Disipación de energía hidráulica mediante cuencos amortiguadores en el canal de pendiente variable del laboratorio de la Universidad Privada del Norte, 2015

Abstract

RESUMEN La presente investigación está enfocada en determinar de manera experimental la disipación de energía hidráulica para diferentes tipos de cuencos amortiguadores. Para tal propósito, se desarrolló en el laboratorio de hidráulica de la Universidad Privada del Norte una serie de ensayos bajo seis condiciones de flujo, de manera que, se obtuvo seis datos experimentales por cuenco. Las estructuras en estudio son los cuencos tipo I, II, III y IV según la clasificación de la U.S Bureau of Reclamation; cuencos que disipan la energía principalmente por la formación del resalto hidráulico y en segunda medida por la presencia de dados deflectores, bloques de impacto y umbrales de salida. Cada cuenco ha sido diseño y dimensionado de acuerdo a las características del canal de pendiente variable, realizando un grupo adicional de ensayos bajo las mismas seis condiciones de flujo para la estructura de embalse (rebosadero de sobreflujo de doble curvatura), sin cuenco amortiguador; este grupo de ensayos es utilizado para evaluar la energía específica inicial. El análisis experimental permitirá evaluar la disipación de energía y relacionar su comportamiento con otras características físicas, como son el número de Froude “Fr”, el caudal “Q” y la longitud del resalto. Como parte del proceso experimental, se realizó siete medidas de control de flujo con el propósito de ajustar experimentalmente la ecuación del caudal de descarga para rebosaderos de doble curvatura, q = 3,1587(H)1,6539, ecuación de ajuste para el cálculo de caudales unitarios “q” en función de la carga hidráulica “H”. Cada característica física medida directamente en laboratorio (en el caso de tirantes conjugados), o indirectamente mediante fórmulas (en el caso de velocidades, caudales y número de Froude), fue utilizada para determinar la disipación de energía y está establecida para cada tipo de cuenco en estudio y para cada una de las seis condiciones de flujo. Estos datos son presentados en las tablas N° 5, 6, 7, 8 y 9; del presente informe. Del mismo modo, se presentan en las tablas N° 10, 11, 12, 13 y 14 la disipación de energía hidráulica en %, para cada tipo de cuenco y para cada condición de flujo; llegando a un porcentaje máximo de disipación de 61,70% (correspondiente al cuenco amortiguador tipo IV y a un caudal “Q” de 0,00562 m3/s), y un porcentaje mínimo de 31,18% (correspondiente al cuenco amortiguador tipo II y a un caudal “Q” de 0,00978 m3/s). Otras características físicas importantes en la investigación, pero que no forman parte del cálculo de la disipación de energía, son la longitud y el tipo de resalto hidráulico, datos medidos por observación directa en el laboratorio y que son presentados en las tablas N° 15, 16, 17, 18 y 19; llegando a una longitud máxima de resalto de 62 cm con un resalto claro (correspondiente al rebosadero sin cuenco de amortiguamiento) y una longitud mínima de 15 cm con un resalto ahogado (correspondiente al cuenco tipo III).

ABSTRACT This investigation is focused on determining experimentally hydraulic power dissipation for different types of dampers basins. For this purpose, was developed in the laboratory of hydraulics Private University of North a series of tests under six conditions of flow, so that, six experimental data were obtained for each basin. The structures under study are basins type I, II, III and IV as classified by the U.S Bureau of Reclamation; basins dissipate energy mainly by the formation of the hydraulic jump and second measured by the presence of dice baffles, blocks impact and output thresholds. Each basin has been designed and sized according to the channel characteristics of variable slope, making an additional set of tests under the same six flow conditions for the structure of dam (overflow weir double curvature), without damper basin; this group of trials it’s used to evaluate initial specific energy. The experimental analysis will evaluate the energy dissipation and relate their behavior with other physical characteristics, such as the Froude number “Fr”, the flow “Q” and the length of the hydraulic jump. As part of the experimental process, seven flow control measures were performed with the purpose of experimentally adjusting the flow equation discharge for double curvature weirs, q = 3,1587 (H) 1,6539, adjustment equation for the calculation of unit flows “q” as a function of the hydraulic load “H”. Each physical property directly measured in the laboratory (in the case of straps conjugates), or indirectly by formulas (in the case of speeds, flows and Froude number), was used to determine the energy dissipation and is set for each type of basin under study and for each of the six flow conditions. These data are presented in tables N° 5, 6, 7, 8 and 9 of this report. Similarly, are presented in tables N° 10, 11, 12, 13 and 14 dissipation of hydraulic energy in %, for each type of basin and each flow condition; reaching a maximum percentage of dissipation 61,70% (corresponding to the stilling type IV and flow “Q” of 0,00562 m3/s), and a minimum percentage of 31,18% (corresponding to the stilling type II and flow “Q” of 0,00978 m3/s).Other important physical characteristics in research, but not part of the calculation of energy dissipation, are the length and type of hydraulic jump, data measured by direct observation in the laboratory and are presented in Tables N° 15, 16, 17, 18 and 19; reaching a maximum length of projection of 62 cm with a hydraulic jump clear (corresponding to the weir without basin buffer) and a minimum length of 15 cm with a drowned hydraulic jump (corresponding to type III basin).