Vertederos Hidráulicos - Michael Guevara PDF

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Ejercicios de Vertederos Hidráulicos ...

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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja TITULACIÓN DE INGENIERÍA CIVIL

HIDRÁULICA I TEMA: VERTEDEROS HIDRÁULICOS

NOMBRE:

Michael Andrés Guevara Medina DOCENTE:

Ing. Juan Carlos García Espinosa

PARALELO:

“A”

OCTUBRE 2019 – FEBRERO 2020

VERTEDEROS HIDRÁULICOS 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. Se llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efectúa una descarga a superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas según las finalidades a la que se destine. Si 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. Ambos tipos pueden utilizarse como dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pequeñas dimensiones. El vertedero de pared gruesa se emplea además como obra de control o de excedencias en una presa y como aforados en grandes canales.

Fuente: http://artistasdlaconstruccionv.blogspot.com/2010/05/orificios-y-vertederos.html FUNCIONES DEL VERTEDERO Un vertedero puede tener las siguientes funciones: 

Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel requerido para el funcionamiento de la obra de conducción.



Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina liquida 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.

FINALIDAD DE LOS VERTEDEROS Las finalidades de los vertederos pueden ser científicas y prácticas. A. Finalidades Científicas.- pueden utilizarse como dispositivos de aforo o elementos de calibración de aforadores en laboratorios hidráulicos. B. Finalidades Prácticas.- se emplea en la medición de caudales de pequeños cursos de agua (canales de pequeñas dimensiones) y conductos libre, así como en obras de control o de excedencias en presas de embalse y también aforo de grandes canales. ELEMENTOS DE UN VERTEDERO Los elementos de un vertedero son: 

Cresta.- borde superior del vertedero.



Napa.- vena liquida que fluye a través del vertedero.



Pared del vertedero (P).- es la altura del vertedero.



Longitud del vertedero (L).- es la longitud perpendicular del vertedero con respecto al flujo.



Carga sobre el vertedero (H).- espesor del chorro medida entre la superficie libre aguas arriba del vertedero a una distancia suficientemente grande (>4H) para que no se manifieste el abatimiento de la napa en la cresta.

Fuente: González (2000).

PRINCIPALES COMPONENTES DE LOS VERTEDEROS Los principales componentes de los vertederos son los siguientes:  Estructura de control: Regula y gobierna las descargas del vaso. Pueden ser: una cresta, vertedor, orificio, boquilla o tubo.  Canal de descarga: Ayuda a la conducción de los volúmenes descargados por la estructura de control.  Estructura terminal: Permite descargar el agua en el río sin erosiones o socavaciones peligrosas en el talón de la presa y sin producir daños en las estructuras adyacentes.  Canales de llegada y de descarga: Captan el agua del vaso y la conducen a la estructura de control. CLASIFICACIÓN DE VERTEDEROS Los vertedores se clasifican de diferentes formas: A.- Por su Geometría: 

Vertedores de forma rectangular



Vertedores de forma triangular



Vertedores de forma trapezoidal



Vertedores circulares, parabólicos, etc

B.- Por su espesor de pared 

Vertedores de pared delgada (e0.66 H)

C.- Por su tipo de Cresta 

Vertedores de Cresta Delgada



Vertedores de Cresta tipo Cimacio o Perfil Greager

D.- Por su longitud de cresta en relación al ancho del canal de acceso 

Vertedores sin Contracción laterales



Vertedores con contracciones laterales.

E.- Por su funcionamiento 

Vertedores con velocidad de llegada



Vertedores sin velocidad de llegada

F.- Por la forma de la napa o lámina vertiente. 

Napa Libre



Napa Suprimida



Napa adherente



Napa Ahogada

FORMULA TEORICA DE UN VERTEDERO La fórmula teórica de un vertedero para vertederos rectangulares es:

DONDE: Q= caudal en m3/seg. C= coeficiente (a determinar experimentalmente). b= anchura de la cresta del vertedero en m. H= carga sobre el vertedero en m (altura de la superficie del nivel del líquido por encima de la cresta). V= velocidad media de aproximación en m/seg. FORMUILA DE FRANCIS La fórmula de Francis, basada en experiencia sobre vertederos rectangulares de 1,067m (3,5 ft) a 5,182m (17 ft) de anchura bajo cargas de 0,183m (0.6 ft) a 0,488m (1,6 ft), es:

Donde la notación es la misma que anteriormente y n= 0 para un vertedero sin contracción. n= 1 para un vertedero con contracción en un extremo. n= 2 para un vertedero con contracción total.

FORMULA DE BAZIN La fórmula de Bazin (anchuras de 0,5m a 2m bajo cargas de 0,05m a 0,6m) es:

Donde Z= altura de la cresta del vertedero sobre la solera del canal. El término entre corchetes se hace despreciable para bajas velocidades de aproximación. FORMULA DE FTELEY Y STEARNS La fórmula de fteley y stearns [anchura de 1,524m (5 ft) a 5,791m (19 ft)] bajo cargas de 0,021m (0,07 ft) a 0,497m (1,63 ft) para vertederos sin contracción es:

Donde 𝛼 = factor de pendiente de la altura de cresta Z (se requiere un tabla de valores) FORMULA DEL VERTEDERO TRIANGULAR Esta fórmula es:

O, para un vertedero dado:

FORMULA DE UN VERTEDERO TRAPEZOIDAL (de cipolletti) es:

En este vertedero la pendiente de los lados (extremidades) es de 1 horizontal y 4 vertical.

PARA PRESAS EMPLEADAS COMO VERTEDEROS: La expresión aproximada del caudal es:

Donde m= factor experimental, tomado generalmente de estudios sobre modelo. EL TIEMPO DE VACIADO DE DEPOSITOS: por medio de un orificio es:

Para un depósito cuya sección recta no es constante. EL TIEMPO DE VACIADO DE DEPOSITOS: por medio de vertederos es:

EL TIEMPO PARA ESTABLECER EL FLUJO: en una tubería es:

BIBLIOGRAFÍA  González, F. (2000). Diseño construcción y operación de modelos hidráulicos para la optimización de vertederos laterales Canal rectangular fase I. (Tesis de maestría) Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.  Domínguez, F. (1999). Hidráulica (6ta.edición). Santiago de Chile: Universitaria.  Salamanca, L. (1970). Estudio del Vertedero Lateral. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.  Mott, R. (2006). Mecánica de Fluidos (6ta. edición). México D.F.: Pearson Educación.  Peña, M. y Sotelo, G. (enero, 2005). Diseño de vertedores de canal lateral en régimen supercrítico. Revista Tláloc AMH Asociación Mexicana de Hidráulica, 3, 6-14.  Acosta, G. y Azevedo, J. (1975). Manual de Hidráulica (6ta. edición). México D.F.: Editorial Harla.  Chow, T. (1994). Hidráulica de canales abiertos. Bogotá: McGraw Hill Interamericana...