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VERTEDEROS, ESTRUCTURAS DE AFORO Y COMPUERTAS

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by

Jessika Sanchez

on 6 May 2014

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Transcript of VERTEDEROS, ESTRUCTURAS DE AFORO Y COMPUERTAS

¿Para qué sirve un vertedero?
CONTROL DE NIVEL

• Elevar el nivel de agua
• Evacuar un caudal determinado



¿Qué es un vertedero?

Es una estructura hidráulica que puede ser un muro o una barrera, interpuesta al flujo, con lo cual se ocasiona una elevación o aumento del nivel de la lámina de agua, aguas arriba; la reducción que se ocasiona aguas abajo es una regulación del caudal. Los vertederos son de las estructuras hidráulicas más simples, seguras y confiables.

VERTEDEROS, ESTRUCTURAS DE AFORO Y COMPUERTAS

VERTEDEROS, ESTRUCTURAS DE AFORO Y COMPUERTAS
VERTEDERO


VERTEDEROS
Aunque estas son las principales funciones, usualmente en la construcción de una presa no se separa una función de la otra, es decir el control del nivel de agua no se separa del aforo, el vertedero es construido para realizar ambas funciones, cuando un vertedero se usa exclusivamente para medición de caudales, se realiza con caudales muy pequeños.
Jessika Sánchez 40111190
Fabio Pérez

CONTROL DE NIVEL

Aguas arriba:
• Lograr que el nivel de agua en una obra de captación como: embalses, hidroeléctricas, entre otros; alcance el nivel requerido para el funcionamiento seguro y adecuado de dicha obra.
• Conservar un nivel lo más constante posible, permitiendo que el flujo se desarrolle con una lámina de agua de espesor limitado.
• En una obra de captación, el vertedero provee y garantiza seguridad, evacuando el fluido en exceso que se genera a partir de eventos de crecientes
• Para los canales de riego, se necesita aumentar su caudal y tener reservas de agua para garantizar agua en época de sequias.
• Se usa para inundaciones controladas.

CONTROL DE NIVEL
AGUAS ARRIBA
AGUAS ABAJO

• Para la regulación del caudal.
• En el caso de una planta de tratamiento junto a un resalto hidráulico es usado para realizar las mezclas necesarias para esta.
• Para garantizar la distribución de un flujo a lo ancho de un cauce, evitando la descarga concentrada
• Para garantizar la existencia de flora y fauna, evitando que se seque un río o cualquier otro depósito de agua que sea esencial para la vida.
• Permitir el control del flujo en estructura de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.

AFORO O MEDICIÓN DE CAUDALES
Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de saber cuánto se está transportando, para saber cómo está trabajando el vertedero; cuánta agua se está entregando (dependiendo con el fin que se realizó esta estructura), y en muchos casos con la medición del caudal se pueden evitar inundaciones y desastres; se coloca una regla, flotador y/o sensor de nivel a una cierta distancia aguas arriba de la estructura, pero para que no hayan errores se debe garantizar que los muros sean estructuras delgadas y se deben calibrar, aunque para ríos y presas son estructuras muy grandes pero de igual modo se debe garantizar una calibración, se recomienda que para aforos los vertederos no tengan controles, es decir que estén en descarga libre.
ELEMENTO DE UN VERTEDERO
M.G.V: movimiento gradualmente variado
M.R.V: movimiento rápidamente graduado
H: Carga sobre el vertedero
P: umbral o paramento, altura de la pared del vertedero
L: longitud del vertedero (4H)
B: Ancho del cana
l

Clasificación de los vertederos


CLASIFICACIÓN SEGUN SU CRESTA

1. Vertederos de cresta delgada o pared delgada

AFORO O MEDICIÓN DE CAUDALES
CONTRACCIONES LATERALES DE UN VERTEDERO
CARACTERÍSTICAS DE UN VERTEDERO DE PARED DELGADA
VERTEDEROS DE PARED DELGADA
FÓRMULA DE DESCARGA

Para el desarrollo de la formula teórica se tiene en cuenta dos posibilidades :

 Se desprecia la velocidad de llegada
 Se toma en cuenta la velocidad de llegada
DESPRECIANDO LA VELOCIDAD DE LLEGADA
VERTEDEROS RECTANGULARES
Formula de los orificios:
Teniendo en cuenta la anterior figura

Para encontrar el caudal o gasto se integra
h1: 0 considerando que el canal no posee pared en la parte inferior
Se organiza la fórmula



CONSIDERANDO LA VELOCIDAD DE LLEGADA

Con la teoría de los binomios (a+b)^n
Se organiza la ecuación
Se integra la anterior ecuación
Se obtendrá
Pero hv se reemplazara en valores conocidos así:
Por continuidad:
Donde D=H+P y se reemplaza en la fórmula de gasto:
Se tomara en cuenta que y se considera por lo cual al sustituirlo en la ecuación de gasto finalmente se obtendrá:
Estimación del coeficiente de descarga
Formula de Rehbock
Esta ecuación es válida únicamente cuando la relación H/P=5 aunque incluso llega a ser valida cuando H/P=10
Cuando H/P es mayor que 15 el caudal se controla mediante una sección critica aguas arriba, la profundidad critica es similar a H+P. Para lo cual en estos caso el coeficiente Cd es:

La longitud efectiva de la cresta del vertedero L se expresa así:
Formula de Francis
Se parte de la fórmula de Francis:
Si se reemplaza el anterior valor 1,84 en la ecuación de gasto de Francis:
Despreciando la velocidad de aproximación VO=0
Si no hay contracciones n=0
Formula de Bazin corregida por Hégly
Partiendo de la fórmula de descarga de un vertedero:
Para un vertedero con contracciones
Vertedero sin contracciones donde B=L
Fórmula de la Sociedad Suiza de Ingenieros y
Arquitectos
Partiendo de la fórmula de descarga de un vertedero:
Para vertederos con contracciones
Para vertederos sin contracciones
Formula de Kindsvater – Carter
Vertederos de pared delgada triangulares o con ranura en V conocidos como V- Notch
EL GASTO EN UN VERTEDERO TRIANGULAR
Teniendo en cuenta que el vertedero es triangular verticalmente simétrico:
El caudal será:
Al integrar se obtiene:
VERTEDERO DE CIPOLLETTI
El gasto se considera en dos partes:
• Una abertura rectangular
• Dos aberturas triangulares

Los taludes: este gasto se genera a través de triángulos.
Cajón rectangular: se toma en cuenta el gasto en un vertedero rectangular con dos contracciones a partir de la fórmula de Francis:
Al igualar
Por ende la cual es la condición del vertedero de Cipolletti,
El coeficiente de descarga para este vertedero se determinó experimentalmente como 0,63.

En el sistema métrico
VERTEDEROS DE PARED ANCHA
Relación del espesor de la cresta de los vertederos.
Para que el vertedero se considere de cresta ancha se debe cumplir la siguiente relación:
La lámina vertiente estará separa de la cresta y el funcionamiento será el de un vertedero de pared delgada.
El funcionamiento será diferente, pues la lámina vertiente se adhiere a la cresta del vertedero.
El gasto será:
Esta fórmula se expresa en función de la energía aguas arriba
En muchos casos se desprecia la velocidad de aproximación.
En el sistema métrico el caudal será:
Al incluirle el coeficiente de descarga C el caudal será real:
VERTEDERO CIMACIO
El perfil aguas abajo de la cresta del Cimacio se obtiene mediante la ecuación que describe el perfil del agua de acuerdo con la experimentación.
Obviamente el ángulo de inclinación respecto a un plano horizontal afecta la ubicación del punto de tangencia; Por lo tanto, el rango de x para la ecuación aguas abajo de la cresta es:
donde xT, es la coordenada sobre el eje x del punto de tangencia y se obtiene derivando e igualando las pendientes lo que da:

Método semigráfico

Programación del método semigráfico
Los trazos auxiliares se obtienen mediante la solución del sistema de ecuaciones siguientes:
Ecuaciones de los trazos definitivos
con sus respectivos rangos:
Criterio de diseño según el US Bureau of
Reclamation, USBR
ESTRUCTURAS DE AFORO
Usualmente se realiza una caracterización de estructuras así:
Por desbordamiento:

• Vertederos de cresta delgada (rectangular, triangular, Cipotelli)
• Vertederos de cresta ancha
• Por compuertas de fondo (orificios)
Por contracción
• Medidores a régimen crítico (canaleta Parshall, aforador sin cuello; aforador de garganta hidráulica.

CANALETA PARSHALL
El gasto esta dado por:
EJERCICIOS!!!
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