Estudio de disipación de energía cinética en chorros para pequeñas estructuras hidráulicas - Casallas Abril, Mauricio Alejandro (Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito., 2020)
The study of the dissipation of kinetic energy in immersion jets has not had much development. Expanding research in this field allows to design collection chambers more efficiently in small hydraulic structures, making hydraulic designs more durable and functional. Recently research of dissipation bowls has been led by José María Carrillo (2014) and Luis Castillo (1989), mainly oriented to rectangular spillways. To expand knowledge in this field and contribute to the correct design of collection chambers, immersion and dissipation in low-flow hole jets are investigated. For the development of the work, an assembly was developed that allows the flow of jets with holes of 0.5, 0.75, 1 and 1.25 Inches. The assembly was worked with jets discharging flow between 0.11 l/s and 0.97 l/s that were impacted on a reservoir in which different volumes of wáter were stored, which we will henceforth call water mattresses, with 32 different heights ranging from 0mm to 300mm. For pressure measurement, 6 transducers were used where one corresponded to the impact point, and the others were separated 2.5cm and 5cm both upstream and downstream of the impact point. The combinations of holes, flow rates and water sheet heights in mattresses are the scenarios of this study. With the results obtained for the different scenarios, the graphical and numerical analysis of the incidence of each draft of the water mattresses in the dissipation of the kinetic energy of each of the jets is performed, both at the point of stagnation and at the surrounding points evaluated. A theoretical analysis is also carried out based on previous research carried out, especially in research developed for circular jets by Ervine (1997). Among the conclusions obtained are the water levels and key hydraulic ratios in which energy dissipation occurs, it is highlighted that the dynamic pressure has to dissipate in a water sheet heights - impact jet-diameter ratio (𝑌/𝐷𝑗) equal to 4, reaching total dissipation in a relationship 𝑌/𝐷𝑗=20. It also highlights the relationship of the characterization of the jets and their immersion with the pressure results obtained. The work also makes recommendations for future research.

El estudio de la disipación de la energía cinética en chorros de inmersión no ha tenido mucho desarrollo. Ampliar las investigaciones en este campo permite diseñar más eficientemente las cámaras de recolección en pequeñas estructuras hidráulicas, haciendo los diseños hidráulicos más durables y funcionales. Recientemente las investigaciones de cuencos de disipación has sido liderados por José María Carrillo (2014) y Luis Castillo ( 1989), principalmente orientadas a vertederos rectangulares. Para ampliar el conocimiento en este campo y contribuir al correcto diseño de cámaras de recolección se investiga la inmersión y disipación en chorros de orificio de bajo caudal. Para el desarrollo del trabajo se elaboró un montaje que permite el flujo de chorros con orificios de 0.5, 0.75, 1 y 1.25 Pulgadas. El montaje se trabajó con chorros descargando caudales entre 0.11 l/s y 0.97 l/s que fueron impactados sobre un depósito en el que se almacenaron volúmenes con láminas de agua, que en adelante denominaremos colchones de agua, con 32 diferentes alturas que varían entre los 0mm y los 300mm. Para la medición de presiones de emplearon 6 transductores donde uno correspondía al punto de estancamiento, y los demás estaban separados 2.5cm y 5cm tanto aguas arriba como aguas abajo del punto de impacto. Las combinaciones de orificios, caudales y alturas de lámina de agua en los colchones, constituyen los escenarios del presente estudio. Con los resultados obtenidos para los distintos escenarios se realiza el análisis gráfico y numérico de la incidencia que tiene cada calado de los colchones de agua en la disipación de la energía cinética de cada uno de los chorros, tanto en el punto de estancamiento como en los puntos aledaños evaluados. También se realiza un análisis teórico basado en las investigaciones previas realizadas, especialmente en la investigación desarrollada para chorros circulares por Ervine (1997). Entre las conclusiones obtenidas están los niveles de agua y relaciones hidráulicas clave en los que ocurre la disipación de la energía, se destaca que la presión dinámica tiene a disiparse en una relación altura de lámina de agua-diámetro de impacto de chorro (𝑌/𝐷𝑗) igual a 4, alcanzando una disipación total en una relación 𝑌/𝐷𝑗=20. También se resalta la relación de la caracterización de los chorros y su inmersión con los resultados de presión obtenidos. En el trabajo también se plantean recomendaciones para la realización de investigaciones futuras.
Keywords: Estructuras Hidráulicas; Turbulencia; Coeficiente de presión; Energía cinética - Chorros; Hydraulic Structures; Turbulence; Pressure coefficient; Kinetic Energy - Jets