Date post: | 03-Oct-2015 |
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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
DAM OUTLET WORKS
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
DAM OUTLET WORKS
Imagen: Presa Hoover
Fuente:
http://www.parkerdesign.info/AR_site/html/
folsom_dam_mods/pre_storm_flood.html
DAM OUTLET WORKS
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.
DAM OUTLET WORKS
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
BORDE LIBRE (FREEBOARD)
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:
BORDE LIBRE (FREEBOARD)
BORDE LIBRE (FREEBOARD)
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
Shaft spillways Aliviaderos de Pozo
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.
Shaft spillways Aliviaderos de Pozo
Shaft spillways Aliviaderos de Pozo
Flujo sumergido
Flujo libre
Shaft spillways Aliviaderos de Pozo
Shaft spillways Aliviaderos de Pozo
Aliviadero Morning glory con muelles anti vrtices
Siphon spillways Aliviaderos de Sifn
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
Siphon spillways Aliviaderos de Sifn
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.
Siphon spillways Aliviaderos de Sifn
Siphon spillways Aliviaderos de Sifn
Siphon spillways Aliviaderos de Sifn
Stepped spillways Aliviaderos Escalonados
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.
Stepped spillways Aliviaderos Escalonados
Bottom outlets Desages de Fondo
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
Bottom outlets Desages de Fondo
Bottom outlets Desages de Fondo
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 :