

    rHQgP = (5)

    La ecuacin (4) muestra que la energa disipada es positiva, que es un requerimiento

    del segundo principio de la termodinmica, slo si 12 hh > . Se necesita entonces que

    sea 1Fr> 1 esto es que, la corriente aguas arriba debe ser supercrtica. Finalmente, la

    ecuacin muestra que 12 VV < y la corriente aguas abajo es subcrtica. La presenteteora se refiere a resaltos hidrulicos en canales horizontales muy anchos. Para la

    teora correspondiente a canales prismticos o con pendiente hay otra teora que lo

    define.

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    9

    En un aliviadero de superficie como el de la figura 1, los datos son: smV /201 = y

    mh 6,01 = . Calclese la altura 2h , la prdida de carga rH y la potencia destruida

    rP en el resalto hidrulico, por cada metro de anchura. El incremento de temperatura a

    la disipacin si /4200 CkgJcp = .

    El caudal:

    smSVQ /126.0120 311 ===

    La altura 2h :

    m70.68.9 206.0246.026.0242

    222

    11

    2

    112 =++=

    ++=

    gVhhhh

    Energa a destruir:

    m39.208.92

    20

    2

    221

    =

    =g

    V

    Energa destruida en el resalto:( ) ( )

    m12.147.66.04

    6,070,6

    4

    3

    21

    312

    =

    =

    =

    hh

    hhHr

    Es decir, el resalto hidrulico ha destruido el 69% (14.12/20.39 = 0.69) de la energa.

    Potencia destruida:

    kWWHQgP rr 1662166220612.141281.91000====

    Incremento de temperatura:

    WTCkg

    J

    s

    kgtcmP pr 1662206

    420012000 =

    == &

    CT 033.0=

    La disipacin es grande pero el incremento de temperatura despreciable.

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    10

    MEDIDA DE CAUDALES CON VERTEDEROSUn vertedero es una obstruccin en la solera de un canal que debe ser sobrepasado por

    la corriente. Para ciertas geometras simples el caudal Q se correlaciona con la altura

    H que, sobre el vertedero, tiene el agua aguas arriba. Por ella un vertedero es un

    medidor, elemental pero efectivo, del caudal en canales abiertos.

    La siguiente figura muestra dos vertederos corrientes, de paredes delgada y gruesa,

    que consideraremos muy anchos. En ambos casos, el flujo aguas arriba es subcrtico,

    se acelera a crtica cerca de la cima del vertedero y rebosa en forma de una lmina

    supercrtica, que chapotea en la corriente aguas abajo. En ambos casos, el caudal q

    por unidad de anchura es proporcional a 2/3H , donde H es la profundidad de la

    corriente aguas arriba medida desde la cresta del vertedero. La correlacin cambia si

    la lmina del lquida queda adherida a la pared del vertedero aguas abajo.

    Anlisis de vertedero de pared delgada

    Se puede analizar el flujo en vertederos despreciando la friccin y utilizando teora

    potencial, teniendo en cuenta la superficie libre desconocida. Las soluciones son

    complicadas, pero de gran exactitud.

    Se atribuye al ingeniero francs J. V. Boussinesq, en 1909, una teora unidimensional

    y sin friccin simple. Como se esquematiza en las anteriores figuras, se estima la

    distribucin de velocidades )(2 hV por encima del vertedero mediante la ecuacin de

    Bernoulli referida al punto 1 aguas arriba. De las anteriores figuras:

    hYHg

    VYH

    g

    V++++

    22

    22

    21

    21

    22 2 VghV +=

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

    12/24

    11

    Entonces el caudal sobre el vertedero s aproximadamente:

    ( )

    +

    +=+==

    2/321

    2/321

    3/

    21

    3/

    2

    232

    2

    3

    22

    g

    VH

    g

    VHgdhVghdhVq

    H

    H

    H

    H

    ( ) 2/32/3 392,2281.03

    2HHgq =

    2/3392,2 Hq

    La frmula es funcionalmente correcta, pero el coeficiente 0,81 es demasiado alto a

    causa de las contracciones laterales de la vena, de la friccin y de los efectos de

    tensin superficial no considerados en esta simple teora. La frmula aceptada para

    medir caudales utiliza un coeficiente de vertederowC obtenido mediante la

    correlacin de medidas experimentales por T. Rehbock en 1929.

    ( ) 2/32/3 95,223

    2HCHgCq ww =

    donde

    Y

    HCw

    075,0611,0 +=

    Anlisis del vertedero de pared gruesa

    El vertedero de pared gruesa es de fcil analizar porque sobre su parte exterior se crea

    una corriente unidimensional de condiciones prximas a las crticas. La ecuacin de

    Bernoulli aplicada aguas arriba hasta la parte superior del vertedero da:

    Yyg

    VYH

    g

    VC ++++ 22

    22

    21

    Puesto que CC gyV =2 se puede escribir que:

    3

    2

    3

    2

    3

    21 HH

    g

    VyC +=

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

    13/24

    12

    que justifica la hiptesis utilizada en la ecuacin sin demostrar. El caudal est dado

    por:

    ( )2/32

    12/12/13

    33

    2

    +==

    g

    VHgygq c

    Si despreciamos la carga aguas arriba, esta se reduce a:

    ( ) ( ) 2/32/12/1 233

    2Hgq

    El vertedero de pared ancha tiene un coeficiente terico de 577.03

    2/1==

    wC i lafrmula recomendada varia con la altura del vertedero.

    ( ) 2/1/1

    65,0

    YHCw

    +

    =

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    13

    APLICACIONES DEL RESALTO HIDRULICOEl control del resalto mediante obstculos es til si la profundidad de aguas abajo es

    menor que la profundidad para un resalto normal, pero si la primera es mayor que la

    segunda, debe utilizarse una cada en el piso del canal para asegurar un resalto. Por lo

    general esta condicin ocurre a la salida de una expansin con flujo supercrtico. Para

    determinado nmero de Froude de aproximacin, la profundidad de aguas abajo de

    una cada puede localizarse en cualquiera de cinco posibles regiones, como se muestra

    en la siguiente ilustracin. El lmite inferior de la regin 1 es la profundidad para la

    cual el resalto empezar a viajar hacia aguas arriba. El lmite superior de la regin 5

    es la profundidad para la cual el resalto empezar a moverse hacia aguas abajo. En

    efecto, la cada no controla el resalto en estas dos regiones porque ste es estable y la

    cada es efectiva para sus propsitos deseados slo en las regiones 2 y 4. La reginintermedia 3 representa un estado ondulatorio de flujo sin un frente de rompimiento.

    Al aplicar las ecuaciones de continuidad y de momentum en un anlisis similar al

    realizado para el vertedero de cresta ancha , se demuestra que para la regin 2,

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

    15/24

    14

    En la figura 15-14 cada curva para determinado h/yl tiene dos ramas relativamente

    rectas conectadas mediante una parte recta corta cerca de la mitad. El brazo del lado

    izquierdo representa la condicin correspondiente a la regin 2 y el del lado derecho,

    la regin 4. Este diagrama puede utilizarse para propsitos de diseo con el fin de

    determinar la altura relativa de cada requerida para estabilizar un resalto en cualquier

    combinacin de caudal, profundidad de aguas arriba y profundidad de aguas abajo.y para la regin 4,

    Estas ecuaciones se verificaron mediante experimentos. Las relaciones entre F , y3/y1

    y h/y1 se muestran en la anterior ilustracin.

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

    16/24

    15

    Cuenco disipador de diseo generalizado

    En trabajos importantes o en aquellos que involucran un gran nmero de cuencos

    disipadores, a menudo se necesitan diseos generalizados de los cuencos por razones

    econmicas y para cumplir requerimientos especficos. Estos diseos pueden

    desarrollarse a travs de aos de experiencia y observaciones sobre estructuras

    existentes, o mediante investigaciones en modelo, o ambos. Los cuencos diseados de

    esta manera a menudo estn provistos de accesorios especiales, incluidos bloques de

    rpida, umbrales y pilares deflectores.

    Los bloques en la rpida se utilizan para conformar una estructura dentada a la entrada

    del cuenco disipador. Su funcin es partir el chorro de entrada y elevar una parte de l

    desde el piso, produciendo una longitud de resalto ms corta que la que sera posible

    sin ellos. Estos bloques tambin tienden a estabilizar el resalto y por consiguiente a

    mejorar su comportamiento.

    Los umbrales dentados, o slidos, a menudo se colocan al final del cuenco disipador.

    Su funcin es reducir adems la longitud del resalto y controlar la socavacin. Para

    cuencos grandes diseados para altas velocidades de entrada, el umbral por lo general

    es dentado para llevar a cabo la funcin adicional de difundir la parte residual del

    chorro de alta velocidad que puede alcanzar el extremo del cuenco.

    Los pilares deflectores son bloques localizados en posiciones intermedias sobre el

    piso del cuenco. Su funcin es disipar la energa principalmente mediante una accin

    de impacto. Los bloques deflectores son muy tiles en pequeas estructuras con

    velocidades de entrada bajas. Sin embargo, no son recomendables cuando las altas

    velocidades hacen posible la cavitacin. En ciertas circunstancias, deben disearsepara soportar el impacto de hielo o desechos flotantes.

    Existen muchos diseos generalizados de cuencos disipadores que utilizan un resalto

    hidrulico como medio para la disipacin de energa. A continuacin se describirn

    tres diseos comunes:

    El cuenco SAF .Se recomienda para ser utilizado en estructuras pequeas devertederos, obras de salida y canales donde F1=1.7 a 17. La reduccin en la longitud

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    16

    del cuenco conseguida por el uso de accesorios diseados para el mismo es de

    alrededor del 80% (70% a 90% ).

    El cuenco USBR II. Se recomienda para ser utilizado en estructuras grandes de

    vertederos, canales, etc., donde Fl > 4.5. La longitud del resalto y del cuenco se

    reduce alrededor del 33% mediante el uso de accesorios.

    El cuenco USBR IV. Se recomienda para ser utilizado con resaltos de F1=2.5 a 4.5; lo

    cual a menudo ocurre en estructuras de canal y en presas de derivacin. Este diseo

    reduce las ondas excesivas creadas en resaltos imperfectos.

    El principio del cuenco disipador tambin se aplica al diseo de una cada de canal (o

    descenso de canal), la cual es una estructura construida para asegurar un descenso en

    la superficie del agua de un canal y una destruccin segura de la energa liberada de

    esta manera. La cada del canal algunas veces se disea con un ancho contrado

    parecido al de la canaleta Parshall, y se conoce como cada contrada, la cual puede

    construirse a bajo costo en conjunto con un puente y utilizarse tambin como un

    medidor o regulador.

  • 7/27/2019 El Resalto Hidrulico

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    17

    Cuenco disipador SAF

    Cuenco disipador SAF

    Este cuenco (Ilustracin anterior; SAF proviene del ingls San Anthony Falls,

    Cataratas de san Antonio) se desarroll en el Laboratorio de Hidrulica San Anthony

    Falls, en la Universidad de Minnesota, para ser utilizado en pequeas estructuras de

    drenaje, como las construidas por el U.S. Soil Conservation Service. Las reglas de

    diseo resumidas por el investigador Blaisdell son las siguientes:

    La longitud LB del cuenco disipador para nmeros de Froude entre Fl = 1.7 y Fl =17

    se determina mediante . La altura de los bloques de entrada y los

    bloques del piso es y1 y su ancho y espaciamiento es aproximadamente 0.75y1.

    La distancia desde el extremo de aguas arriba del cuenco disipador hasta los bloques

    del piso es LB/3. No deben localizarse bloques en el piso ms cerca de las paredeslaterales que 3y1/8. Los bloques del piso deben localizarse aguas abajo enfrentados a

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    las aberturas entre los bloques de la rpida. Los bloques del piso deben ocupar entre el

    40% y el 55% del ancho del cuenco disipador. Los anchos y el espaciamiento de los

    bloques del piso para cuencos disipadores divergentes deben incrementarse en

    proporcin al aumento del ancho del cuenco disipador en la seccin donde se

    localizan los bloques. La altura del umbral de salida est dada por c = 0.07y2, donde

    y2 es la profundidad secuente terica, correspondiente a y1. La profundidad de salida

    de aguas abajo por encima del piso del cuenco disipador est dada por

    para F1 = 1.7a 5.5; por y2' = 0.85y2, para Fl=5.5 a 11; y por

    , para F1 = 11 a 17.

    La altura de los muros laterales por encima de la profundidad de salida mxima

    esperada dentro de la vida til de la estructura est dada por z = Y2/3. Los muros desalida deben ser iguales en altura a los muros laterales del cuenco disipador, y su parte

    superior debe tener una pendiente de 1 en 1. El muro de salida debe localizarse con un

    ngulo de 45 con respecto al eje central de la salida. Los muros laterales del cuenco

    disipador pueden ser paralelos (como en un cuenco disipador rectangular) o diverger

    como una extensin de los muros laterales de la transicin (como en un cuenco

    disipador trapezoidal). Debe utilizarse un muro cortina de profundidad nominal en el

    extremo del cuenco disipador.

    El efecto de atrapamiento de aire no se considera en el diseo del cuenco disipador.

    Cuenco disipador USBR II. A partir de los estudios intensivos de muchas estructuras

    existentes y de investigaciones de laboratorio, el U. S. Bureau of Reclamation

    desarroll varios tipos de diseos generalizados de cuencos disipadores. El cuenco

    USBR I lo origina un resalto hidrulico que ocurre en un piso plano sin ningn

    accesorio, y puede disearse con facilidad. Sin embargo, tal cuenco por lo general esmuy prctico, debido a que su longitud lo hace costoso y a su falta de control. El

    cuenco USBRIII se disea para un propsito similar al del cuenco SAF pero tiene un

    factor de seguridad mayor, ajustado a las necesidades del Bureau. El comportamiento

    de este cuenco indica que su longitud y la del resalto pueden reducirse alrededor del

    60%, con accesorios en comparacin con el 80% para el cuenco SAF. Por

    consiguiente, el cuenco SAF es ms econmico, pero menos seguro.

    El cuenco USBR V se utiliza cuando la economa estructural implica el uso de un

    canal de aproximacin inclinado, el cual es usual en vertederos de presas altas.

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    El cuenco USBR II se desarroll para cuencos disipadores de uso comn en

    vertederos de presas altas y de presas de tierra y para estructuras de canales grandes.

    El cuenco contiene bloques en la rpida del extremo de aguas arriba y un umbral

    dentado cerca del extremo de aguas abajo. No se utilizan bloques de impacto debido a

    que las velocidades relativamente altas que entran al resalto pueden causar cavitacin

    en dichos bloques. En las ilustraciones 9 y 10 se muestran el diseo detallado y los

    datos necesarios para el clculo.

    Las reglas recomendadas para el diseo son las siguientes:

    Fijar la elevacin del piso para utilizar la profundidad secuente de aguas abajo

    completa, ms un factor de seguridad adicional si es necesario. Las lneas punteadas

    de la ilustracin 9b sirven como gua para diferentes relaciones de la profundidad real

    de aguas abajo con respecto a la profundidad secuente. Estudios de diseos existentes

    indican que la mayor parte de los cuencos se disearon para profundidades de salida

    secuentes o menores. Sin embargo, existe un lmite, el cual es establecido por la curva

    denominada Mnima profundidad de salida, que indica el punto para el cual el frente

    del resalto se mueve hacia afuera de los bloques de la rpida. En otras palabras,

    cualquier reduccin adicional de la profundidad de salida har que el resalto se salga

    del cuenco; es decir, producir un "barrido de resalto". El cuenco no debe disearse

    para una profundidad menor que la secuente. Para mayor seguridad, de hecho, el

    Bureau recomienda un margen de seguridad mnimo del 5% de D2, que debe sumarse

    a la profundidad secuente.

    El cuenco II puede ser efectivo hasta un nmero de Froude tan bajo como 4, pero para

    valores menores esto no necesariamente es cierto. Para valores bajos, se recomiendan

    diseos que consideren la supresin de ondas. La longitud del cuenco puede obtenersede la curva de longitud del resalto dada en la ilustracin 10c. La altura de los bloques

    de la rpida es igual a la profundidad D1 del flujo que entra al cuenco. El ancho y el

    espaciamiento deben ser aproximadamente iguales a D1; sin embargo, esto puede

    modificarse para eliminar la necesidad de fracciones de bloques. Con respecto a las

    paredes laterales es preferible un espaciamiento igual a 0.5D1 para reducir

    salpicaduras y mantener presiones adecuadas.

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    La altura del umbral dentado es igual a O.2D2. y el ancho mximo y el espaciamiento

    mximos recomendados son aproximadamente 15D2. En este diseo se recomienda

    colocar un bloque adyacente a cada pared lateral ilustracin 10e. La pendiente de la

    parte continua del umbral de salida es 2:1. En el caso de cuencos angostos, lo cual

    involucrara slo algunos dientes segn la regla anterior, es recomendable reducir el

    ancho y el espaciamiento, siempre y cuando esto se haga de manera proporcional. La

    reduccin del ancho y del espaciamiento en realidad mejora el comportamiento en

    estos cuencos; luego los anchos y los espaciamientos mnimos entre los dientes se

    establecen slo por consideraciones estructurales.

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    No es necesario escalonar los bloques de la rpida y el umbral dentado. De hecho,

    esta prctica no es recomendable desde un punto de vista constructivo.

    Las pruebas de verificacin sobre los cuencos II no indican cambios perceptibles en la

    accin del cuenco disipador con respecto a la pendiente de la rpida aguas arriba del

    cuenco. En estas pruebas la pendiente de la rpida vara desde 0.6: 1 a 2: 1. En

    realidad, la pendiente de la rpida tiene un efecto sobre el resalto hidrulico en

    algunos casos. Es recomendable que la interseccin aguda entre la rpida y el cuenco

    se remplace por una curva de radio razonable (R 4D1) cuando la pendiente de la

    rpida es 1:1 o mayor. Los bloques de la rpida pueden incorporarse a la superficie

    curva con tanta facilidad como a las planas. En rpidas empinadas la longitud de la

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    superficie superior de los bloques debe hacerse lo suficientemente larga para deflectar

    el chorro.

    Las reglas anteriores darn como resultado un cuenco ms seguro para vertederos con

    cada hasta 200 pies y para caudales hasta 500 pies3/s por pie de ancho, siempre y

    cuando el chorro que entra al cuenco sea razonablemente uniforme tanto en velocidad

    como en profundidad. Para cadas superiores, caudales unitarios mayores o asimetras

    posibles, se recomienda un estudio en modelo del diseo especfico.

    8. Los perfiles aproximados para la superficie del agua y para las presiones de un

    resalto en el cuenco se muestran en la ilustracin 10-d.

    Cuenco disipador USBR IV. Cuando Fl = 2.5 a 4.5, se producir un resalto oscilante

    en el cuenco disipador, el cual genera una onda que es difcil de atenuar. El cuenco

    USBR IV se disea para combatir este problema eliminando la onda en su fuente.

    Esto se lleva a cabo intensificando el remolino que aparece en la parte superior del

    resalto, con los chorros direccionales deflectados utilizando grandes bloques en la

    rpida. Para un comportamiento hidrulico mejor, es conveniente construir estos

    bloques ms angostos que lo indicado, preferiblemente con un ancho igual a 0.75D1, y

    fijar la profundidad de salida, de tal manera que sea un 5% a 10% mayor que la

    profundidad secuente del resalto. La longitud del cuenco se hace igual a la del resalto

    en un cuenco disipador horizontal sin accesorios y, por consiguiente, tambin igual a

    la longitud del cuenco USBR. El cuenco IV slo se utiliza en las secciones

    transversales rectangulares.

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    BIBLIOGRAFA

    MECNICA DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES Y TURBOMQUINAS

    HIDRULICAS. De Jos Agera Soriano. 5 Edicin actualizada. Editorial ciencia 3,

    S. L. 2005.

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    FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. Cuarta edicin. De Frank P.

    Incropera y David P. De UIT.Pearson Educacin, 1999.