Aliviaderos en Obras Hidraulicas

DAM OUTLET WORKS

OBRAS HIDRULICAS

INTEGRANTES:

JAVIER DELGADO

ANDREA SNCHEZ

PAULINA VILELA

CARLOS VITERI

Componentes:

Canal de acceso

Estructura de captacin

Tnel o conducto

Cmara de control

de compuerta

Conducto de salida

Disipador de energa

Canal de descarga

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Combinacin de estructuras diseadas para controlar la liberacin del flujo de agua del embalse para permitir el correcto funcionamiento de la presa (US Army Corps of Engineers, 2003).

Regulan flujos de inundacin.

Vacan el reservorio en caso de

emergencia.

Permite vaciado del reservorio para

casos en que se necesite inspeccin

o reparacin.

La eleccin del tipo de estructura

se basa en el flujo de inundacin de

diseo, tipo de presa, locacin,

tamao del reservorio, el costo de

mantenimiento y cantidad de

sedimentos que ingresan con el

flujo de agua.

Fuente:

http://waterandpower.org/Construction_of_Hoover_D

am.html

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Imagen: Presa Hoover

Fuente:

http://www.parkerdesign.info/AR_site/html/

folsom_dam_mods/pre_storm_flood.html

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Fuente: http://www.panoramio.com/photo/16125100

https://coyotegulch.wordpress.com/category/colorado-

water/roaring-fork-watershed/fryingpan-watershed/

Clasificacin de los vertederos segn:

Servicio

Emergencia

Auxiliar

Criterio hidrulico: cada, sifn, tnel, etc.

Pueden ser:

Controlados

No controlados

Los vertederos se suelen usar en presas de

grandes tamaos, en donde el canal de salida

no sea muy estrecho.

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Fuente: http://parra.sdsu.edu/roberson_chapter07.html

FLUJO DE INUNDACIN DE DISEO

Determina el diseo de la presa.

Depende directamente de la locacin de la presa y del tipo.

Mtodos empricos basados en frmulas y en registros hidrolgicos para

encontrar este flujo de diseo.

Los mtodos varan dependiendo del pas.

Se suele usar el PMF(probable maximum flood=flujo de inundacin mximo

probable), que se puede obtener del PMP(probable maximum

precipitation=precipitacin mxima probable).

FLUJO DE INUNDACIN DE DISEO

Flood routing (trnsito de avenidas)

I: Flujo de entrada

O: Flujo de salida

V: Capacidad del reservorio

Para disear se debe estimar el mximo flujo de salida para un flujo de

entrada dado por los hidrogramas y escoger el tamao y tipo de vertedero.

En este caso se asume que el nivel inicial del reservorio es lo ms alto

posible.

BORDE LIBRE (FREEBOARD)

Distancia vertical entre el tope de la presa y el nivel de llenado mximo en el reservorio.

Componentes:

Nivel de altura de agua en el reservorio debido al trnsito de avenidas

Efecto del viento en la superficie del agua

Accin de las olas en la presa

Su determinacin envuelve juicio ingenieril, anlisis estadstico, consideracin del dao resultado de sobrepasar el nivel tope de la presa.

Fuente: http://upr.org/post/high-flow-water-experiments-aiding-wildlife-along-

colorado-river

La accin del viento puede ser estimada con la siguiente ecuacin:

U: velocidad del viento

F: mxima distancia que el viento puede recorrer al pasar por el reservorio

Alpha: ngulo del viento


Para la estimacin de la altura de las olas se puede utilizar la siguiente ecuacin:

Incluyendo la velocidad de las olas:

El borde libre en base al efecto de las olas en la superficie del agua:


SEDIMENTACIN EN EMBALSES

Este es un problema que a menudo afectan a los embalses, pierden capacidad debido al deposito de sedimentos en su interior.

La vida til de un embalse en la actualidad es de 100 aos, es una vida relativamente corta.

La escorrenta de sedimento en muchos

ros, aumenta continuamente, un

motivo principal es la influencia

humana.

Esto provoca una perdida de

almacenamiento. Se estima que ms de

30km3/ao se pierden en todo el

mundo.

Los sedimentos tienen una gran influencia sobre la factibilidad tcnica y econmica y sobre la operacin de proyectos de recursos hdricos y estructuras hidrulicas.

PROBLEMAS OCACIONADOS POR LOS SEDIMENTOS:

Deposito de slidos en los embalses reduciendo el volumen til y obstruyendo tomas.

Mayor tratamiento de agua que entra a la toma, desgaste de conducciones y abrasin de la maquina hidrulica.

Impacto ambiental causado por sedimentos en el embalse.

Degradacin en el cauce del rio debajo de la presa por efecto de la descarga de agua con mayor capacidad de arrastre de slidos.

Para el calculo de la cantidad de sedimentos depositados, se requiere:

El conocimiento de la cantidad y la composicin del sedimento

entrante.

El funcionamiento del embalse.

Las secciones transversales a lo largo del deposito.

La proporcin de la carga de sedimentos, W, que queda en suscepcin en

el extremo de un alcance de longitud L, se expresa :

En donde K es una constante en funcin de la velocidad de cada de las

partculas de sedimento, ws.

Eficiencia de una trampa de deposito

La curva superior se usa para cuando el sedimento entrante es altamente grueso.

La curva inferior es usada para cuando el sedimento entrante es coloidal.

Para que el nivel del embalse no disminuya tenemos las siguientes opciones: a. Minimizar la entrada de

sedimentos: es el ms eficaz y se puede logar mediante la eleccin ptima de la ubicacin del deposito.

b. Maximizar el flujo a travs de sedimentos: requiere la regulacin de flujo durante las inundaciones.

c. La recuperacin de almacenamiento: Se puede lograr mediante el lavado del sedimento depositado.

La cavitacin

El fenmeno consiste en un cambio rpido y explosivo de fase lquida a vapor. Si el liquido fluye a travs de una regin donde la presin es menor que su presin de vapor, ste hierve y forma burbujas. Estas burbujas son transportadas por el lquido hasta llegar a una regin de mayor presin, donde el vapor regresa al estado lquido de manera sbita aplastndose bruscamente las burbujas. La cavitacin es un fenmeno muy frecuente en sistemas hidrulicos donde se dan cambios bruscos de la velocidad del liquido.

Efectos de la cavitacin

Ruidos y golpeteos

Vibraciones

Erosiones del material.

Hay dos factores, la presin P y la velocidad U, que influyen en la aparicin de la cavitacin. Se combinan con densidad en el nmero de cavitacin, que es una forma del nmero de Euler:

Nmero de cavitacin incipiente para

protuberancias inclinadas

Si se presenta un dao por cavitacin , el diseo o el modo de operacin de la estructura deber ser cambiado o aplicar alguna proteccin. El mas frecuente de estos es la introduccin de aire en las partes en peligro, es

decir aeracin artificial para evitar presiones extremadamente bajas. Seleccionar materiales con mayor resistencia a la cavilacin.

ALIVIADEROS DE REBOSE

La forma bsica del perfil del aliviadero de rebose se deriva de la

envolvente inferior de la napa que fluye sobre una alta barrera

rectangular vertical con una velocidad de aproximacin V0 0 y un

espacio totalmente aireado debajo de la lmina de agua (P=P0), como se

muestra en la Fig. 4.5

Para una ranura de ancho b, altura h, y el

coeficiente de descarga de Cd, la

ecuacin de descarga es:

Cd es alrededor de 0.62.

Donde para Vo0 se

reduce a:

Scimeni (1937) expresa la forma de la lmina de agua

en las coordenadas X y Y, medida desde un origen en el

punto ms alto, por un valor unitario de H (Fig. 4.6)

como

Con K= 0.5 y n =1.85.

Como las napas para otros valores de H son de forma

similar, la ecuacin puede reescribirse como:

Como, K= 0.5, las presiones que actan sobre la superficie definida por la

ecuacin (4.18) son atmosfrica (p0), para K> 0,5 (curva b) las presiones

que actan sobre el aliviadero sern negativas (pp0 ).

Hd = Hmax

Presin atmosfrica

Cd= 0.745

Hd>Hmax Presin sobre el

aliviadero > que la

atmosfrica

0.578

Para vertederos cerrados, la colocacin de barreras por 0,2H aguas

abajo de la cresta reduce sustancialmente la tendencia a presiones

negativas de salida debajo de las barreras parcialmente elevada.

La descarga a travs de barreras parcialmente elevada puede ser

calculada (Fig. 4.7) a partir de:

Donde a es la distancia de

la barrera al borde de la

superficie del aliviadero, y

He la altura efectiva de la

barrera del aliviadero.

VERTEDEROS DE CANAL LATERAL Aliviaderos de canal lateral se utilizan principalmente cuando no es

posible o conveniente utilizar un aliviadero de rebose como por ejemplo

en las presas de escollera. Estos se colocan en el lado de la presa y tienen

un vertedero adecuado, el canal de flujo (canal) aguas abajo del

aliviadero, seguido por una rampa o un tnel.

Frecuentemente es recto y ms o menos perpendicular al eje de la presa

(Fig 4.8.)

El vertedero es generalmente diseado como un vertedero de rebose

normal (Seccin 4.7.1). La profundidad, la anchura y pendiente del lecho

del canal de flujo debe ser diseado de tal manera que incluso el caudal

mximo de inundacin pasa con un rebose libre sobre toda la cresta del

vertedor horizontal, de manera que el nivel del depsito no se ve

influenciada por el flujo en el canal. La anchura de la canal puede por lo

tanto aumentar en la direccin del flujo (Fig. 4.8).

TUNEL O CANAL DEL ALIVIADERO Es un canal empinado que transmite la descarga de un aliviadero

de rebose, canal lateral, o forma especial. El diseo de estos

canales requiere el manejo de tres problemas asociados con el

flujo supercrtico: ondas de interferencia, ondas de traslacin, y la

aireacin.

Ondas de interferencia son las ondas de choque que se producen cuando el flujo supercrtico es interferido, en entradas (Fig. 4.10), cambios de seccin, direccin,

o pendiente, pilares de puentes, etc. Son ondas estacionarias, cuya posicin depende de descarga; su importancia es que requieren un mayor francobordo y

paredes laterales del canal ms altas

Estas pueden minimizarse haciendo las transiciones entre las secciones

y la pendiente lo ms gradual posible. Si el conducto es

relativamente largo una reduccin muy gradual en la anchura

proporcional a la aceleracin del flujo puede producir algunos

ahorros en el costo.

La aireacin

Es la caracterstica ms importante del flujo supercrtico. Aunque beneficioso para la disipacin de energa y la proteccin de cavitacin, este provoca un aumento de la profundidad de flujo y por lo tanto requiere un aumento de

las paredes laterales del canal.

Ondas de traslacin

como su nombre lo indica, se mueven con el flujo en el cuenco amortiguador. Ellos requieren nuevamente un francobordo ms alto, y por impartir impulsos de

flujo inestable al cuenco amortiguador pueden incluso causar su falla. Se producen en laderas con 0,02<

S

Shaft spillways Aliviaderos de Pozo

Siphon spillways Aliviaderos de Sifn

Stepped spillways Aliviaderos Escalonados

Bottom outlets Desages de Fondo


Consiste en un aliviadero en forma de embudo.

Generalmente circular en planta.

Terminacin de tnel en un flujo de salida.

El tnel tambin se puede usar como parte de los desages de fondo o incluso

un canal de descarga de la turbina.

Similar a la del aliviadero overfall.


Flujo sumergido

Flujo libre


Aliviadero Morning glory con muelles anti vrtices


Son conductos cerrados en forma de U invertida .

Posee un parte superior corta y una inferior larga.

Si el nivel del agua aguas arriba aumenta, la velocidad en el sifn aumenta.

A es seccin transversal del sifn

H es la diferencia entre el nivel del agua, aguas arriba y sifn de salida o del

agua ro abajo.

Cd


Las principales ventajas que presentan los aliviaderos en sifn son:

Al trabajar en depresin pueden situarse incluso por encima del nivel normal

desembalse.

Se adaptan a cualquier nivel mximo de explotacin.

Posibilidad de construir el sifn sin obstaculizar la explotacin de la presa.

Construccin por mdulos y fcil enlace con las estructuras de disipacin de

energa existentes.

Se pueden proyectar de forma que entren en funcionamiento cuando la

avenida supere el caudal de los aliviaderos ya existentes.


El primer aliviadero fue construida alrededor del 700 aC.

En los tiempos modernos su uso era bastante limitado.

Los problemas cruciales son el rgimen de flujo y las preguntas asociadas de

arrastre de aire aire (y por lo tanto proteccin contra cavitacin).

Saltos hidrulicos completamente desarrollados.


Son aberturas en la presa utilizan para abajar el nivel del embalse.

El caudal de salida depended del tipo de puertas de control (vlvulas) y la

posicin del flujo de salida.

Se pueden usar como compensacin de flujo para un tramo de ro.

Permitir el vaciado del embalse para efectuar operaciones de mantenimiento

en la presa.

Reducir el volumen de material slido depositado en proximidad de la presa.

Si el chorro no es controlado adecuadamente puede provocar erosiones

localizadas peligrosas para la estabilidad de la presa misma.

Por ese motivo las descargas de fondo siempre estn equipadas con

disipadores de energa

GRACIAS!

EJEMPLO: flujo de entrada a un depsito tiene una concentracin media de

sedimento de 800 ppm.

Si el volumen del depsito es de 100x10^6 m3 y el caudal anual del ro

es de 900x10^6 m3, determinar la 'vida media' aproximada del

depsito. Supongamos que la porosidad media del sedimento asentado

durante este perodo es de 0,4.

Para el embalse vaco la relacin entre la capacidad y el flujo anual es 100/900=0.111; para el embalse medio lleno esta relacin es

50/900=0.005.

De la eficiencia fig 4.2 trampa del depsito completo es 89%, y para

el medio llena el depsito 71%.

La eficiencia media de trampa es por lo tanto aproximadamente 80%.

La descarga anual de sedimentos es :

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