tipos de aliviaderos

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TIPOS DE ALIVIADEROS No existe una clasificación estricta para determinar el tipo de aliviadero sino que depende del criterio que se escoja. La clasificación más utilizada es según el tipo de estructura de control, obteniendo ocho tipos de aliviaderos:  -Tipo lámina vertiente - Tipo caída libre -Tipo abanico -Tipo canal lateral  -Tipo embudo o vertical (Morning Glory)  -Tipo alcantarilla  -Tipo sifón  -Tipo rápido disipador 1) TIPO LAMINA VERTIENTE. La cresta es recta o con una curvatura muy pequeña, es el tipo más utilizado por lo que existe un alto grado de seguridad en el diseño, por su acumulada experiencia; se ajusta muy bien sin depender del tipo de conducción bien sea abierta o cerrada. PERFIL LONGITUDINAL

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TIPOS DE ALIVIADEROSNo existe una clasificacin estricta para determinar el tipo de aliviadero sino que depende del criterio que se escoja. La clasificacin ms utilizada es segn el tipo de estructura de control, obteniendo ocho tipos de aliviaderos: -Tipo lmina vertiente -Tipo cada libre -Tipo abanico -Tipo canal lateral -Tipo embudo o vertical (Morning Glory) -Tipo alcantarilla -Tipo sifn -Tipo rpido disipador

1) TIPO LAMINA VERTIENTE. La cresta es recta o con una curvatura muy pequea, es el tipo ms utilizado por lo que existe un alto grado de seguridad en el diseo, por su acumulada experiencia; se ajusta muy bien sin depender del tipo de conduccin bien sea abierta o cerrada.

PERFIL LONGITUDINAL

2) TIPO CAIDA LIBRE. El agua luego de pasar por la cresta cae hasta el ro, sin pasar previamente por una estructura de conduccin. Este tipo de aliviadero se emplea para pocas alturas de agua y en los casos donde el ro receptor este constituido por roca sana.

3) TIPO ABANICO. Es una modificacin del tipo lmina vertiente; muy ventajoso cuando no hay disponible mucho espacio ya que este tipo de aliviadero tiene mayor longitud de cresta. En planta tiene forma de abanico.(ver figura 2.1.3.)

FIGURA N2 2.1.3- TIPO ABANICO4) TIPO CANAL LATERAL. Est provisto de un canal paralelo a la cresta del aliviadero, teniendo que garantizar el rgimen supercrtico en el canal. Se coloca generalmente cuando no existe suficiente espacio para un aliviadero frontal. Desde el punto de vista hidrulico es ineficiente.(ver figura 2.1.4.)

5) TIPO EMBUDO. Llamados tambin "Morning Glory" , en estos aliviaderos el agua se aproxima de forma radial y aproximadamente horizontal, se utiliza cuando por problemas de espacio no se puede colocar otro aliviadero ya que hidrulicamente no es muy eficiente.(ver figura 2.1.5.)

6) TIPO ALCANTARILLA. Consiste en un conducto cerrado que cruza el cuerpo o un estribo de la presa. Se utiliza en presas pequeas o en aquellas cuya finalidad es de control de crecidas.7) TIPO SIFON. Necesita una carga suficiente para que el agua supere el punto ms alto (control) del conducto. Tiene problemas con el almacenamiento de basura y la acumulacin de aire en el conducto, necesitando una ventilacin apropiada. Este tipo de aliviadero no se ha utilizado hasta los momentos en Venezuela, siendo recomendado solo para gastos muy pequeo.(ver figura 2.1.6.)

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8) TIPO RAPIDO DISIPADOR. Esta es otra modificacin del tipo lmina vertiente, consistiendo en tener el rpido y el disipador juntos, esto se logra colocando unos tacos de impacto en el rpido. El agua al chocar con los tacos disipa la energa. Se usa generalmente en presas bajas.(ver figura2.1.7.)

Otras clasificaciones que se pueden considerar son las siguientes: Regulacin de los gastos.Regulados, con compuertas.Libres, sin mecanismos de control. Tipo de estructura de conduccin.Canales a cielo abierto.Conductos cerrados. Ubicacin del aliviadero.Independientes, la estructura fuera del cuerpo de la presa.Sobre la presa, forman una sola unidad. Funcin primordial.Operacin normal.De emergencia. Tipo de flujo.Superficie libre.Presin, rara vez son la mejor solucin, salvo que existan limitaciones de espacio o haya disponibilidad de disponibilidad de tneles.Posicin del orificio de entradaDe superficie.Sumergido, descargador de fondo o de orificio.

PARTES DE UN ALIVIADERODependiendo del tipo de aliviadero los componentes del mismo varan, siendo los de un aliviadero tpico los siguientes: canal de aproximacin, estructura de control, estructura de conduccin, estructura de disipacin y el canal de descarga.(ver figura 2.1.8)

1) Canal de Aproximacin:Se encuentra principalmente en los aliviaderos que son independientes a la presa y que no estn al borde del embalse, para comunicar el aliviadero con el embalse mediante un canal. Su longitud vara dependiendo de diferentes factores, entre los que se encuentra el econmico siendo el primordial. Se debe tomar en cuenta algunos criterios para el diseo del canal como son: las velocidades deben ser del orden de 0.5 m/seg. para prevenir la erosin , minimizar las prdidas y garantizar un flujo lo ms uniforme cuando pase por la estructura de control. Las pendientes son por lo general horizontales o adversas para asegurar bajas velocidades en el canal.

2) Estructura de Control: La funcin fundamental es definir la curva de gastos, que es la relacin entre las alturas de agua en el embalse y los gastos del aliviadero, es decir controla las aguas. Normalmente se define mediante las ecuaciones de tipo vertedero

Q = 2/3 * 2g * H~3/2 (ecuacin2.1)o tipo orificioQ = Cd * A * 2gH(ecuacin2.2)

3) Estructura de Conduccin: Tiene como finalidad conducir el agua que se encuentra en los niveles superiores del embalse desde la estructura de control hasta el ro donde llegarn las aguas aliviadas del embalse. Esta conduccin puede ser a travs de conductos cerrados o en canales a cielo abierto formado generalmente de dos canales, uno de poca inclinacin y otro de mucha pendiente llamado rpido.

4) Estructura de Disipacin: Existen variadsimas formas de disipar la energa cintica generada por el agua. Esto se hace para evitar la destruccin de las obras, debido a la erosin y socavacin que ejecuta el agua al chocar con el material de fondo. El disipador adems de controlar la erosin y socavacin debe evitar la cavitacin, vibraciones y abrasin. Entre los disipadores ms utilizados se encuentran: Trampolines (de lanzamiento,de chorro, salto en ski). Pozos Amortiguadores. Vrtices Sumergidos. Disipador de Impacto. Disipacin mediante Vlvulas.

5) Canal de Descarga: Cuando la estructura de disipacin se encuentra alejada del receptor final es necesario colocar un canal de conexin, es importante sealar que las velocidades del agua no causen erosin en el canal ni socavacin indeseable en el ro receptor.

CRITERIOS GENERALES PARA LE SELECCION DEL TIPO DE ALIVIADEROS1) El factor primordial que se tiene que tener en cuenta es el econmico, con un funcionamiento hidrulicamente adecuado y de una operacin acorde con los fines de la presa.

2) La seleccin del tipo de aliviadero considerando el funcionamiento hidrulicamente adecuado y la operacin acorde con la presa depende de varios factores entre los cuales podemos destacar los siguientes:

3) En las presas de concreto se facilita la localizacin del aliviadero sobre ellas, aprovechando asi la estructura de la presa, en cambio para presas de materiales sueltos como son las de tierra y enrocado esta solucin no es la ms acorde y se prefiere colocar en una estructura aparte el aliviadero.

4) La ubicacin de las obras de embalse deben ser hechas en conjunto, pudiendo considerar la concepcin global del proyecto. Tanto la presa, toma, aliviadero y obra de desvo deben formar ese conjunto.

5) La ubicacin, particularmente de centrales hidroelctricas de grandes estaciones de bombeo o patios transformadores pueden afectar la localizacin final del aliviadero.6) La topografa es un factor importante, especialmente cuando no se coloca sobre la presa el aliviadero, ya que necesita un sitio para este sin ocasionar daos aguas abajo por las descargas del aliviadero. El lugar mas aconsejable del embalse para colocar el aliviadero son las abras, teniendo que considerar que tan lejos se encuentre del receptor final y la capacidad que tenga para transportar estas aguas, ya que si no tendramos que aumentar los costos con la construccin de estructuras que condicionarn esas obras. Un ejemplo de tipo de aliviadero que se usa cuando existe limitaciones de espacio son los de canal lateral y los de abanico.

7) Las condiciones geolgicas son de suma importancia para todas las obras del embalse debido a que esto va a constituir la fundacin de las obras. El aliviadero debe situarse sobre roca sana y sin fallas en el suelo, sobre todo si la estructura del aliviadero es un tnel.

8) El aliviadero deber tener una relacin en tamao con el caudal que se va a descargar y por supuesto mientras mayores sean estas estructuras se necesita mejor geologa y ms espacio. Si el gasto es muy grande se puede construir ms de un aliviadero.

9) FENOMENOS QUE AFECTAN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS ALIVIADEROSVIBRACIONES: las vibraciones de las estructuras pueden estar asociadas con alguna inestabilidad del flujo y fluctuaciones en la presin, donde la cavitacin es solo un ejemplo extremo. El mejor mtodo para prevenir o al menos reducir vibraciones es mediante la reduccin de la fluctuacin de presiones y estabilizando el flujo. Mediante el estudio de las vibraciones de estructuras hidrulicas, se puede observar la interaccin entre el fluido y el comportamiento de la estructura. Las razones por las cuales el conocimiento del comportamiento dinmico de las estructuras hidrulicas es importante son: -las vibraciones pueden daar la construccin, el medio ambiente adyacente a la obra y causar ruidos inaceptables. Un amplio conocimiento de las causas que originan la vibracin puede prevenir un error en el diseo o al menos indicar cuales aspectos necesitan especial atencin en el diseo. -algunas estructuras son difciles de modificar cuando la vibracin acontece. En extremas condiciones no es seguro que la vibracin pueda ser detectada a tiempo.

SEDIMENTOS:un problema que puede presentarse en la hidrulica de los aliviaderos es la distribucin de sedimentos, ya que el sedimento no necesariamente se deposita en el fondo del embalse, sino que se distribuye a todos los niveles comprendidos dentro del vaso de almacenamiento, de acuerdo al proceso de sedimentacin. Al penetrar al embalse, las partculas acarreadas por las corrientes fluviales estn sometidas a la accin de una componente horizontal de la fuerza que ejerce el agua sobre la partcula en la direccin del escurrimiento y una fuerza vertical debida a la aceleracin de la gravedad.

En el canal de aproximacin al aliviadero, el caudal est caracterizado por velocidades bajas y por la ausencia de turbulencia, por las dimensiones y permetros del canal. De esta manera las partculas caen al fondo de la estructura de aproximacin y se consideran sedimentadas, ocasionando aumento en los niveles aguas arribas, afectando el diseo de la cresta del aliviadero, y alterando la curva de descarga. Esta problema debe ser reducido al mnimo, tomando en cuenta la sedimentacin, en el diseo de la cresta y del canal de aproximacin del flujo o mediante un apropiado mtodo de limpieza.VORTICES:

Se puede definir vorticidad, como la rotacin de una masa diferencial de fluido, siendo esta igual a el Doble de la velocidad angular del elemento. Los vrtices generalmente se producen por las siguientes condiciones: -condicin de aproximacin asimtrica del flujo, que puede ser originada por la orientacin geomtrica de la entrada o canal de aproximacin al aliviadero, por las irregularidades en los contornos, la accin del viento, separacin de la capa lmite, etc. -existencia de planos de corte, originados por altos gradientes de velocidades. -flujos rotacionales generados por objetos u obstrucciones en la va del flujo de aproximacin. En algunos casos la presin en el ncleo del vrtice puede llegar a tener valores inferiores a la presin atmosfrica, debido a las altas velocidades generadas en el movimiento circular, por tanto ser en este punto donde probablemente se inicie el fenmeno de la cavitacin.ABRASION: el riesgo de abrasin debido al rozamiento de los sedimentos suspendidos en el agua, es inevitable e implica un mantenimiento en cuanto a la reparacin peridica de la superficie del aliviadero. La suspensin de sedimentos en el flujo es peligrosa en la medida que segn la naturaleza del sedimento , exista una proporcin significativa de partculas duras de finos. La turbulencia del flujo tiende a agravar la abrasin. El uso de concretos y recubrimientos especiales desarrollados actualmente disminuyen un poco el efecto abrasivo, pero no exime completamente al aliviadero de esta situacin.SOCAVACION: la socavacin al pie del vertedero por altas velocidades aguas abajo del mismo, como consecuencia de la cada debe ser llevada a su valor mnimo mediante la disipacin de energa de carga cintica.

SUBPRESION: la sub presin es causada por la conversin intermitente de la energa cintica en energa de presin a travs de infiltraciones que puedan existir en el canal de flujo. Este fenmeno propone una amenaza especial para altos nmeros de Froude y es acentuada por la intensa turbulencia, Cuando las presiones se hacen negativas en un punto del fondo, puede haber una pequea inestabilidad local si hay una continua sub presin, mayor que el peso sumergido de la roca suprayacente o concreto. Dicha sub presin es determinante en la estabilidad de la estructura, por cuanto, en la mayora de los casos, produce una fuerza hacia arriba de considerable magnitud. La estabilidad del aliviadero debe ser garantizada con su correspondiente factor de seguridad en funcin del incremento del peso de la estructura y por reduccin de subpresiones mediante el empleo de drenes u otros mtodos.CAVITACION: el fenmeno de cavitacin consiste en la creacin de burbujas de vapor de agua en aquellos puntos del cuerpo del flujo donde la presin es igual o menor que la de vaporizacin. Una vez creadas las burbujas son arrastradas por la corriente del fluido, ingresando posteriormente a zonas de mayor presin donde sufren una implosin (se aplastan). Si la burbuja est en contacto con la superficie de concreto genera una fuerte presin puntual en la misma, y como consecuencia de esta repetida presin puntual queda una picadura en la pared o contorno. Miles de burbujas siguen el mismo proceso, creando picaduras que terminan por destruir el material de contorno.Para entender el concepto de cavitacin puede ser beneficioso estudiar el proceso de ebullicin. Cuando el agua es calentada, la temperatura aumenta, y esto origina que el agua aumente su presin de vapor.Cuando la presin de vapor se hace igual a la presin atmosfrica, la ebullicin ocurre, y en este instante el agua pasa a vapor de agua. La temperatura donde ocurre la ebullicin es funcin de la presin. Si la presin baja, la ebullicin ocurre a menores temperaturas. La presin es funcin de la altura , por lo tanto la ebullicin ocurre a bajas temperaturas a grandes alturas.De toda esta explicacin se puede concluir que existe una diferencia trmica entre ebullicin y cavitacin, ya que cavitacin es el proceso del paso del estado liquido a vapor por cambios de la presin local, manteniendo constante la temperatura..

Los causantes bsicos del fenmeno de cavitacin en aliviaderos son:(ver figura 2.4.1, 2.4.2 y 2.4.3)a) Curvatura o deflexin del flujob) Ocurrencia de flujos cortantes o vrtices c) Rugosidad de la superficie

FIGURA N* 2. 4. 2 - TRANSICION DE UNA SUPERFICIE AOTRA DE MAYOR RUGOSIDAD