Hidraulica de Vertederos [PDF]

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HIDRAULICA UNIDAD N° 2

HIDRAULICA DE VERTEDEROS     

DEFINICIÓN USOS Y FUNCIONES DE LOS VERTEDEROS MISIÓN DE LOS VERTEDEROS CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS CUIDADO EN LA MEDIDA DE CAUDALES

HIDRAULICA DE VERTEDROS  DEFINICIÓN Es un dispositivo hidráulico que consiste en el desagüe a través de la cual se hace circular el agua. Un Vertedero es una barrera en un canal sobre la cual circula el agua. El borde o superficie sobre la cual circula el agua se llama cresta. La lámina de agua que se derrama se llama lámina vertiente. Si la lámina descarga en el aire, el vertedor tiene descarga libre. Si la descarga ocurre parcialmente debajo del agua, el vertedero está sumergido o ahogado.

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  USOS Y FUNCIONES DE LOS VERTEDEROS Los Vertederos son estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. Normalmente desempeñan funciones de seguridad y control .  Control de nivel en embalses, canales, depósitos, estanques, etc.  Aforo o medición de caudales.  Elevar el nivel del agua.  Evacuación de crecientes o derivación de un determinado caudal.

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MISIÓN DE LOS VERTEDEROS Un vertedero puede tener las siguientes misiones:  Lograr que el nivel de agua en una obra de toma, alcance el nivel de requerido para el funcionamiento de la obra de conducción.  Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que le flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina líquida de espesor limitado.  En una obra de toma, el vertedero se constituye en el órgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas crecidas.  Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS Según el ancho de la cresta: Si la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. a) Vertederos de cresta delgada La utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente a laboratorios, canales pequeños y corrientes que no llevan escombros y sedimentos.

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS Según el ancho de la cresta: b) Vertedero de cresta ancha Los vertederos de cresta ancha tienen menor capacidad de descarga para igual carga de agua que los vertederos de cresta delgada y su uso más frecuente es como estructuras de control de nivel.

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS Según su forma geométrica: a) Vertederos de pared delgada sin contracciones b) Vertederos de pared delgada con contracciones • Vertederos Rectangulares • Vertederos Triangulares • Vertederos Trapezoidales • Vertedero circular

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS Vertedero Rectangular con y sin contracciones

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • VERTEDERO RECTANGULAR

Q = Cd . 2/3.(L- 0,1.n.h). 2g .h3/2 Donde: Q : Caudal Real L : Longitud del vertedero h : Carga hidráulica sobre la cresta g : Aceleración de la gravedad n : # contracciones Cd : Coeficiente descarga

Caudal Real

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • Vertedero Rectangular de pared delgada sin contracciones. Un vertedero rectangular sin contracción es aquel cuyo ancho es igual al del canal de aproximación. Para este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de Rehbock para hallar el Cd: Cd = 0.602 + 0.083 H/P Donde: H : Carga hidráulica sobre la cresta P : Altura de la cresta

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • Vertedero Rectangular de pared delgada con contracciones. Un vertedero rectangular con contracción es aquel en el cual el piso y los muros del canal están lo suficientemente alejados del borde del vertedero y por lo tanto no influyen en el comportamiento del flujo sobre él. Para este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de Hamilton- Smith para hallar el valor de Cd: Cd = 0.616 ( 1 – 0.1 H/L)

Donde: H : Carga hidráulica sobre la cresta L : Ancho del vertedero

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • VERTEDERO TRIANGULAR DE PARED DELGADA Cuando los caudales son pequeños es conveniente aforar usando vertederos en forma de V puesto que para pequeñas variaciones de caudal la variación en la lectura de la carga hidráulica H es más representativa.

Donde: Q : Caudal Real : Ángulo vértice de la escotadura h : Carga hidráulica sobre la cresta g : Aceleración de la gravedad Cd : Coeficiente de descarga

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • VERTEDERO TRIANGULAR DE PARED DELGADA Valores característicos del Coeficiente de Descarga Cd:

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • VERTEDERO TRAPEZOIDAL DE PARED DELGADA Este vertedero ha sido diseñado con el fin de disminuir el efecto de las contracciones que se presentan en un vertedero rectangular contraído. Donde: Q : Caudal Real : Ángulo inclinación lados Vs. vertical L : Longitud de la cresta H : Carga hidráulica sobre la cresta g : Aceleración de la gravedad Cd(1 o 2) : Coeficientes de descarga

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • VERTEDERO TRAPEZOIDAL DE PARED DELGADA La ecuación anterior puede transformarse así:

Cuando la inclinación de los taludes laterales es de 4V:1H, el vertedero recibe el nombre de Cipolleti en honor a su inventor. La geometría de este vertedero ha sido obtenida de manera que las ampliaciones laterales compensen el caudal disminuido por las contracciones de un vertedero rectangular con iguales longitud de cresta y carga de agua. La ecuación es válida si 0.08m ≤ H ≤ 0.60m; a >2H; L > 3H y P > 3H.

HIDRAULICA DE VERTEDEROS  MEDIDA DE LOS CAUDALES • VERTEDERO CIRCULAR DE PARED DELGADA Este vertedero queda de material de estudio para el alumno.