“AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA ”

FACULTAD DE INGENIERIAEscuela de Ingeniería Civil

CHIMBOTE, Junio

2013

MECANICA DE FLUIDOS I

Docente : Ing. Dante Salazar

Sanchez

Alumnas :

Saenz Paulino Sahory

Huarac lopez karina

TEMA : VERTEDEROS, ORIFICIOS Y

COMPUERTAS

Son estructuras utilizadas en proyectos hidráulicos, definida como una obstrucción ubicada sobre el fondo de un canal el cual provee un método para determinar el caudal que esta pasando por un canal con base en la medición de la profundidad, existen diferentes diseños. Ya sea como estructura de control de aprovechamientos hidráulicos o bien como estructura para medición de caudales en obras de saneamiento.

VERTEDEROS

se clasifican en:

VERTEDEROS DE PARED O CRESTA DELGADA

Vertedero Triangular

Vertedero Rectangular Vertedero Cipolletti

Vertedero Estándar

VERTEDEROS DE PARED GRUESA

VERTEDEROS DE DESBORDE

VERTEDEROS DE CAIDA LIBRE

Consisten de una placa delgada, metálica, que se instala transversalmente al canal y tiene una escotadura por donde pasa el agua.Antes del vertedero se produce un remanso de la corriente, la velocidad con que se aproxima el agua disminuye bastante por lo que a veces la altura de velocidad se ignora en el análisis.

vertederos de pared delgada

Vertedero triangular

formula teórica:

C vt: coeficiente del vertedero triangular que varía con HDonde: P : altura del vertederoH : carga sobre el vertedero Para un vertedero dado:

con Entalladura

en V 90º

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.56

0.58

0.60

0.62

0.64

0.66

Cvt mìnimo para todo

40

60

80

20

coeficiente de vertedero para vertederos triangulares de pared delgada.

pies

C vt

Vertedero rectangular

Formula teórica:

Donde:Q : caudal en m3/s C vr: coeficiente del vertedero rectangularb : ancho del canalH : altura de la superficie libre corriente arriba por encima del umbral del vertedero.Pw = fondo del área del flujo

Vertedero rectangular sin contracción:

Vertedero Rectangular Con Contracción:

𝑸=𝒎𝒃𝑯𝟑/𝟐

Presas empleadas como vertederos

𝑸=𝐦𝐛[(𝑯+ 𝑽 𝟐

𝟐𝒈 )𝟑𝟐 −(𝑽 𝟐

𝟐𝒈 )𝟑𝟐 ]

En vertederos grandes la altura de velocidad es despreciable

𝑸=𝐦[𝒃−( 𝟐𝟏𝟎 )𝑯 ] ( 𝑯 )

𝟑𝟐

H : carga sobre el vertederob: ancho del canalm: coef. Experimental

Vertedero cipolletti

𝑄=𝐶 ′ 23

√2𝑔𝐿|(𝐻+h𝑉 )32−h𝑣

3 /2|𝑄=𝐶 𝐿|(𝐻 +h𝑉 )

32−h𝑉

32|

𝑄=𝐶 𝐿𝐻3 /2

disminución de caudal por contracciones laterales

caudal por la porción rectangular

igualando C' = C" se obtieneDe esta manera el vertedero cipolletti es un vertedero trapezoidal, con inclinación de los lados ¼. En el que el caudal se determina con las fórmulas:

𝑪′=𝟐𝟑

√𝟐𝒈 (𝟎 .𝟐𝑯 ) 𝑯𝟑/𝟐

𝑪′ ′= 𝟖𝟏𝟓

√𝟐𝒈𝒕𝒈 𝜽𝟐𝑯

𝟓𝟐

𝒕𝒈𝜽𝟐

=𝟏𝟒

𝑸=𝑪𝑳𝑯𝟑𝟐

𝑸=𝑪𝑳|(𝑯+𝒉𝑽 )𝟑/𝟐−𝒉𝑽

𝟑𝟐|

Vertedero estándar

Se denominan vertederos estándar a aquellos que se fabrican e instalan siguiendo ciertas especificaciones.

Vertederos triangulares 90º

Vertederos rectangulares

Vertederos cipolletti

vertederos de pared gruesa

Es una estructura en un canal abierto que tiene un umbral vertedor horizontal por arriba del caudal del cual la presión del fluido se puede considerar Hidrostática. Están restringidos al intervalo 0,08< H/<0,50

𝑸=𝐂 vg𝒃 √𝒈(𝟐𝟑 )𝟑/𝟐

𝑯𝟑/𝟐 𝐂vg= 𝟎 .𝟔𝟓

(𝟏+ 𝑯Pw )

𝟏 /𝟐

Vertedero de desbordeSe define vertedero de desborde una estructura como la figura.

h : altura del vertederoHe : carga sobre el vertederoL : base o longitud

bocatomas fluviales

reservorios

𝑄=𝐶 𝐿𝐻𝑒3 /2𝑚3

𝑠𝑔

EJEMPLO1. Un vertedero sin contracciones de 7,625 m de largo desagua 10,6 m3/ s a

un canal. El factor de vertedero es m= 1,88. ¿Qué altura Z (precisión de 0,3cm) debe tener el vertedero si la profundidad del agua detrás del vertedero no puede exceder de 1,83 m?

Solución:

• La altura Z es:

EJEMPLO2. Se va instalar en un canal de 2,5m de ancho un vertedero con contracciones

de 1,25 m de altura. El caudal máximo a través del vertedero es 1,70 m3/s cuando la profundidad total detrás del vertedero es 2,0m. El factor de vertedero es m= 1,88. ¿Cuál será la anchura del vertedero a instalar?

Solución:

• El ancho del vertedero es:

Como la altura de velocidad es despreciable:

ORIFICIOS

Orificio: perforación circular en la pared de un depósito. Se dice que es de pared delgada cuando el contacto entre el chorro y la pared del deposito tiene lugar según una línea.

Por efecto de la inercia del movimiento el chorro se contrae algo después que el agua ha dejado el depósito.

FLUJOS A TRAVES DE ORIFICIOS

Generalmente el orificio es de dimensiones muy pequeñas. En la superficie del agua y depósitos actúa la presión atmosférica.

Donde:

H: carga sobre el orificioA: sección del orificioAc: sección contraídaVt: velocidad media teórica del chorroV: velocidad media real del chorro

Sin contracción y sin perdidas de carga:

Aplicación del Bernoulli

Vt: velocidad media teórica del chorroH: carga sobre el orificio

Esquema teórico del flujo

 

Esquema real del flujo

𝑄=𝐶𝑑 𝐴√2𝑔𝐻

Sustituyendo en el Bernoulli original:

Perdida de energía

Aplicando Bernoulli a la situación real de flujo

𝑯= 𝑽𝟐

𝟐𝒈+𝒉𝒑 𝑽=𝑪𝑽𝑽 𝒕=𝑪𝑽 √𝟐𝒈𝑯 𝐻= 1

𝐶𝑉 2

𝑉 2

2𝑔

𝟏𝑪𝑽 𝟐

𝑽 𝟐

𝟐𝒈= 𝑽𝟐

𝟐𝒈+𝒉𝒑 𝒉𝒑=( 𝟏

𝑪𝑽 𝟐

−𝟏) 𝑽𝟐

𝟐𝒈 ¿𝐾 𝑉 2

2𝑔

Los orificios de pared gruesa se llaman también tubos cortos y presentan un comportamiento como el que muestra el esquema. Aplicamos Bernoulli, entre los puntos 1 y 2.

Orificios de pared gruesa

𝑉=𝐶𝑉 √2𝑔 𝐻𝑄=𝐶𝑑 𝐴√2𝑔𝐻

Tipos de tubos cortos mas usados:

obtenemos:

pueden clasificarse:De fondo: cuando

el agua fluye por debajo de la compuerta ( orificios)VerticalRadial, de

sector o Tainter

RodilloDe desborde:

cuando el agua fluye por encima de la compuerta (vertederos).

FLUJOS A TRAVES DE COMPUERTAS

Compuerta vertical

Para descarga sumergida se remplaza el valor por la diferencia entrelas profundidades de aguas antes y después de la compuerta ():

𝑄=𝐶 𝐿h√2𝑔 ( 𝑦1− 𝑦 3 )

La formula general de la descarga en las compuertas verticales de descarga libre es:

El valor del coeficiente de descarga C depende de:• la geometría de la compuerta, • de la naturaleza del borde • de las profundidades antes y después de

la compuerta.• El fabricante proporciona los valores de

este coeficiente C

𝑄=𝐶 𝐿h√2𝑔 𝑦1

Compuerta radial, de sector o Tainter

La fórmula de la descarga en estas compuertas se obtiene por de la ecuación de la energía. En las de descarga libre: Donde:L : longitud de la compuerta

𝑄=𝐶 ′ 𝐿h√2𝑔(𝑦1+𝛼1

𝑉 12

2𝑔 )

Compuerta rodillo

Hay 2 aspectos para el diseño de las compuertas• la curva de descarga de la compuerta,• la distribución de presiones sobre la

superficie de la compuerta. * mediante la red de corriente, * a partir de mediciones en prototipos, * a partir de mediciones en modelos

𝑄=𝐶 𝐿h√2𝑔 𝑦1

Imágenes: