Disipadores

CURSO:
Hidráulica II
ALUMNOS:
Álvarez Villanueva, Jairo
Bustamante Ruitón, Freddy
Huamán Sevilla, Zeidy
Ramos Correa, Antenor
Rodríguez Ortiz, María Isabel
Vilela López, Rafael
DOCENTE:
Ing. Luis Vásquez Ramírez

HIDRÁULICA II UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
1

2
I. INTRODUCCIÓN
Uno de los aspectos que generalmente merece especial atención en el diseño de obras hidráulicas es
la disipación de la energía cinética que adquiere un flujo en su descenso. Esta situación se presenta en
vertederos de excedencias, estructuras de caída, desfogues de fondo, bocatomas, salidas de
alcantarillas, etc.
La estructura disipadora de energía es una parte importante de la obra de excedencia que tiene por
objeto disipar la energía cinética que el agua adquiere en su caída desde el vaso hasta un sitio adecuado
en el fondo del cauce, donde no genere problemas de erosión o socavación. Estas estructuras se
diseñarán para que el agua, que sale del canal de descarga, se aleje lo máximo posible, dentro de lo
económico, de la cortina o de alguna estructura complementaria.
El tipo de disipador de energía que se diseñe depende de la clase de material que se tenga en el sitio
en que se puede descargar la avenida. Cuando se tenga roca sana, se puede descargar el agua
directamente del vertedor, en régimen rápido, sin necesidad de pasar a régimen tranquilo, siempre
que no vaya a causar problema a la pequeña presa o bordo de almacenamiento. Si el material es
erosionable, se diseña un tanque amortiguador de sección transversal rectangular, hecho de
mampostería o concreto armado.
Se debe estar consciente, que una falla en el diseño, instalación u operación de los disipadores puede
llevar a problemas como socavación, erosión o retención de material, que pueden terminar
produciendo la falla del vertedero y posteriormente la falla de la presa.
En el presente informe, se detallará el proceso y resultados obtenidos en la práctica de laboratorio con
disipadores de energía.
II. OBJETIVOS
 Diseñar tres tipos de disipadores de energía según el número del froude.
 Observar la fuerza y arrastre así como la socavación que se genera en un resalto
hidráulico.
 Aprender a identificar un salto hidráulico, clasificarlo y calcular la pérdida de energía
que genera, calcular y medir la longitud del mismo, asi como definir la necesidad de
una estructura disipadora de energía.
III. MARCO TEÓRICO

3
3.1. EL RESALTO HIDRÁULICO
Es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia
del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.
Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio
violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico.
Las características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de
flujo en canales, a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte
superiores a los límites permitidos por los materiales que componen el perímetro mojado.
El lugar geométrico en el que se presenta el resalto se denomina colchón hidráulico.
Una de las aplicaciones prácticas más importantes del salto hidráulico, es que se utiliza para disipar
la energía del agua que fluye sobre presas, vertedores y otras estructuras hidráulicas, y prevenir de
esta manera el fenómeno de socavación aguas debajo de dichas estructuras (Figura 1).
Fig. N° 1 Vertedor de cresta de caída rápida con resalto
3.2. GENERACIÓN DEL RESALTO HIDRÁULICO
El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a
consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad. Este
fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del
régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico.
3.3. GENERACIÓN DEL RESALTO HIDRÁULICO
El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a
consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad. Este
fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del
régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico. Consideremos el siguiente esquema:

4
Fig. N° 2 Resalto Hidráulico
En la sección 1 actúan las fuerzas hidrostática F1h y dinámica F1d; en forma similar, pero en sentido
contrario en la sección 2, F2h y F2d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas da como resultado
F1 y F2 respectivamente. En el estado de equilibrio, estas fuerzas tienen la misma magnitud, pero
dirección contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es mayor a F2d).
Debido a la posición de las fuerzas resultantes, ambas están espaciadas una distancia d, lo cual
genera un par de fuerzas de la misma magnitud, pero de sentido contrario. En razón a la condición
de líquido, las partículas que la componen adquirirán la tendencia de fluir en la dirección de las
fuerzas predominantes, presentándose la mezcla del agua con líneas de flujo superficiales
moviéndose en sentido contrario a la dirección de flujo y de manera inversa en la zona cercana a la
solera.
Tirante conjugado (aguas abajo del resalto):
g
yvyy
y 1
2
1
2
11
2
**2
42
 ..……………………..….. Ecua 01
Con
1
1
1
* yg
v
Fr  ..……………………..…..Ecua 02
La expresión del número de Froude (número adimensional que expresa la relación entre las fuerzas
de inercia y de gravedad), permitirá obtener la expresión adimensional de tirantes conjugados:
 181
2
1 1
1
1
2
 Fr
y
y
..……………………..…..Ecua 03
El tirante antes y después del resalto hidráulico resulta función del Número de Froude. Las
características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en
canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los
límites permitidos por los materiales que componen el perímetro mojado. El lugar geométrico en
el que se presenta el resalto se denomina colchón hidráulico.
Diferentes investigadores han profundizado en el tema de la disipación de la energía a través de un
resalto hidráulico; algunos han puesto atención a la relación entre los tirantes y condiciones de flujo

5
antes y después del resalto, los menos han abordado los mecanismos internos que gobiernan este
fenómeno hidráulico. Se ha investigado diferentes formas de colchones hidráulicos con el objeto
de lograr una mejor disipación de energía en una menor longitud.
3.4. TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO
Prácticamente, el resalto hidráulico es un medio útil para disipar el exceso de energía en un flujo
con régimen supercrítico. Su importancia radica en prevenir la erosión en la base de la estructura
aguas debajo de los vertedores de excedencia, rápidas y compuertas deslizantes, ya que esto
reduce rápidamente la velocidad del flujo sobre un piso protegido hasta un punto donde el flujo
pierde su capacidad de socavar el lecho (Figura 3).
Fig. N° 3 Tramo de resalto hidráulico
El resalto hidráulico utilizado para la disipación de energía y al lugar geométrico en el que se
presenta el resalto se le denomina colchón hidráulico.
Cuando el número de Froude de la descarga es igual a 1.0, el régimen es crítico y el resalto no se
puede formar. Cuando los números de Froude varían de 1.0 hasta aproximadamente 1.7, la
circulación tiene un régimen sólo ligeramente inferior al del tirante crítico, y el cambio de la
circulación con un tirante pequeño a uno elevado es gradual y se manifiesta solamente por una
ondulación ligera de la superficie del agua. Al aproximarse el número de Froude al valor de 1.7se
comienza a formar en la superficie una serie de pequeñas ondulaciones, que se hacen mayores con
los valores más elevados del número. Aparte de las ondulaciones superficiales, prevalece un flujo
bastante uniforme hasta que el número de Froude llega aproximadamente a2.5.
Cuando los números de Froude tienen valores comprendidos entre 2.5 y 4.5 se produce un resalto
oscilante, el chorro entrante corre alternativamente cerca de la plantilla y luego a lo largo de la
superficie del canal de aguas abajo. Este flujo oscilante produce ondas superficiales perjudiciales
que llegan mucho más allá del extremo del colchón amortiguador. En la variación de números de
Froude comprendida entre 4.5 y 9, ocurre un resalto estable y bien equilibrado. La turbulencia está
con final al cuerpo principal del resalto, y la superficie de flujo aguas abajo esta comparativamente
pareja. Al aumentar el número de Froude a más de 9,la turbulencia dentro del resalto y el remolino
de la superficie aumenta en actividad, resultando una superficie del agua irregular con ondas

6
superficiales fuertes aguas abajo del resalto. En la figura 4 se ilustran formas del fenómeno del
resalto hidráulico para varias series de valores del número de Froude.
 Fr entre 1.7 y 2.5 Forma A – Régimen antes del resalto
 Fr entre 2.5 y 4.5 Forma B – Régimen de transición
 Fr entre 4.5 y 9.0 Forma C – Zona de resaltos bien balanceados
 Fr mayor a 9.0 Forma D – Resalto efectivo pero con una superficie muy irregular aguas
abajo
3.5. DISIPADORES DE ENERGÍA
Cuando el agua corre por el vertedero y los canales o túneles de descarga contiene gran cantidad de
energía y mucho poder destructivo debido a las altas presiones y velocidades. Éstas pueden causar
erosión en lecho del río, en el pie de la presa, o en las estructuras mismas de conducción, poniendo en
peligro la estabilidad de las estructuras hidráulicas. Por lo tanto se deben colocar disipadores de
energía.
Para la selección del tipo de disipador se debe tener las siguientes consideraciones:
1. Energía de la corriente.
2. Economía y mantenimiento ya que éste eleva mucho el costo.
3. Condiciones del cauce aguas abajo (roca, suelo erodable, etc).
4. Ubicación de las vías de acceso, casa de máquinas, y demás estructuras hidráulicas ya que su
seguridad no puede quedar comprometida.
5. Congelamiento.
6. Efecto de las subpresiones y del vapor de agua sobre las instalaciones.
7. Daños causados a la fauna y la flora por la erosión.
8. Proyectos y poblaciones aguas abajo.
Existen varios tipos de disipadores de energía, entre los cuales se tienen:
Bloques de concreto o bafles:

7
Se instalan en el piso del tanque amortiguador para estabilizar el salto suministrando una fuerza en el
sentido de aguas arriba. También se instalan a lo largo del canal de descarga, intercalados, para hacer
que el flujo tenga un recorrido más largo y curveado, disminuyendo su velocidad.
Dientes o dados:
Se colocan a la entrada del tanque amortiguador para dispersar el flujo. También se colocan en los
vertederos y canales de descarga para disminuir la energía por medio de impacto. Cuando se colocan
en la contraescarpa distribuyen el impacto en un área mayor.
Por medio del uso de modelos reducidos se ha llegado a la conclusión que son muy eficaces para
caudales pequeños pero para grandes, el agua se subdivide con violencia y es lanzada en arco de gran
altura y al caer provoca socavaciones en el terreno. Debe tenerse en cuenta las cargas adicionales
sobre la estructura que transmiten los dados amortiguadores al vertedero, para que por mal diseño
de estos no se comprometa la estabilidad de la presa.
Escalones:
Se colocan con mayor frecuencia en el canal de descarga y disipan la energía por medio de impacto e
incorporación de aire al agua.
Tanques amortiguadores:
Disipa la energía cinética del flujo supercrítico al pie de la rápida de descarga, antes de que el agua
retorne al cauce del río. Todos los diseños de tanques amortiguadores se basan en el principio del
resalto hidráulico, el cual es la conversión de altas velocidades del flujo a velocidades que no puedan
dañar el conducto de aguas abajo. La longitud del tanque debe ser aproximadamente la longitud del
resalto. Ésta se puede disminuir construyendo bloques de concreto, dientes o sobre elevando la
salida. Es muy importante tener en cuenta el número de Froude para saber la forma y características
del resalto y del flujo y así definir el tipo de estanque.
La siguiente gráfica muestra como va variando el régimen del flujo a medida que aumenta la velocidad
en un tanque tipo I en el cual se provoca un piso horizontal, sin bloque de impacto, dientes o umbral
extremo. Frecuentemente no resulta un tanque atractivo debido a su excesiva longitud.
De acuerdo con el número de Froude, los tanques empleados son :
1. Cuando Froude es menor que 1,7 no necesita emplear tanques amortiguadores, deflectores u
otros dispositivos amortiguadores.

8
2. Cuando 1,7<F<2,5 Es la etapa previa al resalto. Como no tiene turbulencia, no son necesarios
amortiguadores pero el tanque debe ser lo suficientemente largo para almacenar toda la longitud en
la que se produce la retardación,
3. Cuando 2,5<F<4,5 es el tanque tipo IV. No se forma un verdadero resalto, es un régimen de
transición. Aunque reduce el oleaje excesivo creado por saltos imperfectos, las olas seguirán más allá
del estanque, por lo que se deben usar dispositivos amortiguadores.
4. Cuando F> 4,5 es el estanque tipo III. Se forma un verdadero resalto. La instalación de dispositivos
como bloques deflectores, dientes amortiguadores y umbral terminal en el suelo del estanque,
permiten acortar su longitud en un 60%. Se usa para canales de descarga de vertedores y estructuras
pequeñas en canales, donde la velocidad no exceda de 15-18 m/s.
5. Para F> 4.5 es el tanque tipo II. La longitud del tanque está reducida alrededor del 33% con
dientes al principio y al final del tanque. Se usa en grandes caídas, descargas de vertedores o canales.
Estanques de amortiguadores :
Tipo impacto:
Es una estructura amortiguadora donde la disipación se da cuando el chorro de llegada choca con un
deflector vertical suspendido y por los remolinos que se forman debido al cambio de dirección de la
corriente después de haber chocado con el amortiguador. Es indispensable que la estructura sea lo
suficientemente fuerte para soportar el empuje que produce el chorro sin deslizarse ni poner en
peligro la presa.
Con válvulas de control de chorro hueco:
El chorro sale inducido por una válvula y choca contra una pantalla inclinada. Es usada para grandes
descargas en estructuras de control en el extremo de aguas abajo. Es mucho más corto, alrededor del
50% menos que un tanque convencional. Para reducir costos y salvar espacios es construido adyacente
o en el interior de la casa de máquinas.
Estanques de inmersión:
La energía se disipa por medio de choque ya que el agua cae libre y verticalmente en un estanque en
el lecho del río. Debido al gran poder erosivo del agua, se tiene que revestir el cauce y sus paredes con
rocas o concreto de modo que quede como una especie de piscina de clavados. De todas maneras los
materiales sufren mucho desgaste por el constante choque por lo cual se le debe hacer un buen
mantenimiento.
Losas dentadas para canales o descarga de vertedores:
Se usa en canales donde el agua debe bajarse de una elevación a otra. La losa impide aceleraciones
inconvenientes del flujo a medida que el agua avanza por el vertedero. El canal puede diseñarse para
descargas hasta de 5.5 m3
/s por metro de ancho y la caída puede ser tan grande como sea

9
estructuralmente factible. Con la losa el agua llegará al pie del vertedero con una velocidad
relativamente baja y no requerirá tanque amortiguador.
Salto de esquí:
Se utiliza para grandes descargas, principalmente en los vertederos. Ésta se hace directamente sobre
el río. Se utilizan unos trampolines para hacer saltar el flujo hacia un punto aguas abajo reduciendo
así la erosión en el cauce y el pie de la presa. La trayectoria del chorro depende de la descarga, de su
energía en el extremo y del ángulo con el que sale del trampolín. Su funcionamiento se ve con la
formación de dos remolinos uno en la superficie sobre el trampolín y el otro sumergido aguas abajo;
la disipación de la energía se hace por medio de éstos.
Existen dos modelos, trampolín liso y trampolín estriado, ambos con igual funcionamiento hidráulico
y con las mismas características, que difieren únicamente en la forma de salir el agua del trampolín.
En el liso el agua sale con mayor ángulo y choca con la superficie, creando remolinos y haciendo que
el flujo aguas abajo no sea uniforme.
En el estriado, el agua sale con menor ángulo lo que hace que el choque con la superficie sea más suave
y que el flujo aguas abajo sea uniforme. Debido a que tiene dos ángulos diferentes de lanzamiento,
incorpora aire y también genera remolinos horizontales disipando mayor cantidad de energía.
Aunque en el trampolín estriado se obtiene mejor disipación con menos perturbación, es más sensible
con las variaciones de caudal, veamos:
Cuando la descarga es insuficiente (mínima), el chorro empuja el remolino a lo largo del cauce,
produciendo erosión aguas abajo ya que se lo puede llevar a una zona que no esté protegida.
Al aumentar el caudal, el remolino empieza a remontar, desplazándose aguas arriba, llegando al
comportamiento ideal, pero el caudal sigue aumentando y cuando es demasiado grande, se produce
el fenómeno de chorro ahogado. El chorro ya no se eleva al salir del trampolín si no que sigue por el
fondo del canal, y el remolino se forma en la superficie, lo que produce erosión.
Cuando el caudal empieza a disminuir, el chorro se empieza a elevar y a producir el remolino en el
fondo, rellenando lo erosionado (etapa B), en este proceso es muy importante tener en cuenta la
dirección de los remolinos en cada etapa para poder entender lo que sucede.
En los amortiguadores estos son los principales o los que más se han desarrollado, pero para cada
proyecto puede decirse que se crea un nuevo disipador ya que todos los proyectos son distintos y
tienen diferentes regímenes; además las combinaciones que se pueden hacer son infinitas. También se
debe estar consiente, que una falla en el diseño, instalación u operación de los disipadores puede llevar
a problemas como socavación, erosión o retención de material, que pueden terminar produciendo la
falla del vertedero y posteriormente la falla de la presa. Así pues los diseños de estructuras disipadoras

10
de energía, obedecen a estudios experimentales que tienen en cuenta las características propias del
flujo a manejar, del sitio de la construcción y su engranaje con el conjunto total de la obra, lo que hace
que cada diseño sea único, y crea la necesidad de construir modelos hidráulicos para garantizar que el
funcionamiento corresponda a lo planteado teóricamente.
3.6. CANALES DENTADOS
Los canales dentados están provistos de accesorios especiales, incluidos bloques, umbrales y pilares
deflectores. Este tipo de lozas dentadas, para canales o descarga de vertedores, se usa en canales
donde el agua debe bajarse de una elevación a otra, para impedir aceleraciones inconvenientes del
flujo a medida que el agua avanza por el vertedero. El canal puede diseñarse para descargas hasta
de 5.5 m3/s por metro de ancho y la caída puede ser tan grande como sea estructuralmente
factible. Con la losa, el agua llegará al pie del vertedero con una velocidad relativamente baja y no
requerirá un colchón hidráulico amortiguador.
3.6.1. CANAL CON BLOQUES
Los bloques en la rápida se utilizan para conformar una estructura dentada a la entrada del canal
de entrega. Su función es dividir el chorro de entrada y elevar una parte de él desde el piso,
produciendo una longitud de salto más corta que la que sería posible sin ellos. Estos bloques
también tienden a estabilizar el resalto y por consiguiente a mejorar su comportamiento (Figura
10).
Fig. N° 4 Bloques a la entrada del colchón hidráulico
3.6.2. CANAL CON REMATE DENTADO
Los umbrales dentados a menudo se colocan al final del canal de entrega (Figura 11). Su función es
reducir además la longitud del resalto y controlar la socavación. Para canales largos, diseñados para
altas velocidades de entrada, el remate o umbral - por lo general - es dentado, para llevar a cabo la

11
función adicional de volar la parte residual del chorro de alta velocidad que puede alcanzar el
extremo del canal de salida.
Fig. N° 5 Umbrales a la salida del canal de entrega.
3.6.3. CANAL CON PILARES DEFLECTORES
Son bloques localizados en posiciones intermedias sobre el piso del canal de entrega (Figura 12). Su
función es disipar la energía principalmente mediante una acción de impacto. Los pilares
deflectores son muy útiles en pequeñas estructuras con velocidades de entrada bajas.
Fig. N° 6 Pilares deflectores en el canal de entrega
Fig. N° 7
3.7. ESTANQUES AMORTIGUADORES
Los estanques amortiguadores tienen su aplicación en vertederos de excedencias, rápidas y
estructuras de caída libre. En ellos la energía se disipa por medio de choque ya que el agua cae libre
y verticalmente en un estanque en el lecho del río. Debido al gran poder erosivo del agua, se tiene

12
que revestir el cauce y sus paredes con rocas o concreto. De todas maneras los materiales sufren
mucho desgaste por el constante choque por lo que se debe hacer un mantenimiento periódico.
Un estanque amortiguador se hace necesario cuando no es posible lograr la disipación de energía
deseada de manera natural, es decir, cuando el tirante conjugado necesario es mayor al tirante
existente aguas abajo. En esos casos se considera la alternativa de forzar a la disipación a través de
un estanque artificial, obligando el desarrollo del resalto hidráulico en un tramo lo más corto
posible. Para este propósito, serán necesarias obras complementarias que permitan proteger el
perímetro mojado de la zona de mayores velocidades.
Al pie de la caída se presenta el tirante mínimo ymin y por lo tanto la energía específica máxima
(Figura 13). Si ymin = y1, para la formación del resalto hidráulico será necesario contar con un
tirante conjugado y2, que deberá desarrollarse por efecto de las condiciones de escurrimiento
existentes aguas abajo (ab); es decir que y2≈yab.
Fig. N° 8 Resalto hidráulico para ymin < y1
Si yab < y2, el resalto hidráulico no se formará en la sección 1, sino que por efecto de su energía
cinética, la zona de régimen supercrítico se desplazará aguas abajo, hasta encontrar un tirante que
sea próximo al tirante conjugado. Sin embargo, es posible que la zona de régimen supercrítico tenga
una longitud mayor a la máxima establecida por los criterios adoptados para el proyecto.
Para incrementar el tirante de aguas abajo existen varias posibilidades:
 profundizar el piso o construir un travesaño de fondo.
 incrementar la rugosidad de la loza de fondo
 reducir el ancho de la sección.
 reducir la pendiente de la loza de fondo.
3.8. ESTANQUES AMORTIGUADORES DE LA U.S.B.R.
De acuerdo a la clasificación del U.S. Bureau of Reclamation, existen cinco tipos de estanques
amortiguadores:
 TIPO I Para canales con pendiente moderada.

13
 TIPO II Estanques amortiguadores para vertederos de presas grandes y de tierra con
canales extensos,
 TIPO III Pequeños estaques amortiguadores para estructuras de canal, pequeñas
estructuras de salida, y vertederos menores.
 TIPO IV Utilizado en estructuras de canal y en presas de derivación. Este diseño reduce
las ondas excesivas creadas en resaltos imperfectos.
 TIPO V Estanques amortiguadores con pendientes pronunciadas. El principal objetivo en
el diseño hidráulico de un estanque amortiguador es la determinación del ancho y
elevación del estanque para formar un resalto hidráulico estable. Esto se obtiene
cuando el nivel del agua de la altura conjugada es igual al nivel del tirante aguas abajo.
3.8.1. Estanque Amortiguador Tipo I
Los estanques de tipo I deben ser utilizados cuando el número de Froude Fr 1es menor a 1.7,sin
embargo en la práctica este límite puede extenderse a 2.5. Cuando el número de Froude es1.7 el
tirante conjugado Y2 es aproximadamente el doble del tirante de llegada, o aproximadamente 40%
mayor que el tirante crítico. La velocidad de salida v2 es aproximadamente la mitad de la velocidad de
llegada, o 30% menor que la velocidad crítica. Las longitudes del canal más allá del punto dónde el
tirante comienza a cambiar no deben ser menores que aproximadamente 4 y 2. La longitud del
estanque puede ser aproximada por la longitud Lj en la figura 6-3 puede ser utilizada para calcular la
altura del estanque

14
Fig. N° 9 Estanque amortiguador tipo I. a.)Longitud del resalto; b.) Relación hab / y1 ;
c) relación L/y2 ; d) Pérdida de energía en el resalto (Mays, 2000)
3.8.2. Estanque Amortiguador Tipo II
El estanque amortiguador tipo II se desarrolló para cuencos disipadores de uso común en vertederos
de presas altas, de presas de tierra y para estructuras de canales grandes. El estanque contiene bloques
en la rápida 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 cavitación en dichos bloques. En la figura 6.13 se muestran los detalles constructivos y
los datos necesarios para el cálculo. Este tipo de disipadores son utilizados cuando el número de
Froude está por encima de 4.5 o velocidades mayores a 15 m/s.

15
Fig. N° 10 Estanque amortiguador para números de Froude por encima de 4.5 a)
Dimensiones del estanque tipo II; b) Tirante mínimo; c) Longitud del resalto (Mays,
2000)
3.8.3. Estanque Amortiguador Tipo III
Los estanques amortiguadores tipo III son más cortos que los del tipo II, y poseen un umbral de salida
y dados amortiguadores aguas abajo del los bloques de caída. La velocidad de llegada para este tipo
de disipador debe ser limitada para prevenir la posibilidad de presiones bajas en los dados
amortiguadores que pueden originar cavitación. El comportamiento de este disipador indica que su
longitud y la del resalto pueden reducirse alrededor del 60%, con accesorios en comparación con el
80% para el disipador SAF. Los estanques tipo III son utilizados en pequeños vertederos, estructuras
de salida, y en pequeñas estructuras de canal donde v1noexcede de 15 a 18 m/s y el número de Froude
Fr 1>4.5.

16

17
Fig. N° 11 Estanque amortiguador para numero de Froude por encima de 4.5 y velocidad
de llegada < 18 a) dimensiones del estanque tipo III ; b) alturas del dado y del umbral;
c) tirantes minimos (Mays, 2000)
3.8.4. ESTANQUE AMORTIGUADOR TIPO IV
Cuando el número de Froude esta comprendido entre 2.5 y 4.5, se producirá un resalto oscilante en el
estanque amortiguador, el cual genera una onda que es difícil de atenuar. El estanque amortiguador
tipo IV se diseña para combatir este problema eliminando la onda en sufuente1. 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 rápida cuyo número mínimo requerido para este
propósito se muestra en la figura 6.13. para un comportamiento hidráulico mejor, es conveniente
construir estos bloques más angostos que lo indicado, preferiblemente con un ancho igual a 0.75 y 1,
y fijar la profundidad de salida, de tal manera que sea un 5% a 10% mayor que la profundidad recuente
del resalto. La longitud del estanque puede determinarse mediante la curva c.) de la figura 20. El
estanque tipo IV se utiliza en las secciones transversales rectangulares.
Fig. N° 12 Estanque amortiguador tipo IV. a) Dimensiones del estanque; b) Tirante
mínimo; c)Longitud del resalto (Mays, 2000)

18
3.9. FUERZA DE ARRASTRE
Cuando un cuerpo de cualquier forma se encuentra en el interior de un fluido, el paso o movimiento
del fluido a través de él, produce una fuerza, la cual tiende a mover dicho cuerpo. Esta fuerza tiene
componentes según los tres ejes coordenados, la fuerza según la dirección de la corriente fluida se
denomina fuerza de arrastre FR, la fuerza perpendicular a la corriente se denomina fuerza de
sustentación FS y la tercera fuerza se denomina fuerza lateral FL. El conocimiento de estas fuerzas
es de gran importancia en el diseño y cálculo de carros, barcos, edificios, avisos, pilas de puentes,
etc. Por la complejidad del problema se hace necesario recurrir a la construcción de modelos de
laboratorio, en túneles de viento o en canales con corrientes de agua.
Experimentalmente se ha encontrado que la fuerza de arrastre FR se puede expresar como:
2
**
2
V
ACF DR  ..……………………..…..Ecua 17
Donde, en el sistema métrico técnico:
FR: es la fuerza de arrastre expresada en kg.
CD: es un coeficiente adimensional denominado coeficiente de arrastre, el cual es función del
número de Reynolds del modelo.
ρ : es la densidad del fluido
A: es generalmente el área frontal del modelo, perpendicular al flujo, en cada caso se debe
establecer con precisión el área correspondiente, en m2
.
V : es la velocidad media del flujo de aproximación, en m/s.
IV. MATERIALES Y EQUIPO
Canal de pendiente variable de sección
rectangular, cronómetro, aforador.
Vertedero de madera tipo cimacio,
compuerta de madera, regla, barrera de
vidrio al final del canal.
Disipadores de energía

19
V. PROCEDIMIENTO
ESTANQUES AMORTIGUADORES DE LA U.S.B.R.
1. Aforo del modelo
2. PRUEBA PARA TANQUE AMORTIGUADOR TIPO I
Luego de abrir la válvula de entrada
al modelo y obtener un flujo
constante; con un aforador de
caudales (jarra graduada) se
procede a medir hasta de tres
intervalos de tiempo (s) para un
mismo volumen de 4 litros.
Se instala el cuenco amortiguador
tipo I para observar y comprobar
tirantes.
figura-1
figura-2

20
3. TANQUE AMORTIGUADOR TIPO II
Detalles e instalación del tanque disipador.
Se miden los tirantes
para Y1, Y2, Yn Y’n ,L;
comprobar si la
disipación de energía
generada por el
desnivel del vertedero
de descarga.
figura-3
Y2
Y2
Y1
Y2
FLUJO DE AGUA
Yn
Y2

21
Toma de medidas
NOTA:LAS MEDIDAS DE LAS PARTES DEL TANQUE AMORTIGUADOR FUERON TOMADOS PARA
TIRANTES DE RESALTO GENERADOS EN ANTERIORES PRÁCTICAS PARA UN NÚMERO DE FROUD DE
2.5-4.5 POR LO QUE EL CAUDAL A TRABAJAR NO DEBE PASAR DE 0.6 L/s EN ESTA PARTE DE LA
PRÁCTICA SE USÓ UN CAUDAL DE 0.5L/s

22
Y2
Y2
Y1
Y2
Y1= altura y ancho de los dientes
Se miden los tirantes Y1, Y2, Yn Y’n ,L; comprobar si la
disipación de energía generada por el desnivel del
vertedero de descarga y si el tipo de tanque es
suficiente o necesita ajustar medidas .
 Y2= tirante conjugado mayor.
 Y1 = tirante conjugado menor.
 Yn = tirante normal aguas abajo.
 L = Longitud del resalto
L
Y2
Yn
Y2
Se observa choques fuertes frente a los dados disipadores de energía esto
indica que puede generar cavitación y por ende desgaste en el concreto.
También se observa bastante turbulencia aguas abajo permitiendo la
socavación

23
4. TANQUE AMORTIGUADOR TIPO III
Detalles e instalación del tanque disipador.

24
Toma de medidas
NOTA: las medidas de las partes
del tanque amortiguador fueron
tomados para tirantes de resalto
generados en anteriores
prácticas para un número de fr>
4.5 por lo que el caudal a
trabajar no debe pasar de 1.0 L/s

25
VI. CÁLCULOS
FLUJO DE AGUA
Y2
Y1
Yn
L
Los efectos de erosión aguas debajo
de la posa es notoria por lo que es
necesario ajustar la longitud de posa

26
DISEÑO DE LAS POZAS DE AMORTIGUACION
POZA TIPO 1:
En este tanque amortiguador
solamente vamos a diseñar la longitud
de la posa (L1).
Pero a manera de comprobación, utilizaremos el nomograma de tirantes conjugados para
calcular el y2.
Así pues, haciendo uso del nomograma de
la derecha, con un Y1= 0.50 𝑐𝑚 (medido),
calculamos el y2.
Froude:
𝐹𝑟 =
𝑉
√ 𝑔 ∗ 𝑦
=
(
0.001
0.137 ∗ 0.005
)
√9.81 ∗ 0.005
𝐹𝑟 = 6.5
Tirantes conjugados:
𝑦2
𝑦1
= 8.25 → 𝑦2 = 8.25𝑦1
𝑦2 = 4.1𝑐𝑚 ≈ y2−𝑀𝐸𝐷𝐼𝐷𝑂 = 3.95 𝑐𝑚
Luego:
Con pruebas realizadas en el canal
de pendiente variable que
tenemos en laboratorio,
obtuvimos flujos con un máximo
de caudal, aproximadamente de
1lt/seg.
Con este máximo caudal de
prueba, medimos los tirantes
conjugados, obteniendo:
Y1= 0.50 𝑐𝑚
y2= 3.95 𝑐𝑚

27
𝐿 = 6.9(𝑦2 − 𝑦1) = 6.9(4.1 − 0.5)𝑐𝑚
𝐿 = 24.8 𝑐𝑚
POZA TIPO 2: Este tipo de cuenco puede ser efectivo hasta un número de Froude tan bajo como 4.
o En principio determinamos la longitud del tanque (L), usando el nomograma siguiente:
si:
𝑦1 = 0.5 𝑐𝑚 → 𝐹𝑟 =
𝑉
√ 𝑔∗𝑦
=
(
0.001
0.137∗0.005
)
√9.81∗0.005
𝐹𝑟 = 6.5
Así: 𝑦2 = 4.1 𝑐𝑚 →
𝐿
𝑦2
= 4.1
𝐿 = 16.8 𝑐𝑚
Luego los demás parámetros serán:

28
o Espaciamiento entre dados: 𝑠1 = 𝑦1 → 𝑠1 = 0.5 𝑐𝑚
o La altura de los bloques de la rápida es igual a la profundidad 𝑦1: ℎ1 = 𝑦1 → ℎ1 = 0.5 𝑐𝑚
o La altura del umbral dentado es igual: ℎ2 = 0.2 ∗ 𝑦2 → ℎ2 = 0.82 𝑐𝑚
o El ancho y el espaciamiento máximo recomendado son: 𝑠2 = 0.15 ∗ 𝑦2 → 𝑠2 = 0.615 𝑐𝑚
o Podemos también calcular la inclinación o pendiente (𝜽)de la rápida de entrada; así:
Si: 𝐹𝑟 = 6.5 → 𝜃 = 8º
En realidad, la pendiente de la rápida, en algunos casos, tiene un efecto sobre el resalto
hidráulico. Es recomendable que la intersección aguda entre la rápida y el cuenco se
remplace por una curva de radio razonable (R ≥ 4 D1) cuando la pendiente de la rápida es
1:1 o mayor. Los bloques de la rápida pueden incorporarse a la superficie curvas con tanta
facilidad como a las planas. En rápidas empinadas la longitud de la superficie superior de los
bloques debe hacerse lo suficientemente larga como para deflectar el chorro.

29
POZA TIPO 3: Este cuenco utiliza dados en la escarpa y la solera, así como un umbral final para acortar
la longitud del cuenco, y reducir las altas velocidades dentro del menor cuenco posible.
En principio calculamos la altura de los bloques de impacto y del umbral:

30
o Altura del bloque de impacto: ℎ3 = 1.7 ∗ 𝑦1 → ℎ3 = 0.85 𝑐𝑚
o Altura del umbral final: ℎ4 = 1.3 ∗ 𝑦1 → ℎ4 = 0.65 𝑐𝑚
Luego la separación entre bloques de impacto será : 0.75 ∗ ℎ3 = 0.638 𝑐𝑚
La corona de los bloques de impacto serán:0.2 ∗ ℎ3 = 0.17 𝑐𝑚
Finalmente calculamos la longitud del tanque :
Si: 𝐹𝑟 = 6.5 → 𝐿 = 2.5 ∗ 4.1
𝐿 = 10.3 𝑐𝑚

31
VII. RESULTADOS
POZA TIPO III:
VIII. Para un Volumen de 4lts. Se midieron los siguientes tiempos de aforo:
Donde: 𝑄 =
𝑉𝑜𝑙.
𝑡 𝑝
=
4
4.285
= 0.933 𝑙𝑡𝑠.
𝑠⁄
Para los siguientes tirantes:
𝑦𝑛 = 19.7 𝑐𝑚
𝑦𝑐 = 1.3 𝑐𝑚
𝑦1 = 0.6 𝑐𝑚
𝑦2 = 2.3 𝑐𝑚

32
Para este caso se realizó una buena disipación de energía de manera eficaz, con poca turbulencia
aguas después del resalto evitando la erosión para un caso real, además se observó la elevación
del tirante aguas abajo como lo demuestra la siguiente imagen:
En cuanto al arrastre de sedimentos aguas abajo no se observó mayores cambios en la
configuración de la base del canal, debido a que se colocó material resistente (piedra), difícil de
arrastrar por el cauce de prueba, además la disipación de energía efectuada por los dados y la poza
fue buena.
POZA TIPO II:
Para un Volumen de 4lts. Se midieron los siguientes tiempos de aforo:
Donde: 𝑄 =
𝑉𝑜𝑙.
𝑡 𝑝
=
4
6.825
= 0.586 𝑙𝑡𝑠.
𝑠⁄
𝑦𝑛 = 19.3 𝑐𝑚
𝑦𝑐 = 0.6 𝑐𝑚
𝑦1 = 0.4 𝑐𝑚
𝑦2 = 1.1 𝑐𝑚
En este tipo de poza se observó una buena disipación de energía de manera eficaz, reduciendo de
cierta forma la turbulencia y velocidades altas aguas abajo, en este caso se diseñó una longitud de
poza de 13 cm. Se midió la longitud del resalto que fue de 10 cm. Por lo que podemos aseverar
que el diseño se formuló de manera correcta la poza.
El arrastre de material se observó más notoriamente en este caso puesto que no se contaba con
dados en el interior de la poza que redujeran de manera significativa la energía cinética del flujo.
POZA TIPO I:
Para un Volumen de 4lts. Se midieron los siguientes tiempos de aforo:
Donde: 𝑄 =
𝑉𝑜𝑙.
𝑡 𝑝
=
4
4.463
= 0.896 𝑙𝑡𝑠.
𝑠⁄
𝑦𝑛 = 19.7 𝑐𝑚
𝑦𝑐 = 1.6 𝑐𝑚
𝑦1 = 0.5 𝑐𝑚

33
𝑦2 = 1.2 𝑐𝑚
Para este caso no se produjo una buena disipación de energía, puesto que no se contaba con
ningún diente o dado deflector, produciéndose el arrastre de casi todo el material colocado aguas
abajo.
t (seg.)
𝒕 𝟏 4.38
𝒕 𝟐 4.69
𝒕 𝟑 4.49
𝒕 𝟒 4.29
𝒕 𝒑 4.463
IX. CONCLUSIONES
 Se diseñaron tres tipos de disipadores de energía: Poza tipo I, II y III.
 Observamos la fuerza y arrastre así como la socavación que se genera en un resalto
hidráulico.
 Aprendimos a identificar un salto hidráulico, clasificarlo y calcular la pérdida de energía
que genera, la longitud del mismo, asi como definir la necesidad de una estructura
disipadora de energía.
X. BIBLIOGRAFÍA
http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/disipadores/disipadores_de_energia.ht
ml
http://www.scribd.com/doc/81688365/47/DISIPADORES-DE-ENERGIA
http://www.scribd.com/doc/40088784/DISIPACION-DE-ENERGIA

Disipadores

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Disipadores

Similar a Disipadores (20)

Más de Rafael Vilela López

Más de Rafael Vilela López (6)

Disipadores