Vertederos y Ejercicios

8/20/2019 Vertederos y Ejercicios

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Vertedero de Cresta Ancha.

Un vertedero de cresta ancha es una estructura devertedero con una cresta lo suficientemente ampliapara mantener la distribución de la presiónhidrostática a través del flujo (figura 2.14) El flujosobre la cresta es crítico y la profundidad del flujode la cresta del vertedero es igual a la profundidadcrítica. La relación entre la profundidad y el caudalse deriva como sigue:

(2.28)

a. situación ideal b. Vertedero corto c. Vertedero largo

Figura 2.14 Vertedero de cresta ancha

Las situaciones mostradas en la figura 2.14, a pesar de ser unasobre simplificación de lo que ocurre en la práctica muestraalgunos casos que pueden presentarse. Si el vertedero es corto


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En las presas de materiales sueltos el aliviadero se dispone fueradel cuerpo de presa por razones de seguridad.

Tiene varias finalidades entre las que se destaca:

Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima delnivel máximo

Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego,

aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por

su forma

Constituirse en una parte de una sección deaforo del río o arroyo.

Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no

produzca daños. Esto se hace mediante saltos, trampolínes o

cuencos.

En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura

que permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua.

Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficielibre del embalse, en contraposición de la descarga de fondo, laque permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse.

Vertedero como elemento de canaL

Los vertederos se usan conjuntamente con las compuertas para

mantener un río navegable o para proveer del nivel necesario a lanavegación. En este caso, el vertedero está construido

http://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforohttp://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforohttp://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforohttp://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforohttp://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arroyohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arroyohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arroyohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Descarga_de_fondohttp://es.wikipedia.org/wiki/Descarga_de_fondohttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Humber_Weir.JPGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Descarga_de_fondohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Arroyohttp://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforohttp://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforo


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significativamente más largo que el ancho del río, formando una"U" o haciendo diagonales, perpendicularmente al paso. Dado queel vertedero es la parte donde el agua se desborda, un vertederolargo permite pasar una mayor cantidad de agua con un pequeño

incremento en la profundidad de derrame. Esto se hace con el finde minimizar las fluctuaciones en el nivel de río aguas arriba.1

Los vertederos permiten a los hidrólogos un método simple paramedir el caudal en flujos de agua. Conocida la geometría de lazona alta del vertedero y el nivel del agua sobre el vertedero, seconoce que el líquido pasa de régimen lento a rápido, y encimadel vertedero de pared gruesa, el agua adopta el calado crítico.

Los vertederos son muy utilizados en ríos para mantener el niveldel agua y ser aprovechado como lagos, zona de navegación y deesparcimiento. Los molinos hidráulicos suelen usar presas parasubir el nivel del agua y aprovechar el salto para mover lasturbinas.

Debido a que un vertedero incrementa el contenido en oxígenodel agua que pasa sobre la cresta, puede generar un efecto benéfico en la ecología local del río. Una represa reduce

artificialmente la velocidad del agua, lo que puede incrementarlos procesos de sedimentación, aguas arriba; y un incremento dela capacidad de erosión aguas abajo. La represa donde se sitúa elvertedero, al crear un desnivel, representa una barrera para los peces migratorios, que no pueden saltar de niveles.

Vertedero de pared delgada

http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulico#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulico#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulico#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrolog%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrolog%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrolog%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_flujo_hidr%C3%A1ulicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_flujo_hidr%C3%A1ulicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_flujo_hidr%C3%A1ulicohttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coburg_Lake_Wier.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_flujo_hidr%C3%A1ulicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrolog%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulico#cite_note-1


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El vertedero de pared delgada

El vertedero de pared delgada

Los vertederos de paredes delgadas son vertederos hidráulicos, generalmente usadospara medir caudales. Para obtener resultados fiables en la medición con el vertedero depared delgada es importante que:

tenga la pared de aguas arriba vertical,

esté colocado perpendicularmente a la dirección de la corriente, y,

la cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que esta sea triangular,

la bisectriz del ángulo esté vertical.

Además, debe cuidarse de mantener la presión atmosférica debajo de la lámina vertida;el canal aguas arriba debe ser recto y estar desobstruido. La carga h, sobre la cresta delvertedero debe ser medida a una distancia suficiente, aguas arriba, para no tenerinfluencia de la curvatura de la superficie líquida en la proximidad del vertedero. Paramantener la presión del aire, y evitar que este se vea succionado, acercando la lámina deagua al aliviadero, se instalan sistemas e aireación (generalmente tubos a los lados pordonde entra el aire).

Vertedero rectangular

La fórmula fundamental de caudal vertido en vertederos de sección rectangular , sincontracción, también conocido como vertedero de Bazin, es:

http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)http://es.wikipedia.org/wiki/Bisectrizhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bisectrizhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bisectrizhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/Rectangularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectangularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectangularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bazinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bazinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bazinhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dobbsweirvdropsjan2006.jpghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thorp_Gristmill_Weir.jpghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dobbsweirvdropsjan2006.jpghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thorp_Gristmill_Weir.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Bazinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectangularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A1ulica)http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bisectrizhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulico


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Si el vertimiento fuera de lámina contraída, se debe hacer una corrección,substrayendo: 0.1 h del valor de L por cada contracción.

Cuando la velocidad de aproximación es baja se puede simplificar la ecuación de lasiguiente forma:

Donde:

- además de otros factores considera la velocidad de aproximación.

Las características del tipo de flujo que afectan pueden ser definidas por h y

Donde:

= altura del vertedero en m

Los valores de se encuentran en la tabla siguiente

Hd/h h=0.05 h=0.10 h=0.20 h=0.40 h=0.60 h=0.80 h=1.00 h=1.50

0.5 2.316 2.285 2.272 2.266 2.263 2.262 2.262 2.261

1.0 2.082 2.051 2.037 2.030 2.027 2.026 2.025 2.024

Vertedero triangular

Para medir caudales muy pequeños (menos de 6 litros por segundo), se obtiene mejorprecisión utilizando aliviaderos de pared delgada de sección triangular, pues la presión

varía con la altura, dándose un gran gradiente de velocidad entre la parte inferior deltriángulo y la superior .1 El caudal sobre un aliviadero triangular es dado por la fórmula:

Donde:

= ángulo del vértice del triángulo

= aproximadamente a 0.58 variando ligeramente con la carga y el ángulo

de la abertura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_de_pared_delgada#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_de_pared_delgada#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_de_pared_delgada#cite_note-1http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertedero_libre.JPGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_de_pared_delgada#cite_note-1


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Vertedero de Cipoletti

El vertedero tipo Cipoletti es trapezoidal. La inclinación de los lados es de 4v/1h (4unidades en la vertical por 1 unidad den la horizontal). El mayor caudal que pasapor la inclinación de los lados del trapecio, compensa la contracción lateral de losvertederos rectangulares, por lo tanto pueden utilizarse la fórmula y la tabla de

coeficientes correspondiente al vertedero rectangular.

ESTRUCTURAS DE CAIDA

1. 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, dondeno 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.

Elegir la obra disipadora de energía más apropiada para pequeñas presas de almacenamiento

de acuerdo a las condiciones topográficas y morfológicas propias de la descarga.

EL 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.

Las características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades deflujo 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).

COMPUERTAS.-

Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios y, cuando

están bien calibradas, también pueden emplearse como medidores de flujo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Trapecio_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Trapecio_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Trapecio_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Trapecio_(geometr%C3%ADa)


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Las condiciones físicas, hidráulicas, climáticas y de operación, evaluadasapropiadamente, imponen la selección del tipo y tamaño adecuado de lascompuertas. Éstas se diseñan de diferentes tipos y con variadas característicasen su operación y en su mecanismo de izado, los cuales permiten clasificarlas

en grupos generales de la siguiente manera:

a. Según las condiciones del flujo aguas abajo:

- Compuerta con descarga libre.

- Compuerta con descarga sumergida o ahogada.

b. Según el tipo de operación o funcionamiento:

- Compuertas Principales: se diseñan para operar bajo cualquiercondición de flujo; se les llama de regulación cuando se les conciben

para controlar caudales en un canal abierto o sobre una estructura de presa, con aberturas parciales, y se conocen como compuertas deguarda o de cierre aquellas que funcionan completamente abiertas ocerradas.

- Compuertas de emergencia: se utilizan en los eventos de reparación,inspección y mantenimiento de las compuertas principales, siendoconcebidas para funcionar tanto en condiciones de presión diferencial,en conductos a presión, como en condiciones de presión equilibrada.

c. De acuerdo a sus características geométricas:

- Compuertas planas:


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Rectangulares Cuadradas Circulares Triangulares, etc.

Resolver El Siguiente Ejercicio

En Un canal Rectangular de 0,80 m de ancho de solera , se coloca una placa de aristas vivas(Vertedero), como se muestra en la figura 6.23

g

FIGURA 6.23 PLACA EN UN CANAL

Por el Orificio de Fondo y sobre la placa se produce una descargalibre si en el Orificio(Compuerta), el caudal descargado es 0,20m3/seg. Determinar el caudal en el Canal.

Datos:

Qc=0,20 m3/segB = 0,80 = ancho de Solera.a = 0,10 m

a) Calculo del tirante Y1, aguas arriba de la placaCalculo del caudal en una compuerta se tieneQc = Cd*A*(2*g*Y1)1/2

0,20 = Cd* B*h*(2*9,81*Y1)1/2 0,20 = Cd* 0,80* 0,10*(19,62*Y1)1/2

0,20 = Cd*0,80*0,10*4,429*(Y1)1/2

(Y1)1/2 = 0,20/(Cd*0,354)


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(Y1)1/2 = 0,565/ CdY1 = (0,565/Cd)2 Y1 = 0,319/ (Cd)2 , en esta ecuación se necesita conocer Cd para

poder conocer y1.

Asumiendo que Cd = 0,60.Y1 = (0,319)/(0,60)2 Y1 = 0,886 m

En la Figura Y1/a = 0,886/0,10 = 8,86 Cd = 0,592Reemplazando en La Ecuación = Y1 = 0,319/(0,592)2

Y1 = 0,910 m.Y1/a = 0,910 / 0,10 = 9,10 , Cd = 0,592Y1= (0,319/ (0,592)2 Y1 = 0,910 m

Calculo de h

Y1 = 0,10 + 0,60 + hH= Y1-0,70H = 0,910 - 0,70H= 0,21 m

Calculo De Qv = 1,84*L*H3/2 Qv = 1,84*0,80*(0,21)3/2

Qv = 0,141 m3/seg

Calculo del Caudal En El canalQ = Qc + QvQ = 0,20 m3/seg + 0,141 m3/segQ = 0,341 m3/seg

Determinación de La Velocidad

Q = A*V0,341 m3/seg = 0,80 *0,91*VV = 0,341 m3/seg /0,80 * 0,91 = 0,468 mts/seg


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En Un Rio de sección rectangular de ancho de solera 5 m, se desea

derivar un caudal de 2 m3/seg, para esto se construye una presade derivación y una batería de 2 compuertas como se muestra en

la figura , determinar el caudal del rio, considerando una descargalibre en las compuertas.

L= 5m

Q= 2 m3/seg

Q = Cd* A*(2*g*h)1/2

Caudal Por cada Compuerta 2/2 = 1 m3

/segCd= 0,60

1 = 0,60 *A*(2*9,81)1/2*(h)1/2

1 = 0,60*0,25*4,43*h1/2

h1/2 = 1/0,6645

h= 2,26 m

Calculo de hv

2+hv = 0,30 + 0,25+ h

2+ hv = 0,30+ 0,25 + 2,26

hv = 0,81 m

calculo de Qv

De La formula de francis para un perfil tipo creager

Qv = 2*L* H3/2


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Qv = 2* 5 *(0,81)3/2

Qv =7,29 m3/seg

Calculo del caudal en el rio

Q = 2* Qo + Qv

Q = 2*1 + 7,29

Q = 9,29 m3/seg

Los Tanques de La Figura 6,25b, están comunicados por un orificio de pared delgada (Cd = 0,60 ) de diámetro D = 30 cm y descarga a través dedos vertederos de longitud de cresta 0,80 m( igual a la longitud del tanque)si los tanques son alimentados por una bomba con un caudal de 0,5 m3/seg,

determinar los caudales QA y QB de los vertederos


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Datos Q = 0,5 m3/seg, D =30 cm, L = 0,80 m

A = 3,1416* D2/4

A =3,1416 * (0,30)2/4

A = 0,070 m2

QTotal = QA + QB

De acuerdo Con La Cancion de Francis se tiene

Q = 1,84 *L*H3/2

Caudal Para El Vertedero A

QA = 1,84 *0,80 * hA 3/2

QB = 1,84 *0,80 * hB 3/2

Q = QA +QB

0,5 = 1,472 (hA)3/2 + 1,472*(hB)3/2

Caudal en el orificio

Q = Cd*A*(2*g* (Δh))1/2

Qo = 0,60 *0,070 *4,43* (Δh))1/2

Qo =0,1860*(Δh))1/2

Caudal en el vertedero B igual al del orificio

1,472*(hB)3/2 = 0, 1860* (Δh))1/2

(hB) 3/2= 0,1263 *(Δh))1/2

hB= (0,1263)2/3 * (Δh ) 1/3

hB = 0,2517 * (Δh ) 1/3

de la Figura

hA + 0,10 = hB + (Δh )

hA = hB + (Δh ) – 0,10

hA = 0,2517* (Δh )1/3 + (Δh ) - 0,10

remplazando

0,5 = 1,472 (hA)3/2 + 1,472*(hB)3/2


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0,5 = 1,472*(0,2517*( Δh )1/3 + (Δh ) – 0,10) + 1, 472*( 0,2517 * (Δh ) 1/3 )

Δh = 0,337 m

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