ALIVIADERO EN SIFÓN REGULABLE.

Aliviadero en sifón regulable. Objeto de la invención El objeto de la presente invención consiste en un aliviadero en sifón regulable, cuya finalidad es proporcionar un sifón que incorpore elementos de control que puedan actuar de forma automática o con intervención humana y permita regular de modo óptimo su flujo. Se describirá un modo de realización preferente consistente en su aplicación para la regulación de embalses pero, admite otros usos. Concretamente el dispositivo que se presenta a continuación tiene las posibilidades: a) dejarse preparado para que pueda modificarse la ley de -niveles en embalse caudales evacuados- para que pueda ser la que se desee para un próximo futuro, b) modificar sin costo, en cuestión de minutos esa ley tantas veces como se desee y c) regular sobre la marcha los caudales evacuados durante una avenida a los valores que se deseen, en forma instantánea y con métodos de tan baja demanda energética que se pueden efectuar a mano si hubiera un fallo de suministro, d) gran facilidad para, con poco gasto, disponer de elementos redundantes que cubran de fallos o averías. Campo de la invención Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria de las obras hidráulicas y construcción en general. Antecedentes de la invención Son varios los dispositivos de evacuación de aguas excedentes (normalmente por avenidas) de un embalse o de un canal. Con multitud de variantes o adaptaciones a situaciones específicas, cabe señalar tres grandes tipos: 1.- De superficie, generalmente llamados aliviaderos. En ellos al alcanzar el agua una determinada cota vierte sobre el umbral de un canal que conduce al agua derivada al lugar que se estima apropiado (normalmente un cauce fluvial). Naturalmente cuanto más agua llegue al dispositivo más sube el nivel y mayor es la cantidad de agua derivada. La adecuación del funcionamiento a las cambiantes situaciones que puedan esperarse queda limitada a la fase de diseño en la que se pueden disponer las formas para que la cantidad de agua (creciente con los niveles) que se vaya a evacuar sea a cada nivel la que el proyectista planifique, pero no habrá posibilidad de actuación o modulación ninguna para adaptarse a las características de la avenida que se presenta en un momento concreto. Para corregir este inconveniente es muy frecuente disponer en estos aliviaderos de compuertas (bien alzables, bien abatibles) que permiten una actuación humana que flexibilice el funcionamiento. Ha de señalarse que aunque este elemento añadido permite evitar algunas situaciones indeseables introduce un riesgo que aunque muy improbable (por adoptarse cautelas y redundancias para hacerlo mínimo) se ha presentado en algunas ocasiones. Se trata de que, al haber que mover pesos considerables, si fallase la fuente de energía la situación quedaría fuera de un control con el que se contaba y podría haber daños de consideración. 2.- De fondo. En estos desagües se deriva a cierta profundidad del embalse o canal uno o varios conductos que regulados por compuertas permiten extraer los caudales que se deseen. Son dispositivos excelentes para regulación ordi- 2 ES 2 351 562 A1 2 naria pero son (por lo general) poco adecuados como elemento principal para avenidas. En efecto si la avenida arrastra un objeto semisumergido cabe la posibilidad que éste obstruya total o parcialmente el citado órgano de desagüe, siendo muy difícil su eliminación durante la avenida, salvo que la boca estuviera muy somera. No obstante, aunque costosas, unas adecuadas estructuras de retención de los flotantes pueden eliminar este riesgo. Más complicado es que estas estructuras actúen como órganos únicos de regulación. En efecto, en general (aunque matizable en casos concretos), la diferencia entre los caudales evacuables para el n.n.e (nivel normal de embalse) y el m.n.e.a. (máximo nivel de embalse en avenidas) es reducida con lo que una maniobra equivocada (o un sabotaje) podría provocar un caudal de desagüe similar en su magnitud al de la punta de una avenida de la máxima importancia. Con el agravante de que, por su brusquedad, nada hace esperar aguas abajo la trascendencia del suceso. Por ello, el uso de los desagües de fondo suele limitarse a actuar como complemento de otros dispositivos con más flexibilidad. 3.- Por último tenemos los sifones. Éstos son desagües cuyo trazado permite operar por succión y, por tanto que el agua fluya a cotas superiores a la de admisión. Los elementos característicos y su forma de funcionar vienen recogidos en la figura 1. Se pueden destacar como elementos característicos: umbral de vertido (1); deflectores de estanqueidad (2) y (3); boca de aportación de aire (4) y conducto de descebado (5) aunque sobre la descripción que aquí se hace puede haber pequeñas variantes en casos concretos. El sifón empieza a entrar en funcionamiento cuando el nivel del agua (8) en el embalse supera en unos pocos centímetros la cota del umbral (1) del sifón. Antes de esa situación la boca (4), al estar libre de agua permitía que la presión atmosférica reinara en el interior del sifón, por lo que el flujo del agua en el sifón comienza siendo muy similar al de un aliviadero con la importante diferencia de que la actuación de los deflectores de sellado produce dos cavidades estancas rellenas de aire (6) y (7) que se conectan por medio de un conducto, (9). El agua aunque en cantidad reducida lleva velocidades importantes en la parte baja del sifón por lo que arrastra aire y al estar sellado el conducto de descebado (5), este aire ha de ser proporcionado por las cavidades (6) y (7) en las que, en consecuencia, la presión tiene que caer por debajo de la atmosférica. Al ir aumentado gradualmente su diferencia con la atmosférica el nivel (10) va ascendiendo paulatinamente, lo que a su vez provoca un progresivo incremento del caudal evacuado por el sifón y consecuentemente del aire arrastrado hasta que éste es evacuado del sifón totalmente por lo que las cavidades (6) y (7) desaparecen y el flujo en el sifón se produce a sección llena. En estas condiciones se dice que el sifón está cebado. Al pasar el flujo del sifón a ser en carga se asimila en parte al de los desagüe de fondo y su variación de caudales es poco sensible a la variación de niveles en el embalse (desde el cebado no cabe esperar incrementos superiores de 25%), siendo totalmente independiente de los caudales entrantes en el embalse. Si éstos superaran a la evacuación del sifón subirá el nivel de embalse y caso contrario dicho nivel descenderá paulatinamente hasta que la boca de descebado (5) queda al aire, momento en que éste en- 3 trará en el interior del sifón de manera que si la sección (5) se ha diseñado con suficiente holgura el aire entrante inducirá la presión atmosférica en el interior del sifón y por tanto, cesará la aspiración de agua por depresión y en definitiva se interrumpirá el flujo del sifón. Estos sifones cuentan con un solo estanque de tranquilización (11) y su correspondiente boca de entrada (12) que es de suficiente amplitud. En el funcionamiento descrito puede apreciarse la característica principal de los sifones que es la rigidez en la evacuación de caudales que en concreto comporta que los caudales salientes puedan, en muchas ocasiones, superar a los que entran en el embalse (y ello de forma automática y precisamente cuando se inician las avenidas aunque sean de una entidad reducida). Esto puede ser una ventaja para sifones con caudales pequeños o moderados pero presenta riesgos en la evacuación de avenidas. La solución tradicional ha venido siendo disponer de baterías de sifones con umbrales a distintas cotas, de manera que entren en funcionamiento de manera escalonada, con lo que su comportamiento se asimilarla al de los vertederos sin compuertas sin que, como en éstos, hubiera posibilidad de regulación o control por una intervención humana. Los sistemas mencionados forman parte del estado de la técnica desde tiempo indeterminado, y determinadas mejoras sobre los mismos han sido objeto de descripción en Patentes. Así podemos citar las Patentes españolas, de origen alemán, ES 152794 y ES 152619 que describen mejoras en sifones en presas, o más reciente la Patente ES 438900 de 1975, y del mismo titular que la presente invención, en la que se describe la aplicación de un sifón en presas de bóveda. Ninguna de estas Patentes, ni la técnica conocida, describe un aliviadero en sifón regulable como el que la presente invención propone, que representa unas notables ventajas frente a los sistemas existentes en la actualidad, en la medida en que proporciona una gran flexibilidad en el caudal de agua aliviada, siendo además posible su adaptación a las presas actuales sin necesidad de obras que afecten a la presa y sin necesidad de reducir el agua embalsada para su instalación. A su vez, la flexibilidad mencionada...

1. Aliviadero en sifón regulable dotado de elementos de control que de accionamiento automático o humano, y que permiten regular de modo óptimo su flujo, que sobre la base de sifón tradicional formado por el umbral (1), deflectores de estanqueidad (2) y (3) que producirán las cavidades estancas (6) y (7), boca de aportación de aire (4), conducto de descebado (5), conducto de conexión de las cavidades (9), se caracteriza por introducir - 2 estanques (al menos) de tranquilización. uno (11) de boca amplia (12) y otro (13) de boca reducida (14). - Conducto (o conductos) de succión (15) para generar la depresión de niveles en el segundo estanque de tranquilización (13), dotado de su propio conducto de descebado (21) que actúa cuando la cota de embalse desciende por debajo de la cota (1). - Un número variable, aunque preferentemente cuatro, conductos (16a, 16b, 16c y 16d) para controlar el acceso de aire al interior del sifón dotado de codo de corte de flujo (19) - Válvulas de regulación en los distintos conductos (17). - Conductos de descebado general del sifón: uno automático (5) y otro regulado (18). 2. Aliviadero en sifón regulable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el conducto de succión (15) que cuenta con un conducto de succión y descebe (21) desde el estanque de tranquilización (11) de boca ancha y con un codo dispuesto a una altura menor, de forma que cuando la depresión en el sifón es importante provoca que el agua circule por este conducto, lo que induce un descenso de nivel en el estanque (13) y que queden al aire según el caso todas o algunas de las bocas (16a), (16b), (16c) y (16d). 3. Aliviadero en sifón regulable, según la primera reivindicación, caracterizado porque los conductos que controlan el acceso de aire (16a, 16b, 16c y 16d) presentan válvulas de regulación en los distintos conductos (17) y codos (19) a una altura suficiente para que no pueda pasar el agua del estanque al sifón. Este corte del flujo líquido con un codo alto no es esencial al dispositivo, pero si muy oportuno para simplificar la regulación y puede ser anulado si se desea abriendo la válvula (23). 4. Aliviadero en sifón regulable, según la primera 6 ES 2 351 562 A1 10 reivindicación, caracterizado porque las bocas de los tubos, (16a, 16b, 16c y 16d) de control del acceso de aire están situados en diferentes cotas, de modo que la entrada de aire al sifón se reduce de forma progresiva en el caso de avenidas o aumenta también de forma progresiva al descender el nivel de agua, produciendo efectos contrarios en el flujo líquido del sifón. 5. Aliviadero en sifón regulable, según la anterior reivindicación, caracterizado porque aunque al descender el nivel del embalse los tubos, (16a, 16b, 16c y 16d) de control del acceso de aire quedan uno tras otro con su boca al aire, permitiendo la entrada del mismo al interior del sifón, sin embargo éste permanece cebado por lo reducido de la sección de esos conductos, y por tanto esa entrada de aire se traduce en una merma de la depresión de trabajo en el sifón y en una reducción sensible de la cantidad de agua aspirada del embalse. 6. Aliviadero en sifón regulable, según la anterior reivindicación, caracterizado porque un ligero aumento del nivel del embalse y el anegado de uno o más de los tubos, (16a, 16b, 16c y 16d) de control del acceso de aire, produce un importante aumento de la depresión y con ello una reducción del flujo líquido. 7. Aliviadero en sifón regulable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el descebe regulado (18) por válvula permite la rápida reducción casi total o solo parcial de los caudales evacuados por el sifón si bien con una regulación algo mas imprecisa. 8. Aliviadero en sifón regulable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el estanque (13) tiene una boca reducida (14) consiguiendo con ello unos efectos de desnivel y de retardo que son útiles para los fines buscados. 9. Aliviadero en sifón regulable, según la primera reivindicación, caracterizado porque permite la adaptación a una determinada ley de caudales, mediante la fijación dentro del estanque (13) de la cota de la boca de regulación más alta (en las figuras 2 a 9, el de 16d) a la cota que se desee y fijar la sección de paso de ese conducto, de forma que el caudal resultante corresponda a lo previsto en la ley de desagüe que se desea implementar. Descendiendo a la siguiente boca y sabiendo que a la cota de embalse correspondiente va a haber dos bocas (16d) y (16c) destapadas una con sección ya fijada y otra con la sección que corresponda para que entre ambas bocas aporten la cantidad de aire adecuada para conseguir el flujo de agua que se pretende a ese nivel. En forma análoga se procede para los restantes conductos de regulación (16b) y (16a). ES 2 351 562 A1 7 8 ES 2 351 562 A1 ES 2 351 562 A1 9 ES 2 351 562 A1 ES 2 351 562 A1 11 12 ES 2 351 562 A1 ES 2 351 562 A1 13 14 ES 2 351 562 A1 ES 2 351 562 A1 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA