10 vertederos

8/16/2019 10 vertederos

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MECANICA DE FLUIDOS II

VERTE EROS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

E.P. ING. CIVIL

Docente: Ing. Nancy Zevallos Quispe


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DEFINICION DE VERTEDERO

Se llama vertedero a la estructura

hidráulica sobre la cual se efectúa

una descarga a superficie libre.

Ing. Nancy Zevallos Quispe


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DEFINICION DE VERTEDERO

Un vertedero es un muro o una

barrera que se interpone al flujo,

causando sobre-elevación del nivel

de la lámina aguas arriba y

disminución aguas abajo.



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Funciones de los vertederos

• 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.



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Funciones de los vertederos



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Funciones de los vertederosLos vertederos permiten tener un

adecuado control del caudal por encima

de su cresta siendo necesario únicamentemedir una variable que es el tirante sobre

dicha cresta.



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Clasificación de vertederos

El vertedero puede tener diversas formas

según las finalidades a las que se destine.1.Según la forma geométrica del contorno deapertura, pueden distinguirse vertederos

rectangulares, trapeciales, triangulares,

parabólicos, etc.



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2. según el espesor de la pared del

vertedero o, más precisamente, la formaen que la vena líquida toca la parte

superior de la estructura, se clasifican en

Vertederos de Pared Gruesa o Delgada.



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3. según la longitud de la cresta.a) Vertedores sin contracciones laterales: b = B

b) Vertedores con contracciones laterales: b < B



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Según el ancho de la cresta

• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA



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• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADATambién conocidos como vertederos de pared

delgada o pared aguda. Estos vertederos son

construidos de una hoja de metal u otro material que

pueda ser biselado y que permita que el chorro o

manto salga libremente de la cresta del vertedero.

La utilización de vertederos de pared delgada está

limitada generalmente a laboratorios, canales

pequeños y corrientes que no lleven escombros y

sedimentos.



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• VERTEDEROS DE CRESTA

DELGADA

Este tipo de vertedero es el más usado,

especialmente como aforador , con muy

buena precisión, siempre que estén bien

instalados, por ser una estructura de fácil

construcción e instalación.



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• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADAEl medidor de la altura de carga (H) debe de ser

instalado a una distancia aguas arriba mayor o igual a

3.5 H, (otros autores recomiendan que la distancia sea

>= 4H) para que no se vea afectado por la curva de

descenso del agua a medida que se acerca a la misma.

El cero del medidor fija el nivel en el punto más bajo.



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• VERTEDEROS DE CRESTA

DELGADADebidamente calibrados se obtienenecuaciones o curvas en las cuales el caudal

es función de la carga hidráulica H.



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FLUJO REAL SOBRE UN VERTEDERO DE PARED

DELGADA



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SUPOSICIONES MODELO DE FLUJO IDEAL


La relación entre la descarga (Q) y la altura (H)sobre la cresta del vertedero, puede obtenerse

matemáticamente haciendo las siguientes

suposiciones del comportamiento del flujo:

1.Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme yla presión varía con la profundidad de acuerdo

con la hidrostática.

2.La superficie libre permanece horizontal hasta

el plano del vertedero y todas las partículas que

pasan sobre el vertedero se mueven

horizontalmente (en realidad la superficie libre

cae cuando se aproxima al vertedero). Ing. Nancy Zevallos Quispe


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SUPOSICIONES MODELO DE FLUJO IDEAL


3. La presión a través de la lámina de líquido onapa que pasa sobre la cresta del vertedero

es la atmosférica.

4. Los efectos de la viscosidad y de la tensión

superficial son despreciables.

Estas suposiciones conducen al siguiente modelo

de flujo ideal:



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FLUJO IDEAL SOBRE UN VERTEDERO

RECTANGULAR SIN CONTRACCIONES DE PARED

DELGADA



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CALCULO DEL CAUDAL VERTEDERO DE PARED

DELGADA Aplicando la ecuación de Bernuolli entre los puntos 1 y 2

Si Z1= H

Z2= H-y

El caudal teórico esta dado por:

Si L es la longitud de la cresta

Formula general para calculo

de Caudal teórico En un vertedero

Rectangular sin contracciones

Ing. Nancy Zevallos QuispeEl caudal real es: QR= Cd*Qt



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DELGADA

El caudal teorico no considera los efectos de

fricción ni tensión superficial, entonces Sedebe corregir por medio de un coeficiente de

descarga del vertedero Cd rectangular

Su valor varía, según recomendaciones para

este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de

Rehbock:

Donde p es la altura de la cresta del vertedero medida

desde el piso del canal.




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DELGADA

Otra recomendación para el calculo del

coeficiente de descarga es:

Despejando el cd de la formula del caudal real



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Influencia de la forma de la vena.

El funcionamiento de los vertederos de pared

delgada puede variar según la forma de la vena

o chorro aguas abajo de la estructura, en

situaciones en que no toda la lámina esté en

contacto con la presión atmosférica,

modificándose la posición de la vena y

alterándose el caudal. Es por ello que cuando elvertedero es usado para medición de caudales

se debe evitar la situación anterior.



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Esta influencia se puede presentar en vertederos

sin contracción lateral que no dispongan de una

adecuada aireación. En estas circunstancias la

lámina líquida puede tomar una de las formas

siguientes:



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Aireación de la vena líquida.-

Todo la teoría tratada acerca de los

vertederos de pared delgada es valido si el

chorro de agua se desprende de la placa del

vertedero y la vena queda aireada por debajo

(presión atmosférica actuando en toda la

vena).



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De no ser así, es decir si el chorro tiende a

pegarse a la placa del vertedero, ocurren

perturbaciones indeseables en su

comportamiento. Para que las fórmulas

deducidas puedan ser aplicables se hace

necesario instalar un tubo de ventilación

por el cual se pueda incorporar el airenecesario para despegar la vena.



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De no ser así, es decir si el chorro tiende a

pegarse a la placa del vertedero, ocurren

perturbaciones indeseables en su

comportamiento. Para que las fórmulas

deducidas puedan ser aplicables se hace

necesario instalar un tubo de ventilación

por el cual se pueda incorporar el airenecesario para despegar la vena.



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VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA



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Tienen menor capacidad de descargapara igual carga de agua que los

vertederos de cresta delgada y su uso

más frecuente es como estructuras de

control de nivel o de excedencias en una

presa y como aforador en grandes

canales.



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Vertedero de pared ancha con la arista de

aguas arriba redondeada.

El efecto de redondear la arista de aguas

arriba de un vertedero de cresta ancha se

aproxima a la acción de disminuir el nivel

del coronamiento, ya que se reduce la

contracción, incrementando la capacidad

de evacuación.



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En este tipo de vertederos el flujo sobre lapared alcanza a tener líneas de corrientes

paralelas, por lo que se tiene una

distribución hidrostática de presiones.



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La mínima distancia a la cual se debeninstalar los medidores de la carga

hidráulica (H) para que no esté afectada

por la declinación de la lámina de agua es

3.5H



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• Cuandoe/H

es menor que 0.67 el chorrose separa de la cresta y el funcionamiento

es idéntico al del vertedero de pared

delgada.

• Cuando e/H es mayor a 0.67 el

funcionamiento es diferente, pues la lámina

vertiente se adhiere a la cresta del

vertedero.

• Si la relación e/H es mayor que 10 se

considera que el funcionamiento es en

canal. Ing. Nancy Zevallos Quispe


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FORMULACION TEORICA

• se puede decir que un vertedero depared gruesa es un canal

extremadamente corto con entrada y

salida muy próximas entre sí, de tal

suerte que siempre se presenta el

tirante crítico



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VERTEDEROS DE PARED GRUESA O VERTEDEROS

DE CRESTA ANCHA

El flujo sobre una obstrucción losuficientemente alta en un canal abierto es

siempre crítico.

Un vertedero de

pared gruesa esun bloque

rectangular de

altura Pw y

longitud

Lw que tiene una

cresta horizontal

sobre la cual

ocurre un flujo

crítico


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DE CRESTA ANCHA

Ec. Energía en 1 y 2

Si la velocidad critica es: cc ygv *=

El t irante crit ico es:


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DE CRESTA ANCHA

El caudal será:

cc v AQ *=En un canal rectangular de

ancho b y tirante yc

Reemplazando el ti rante crit ico :


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DE CRESTA ANCHA

El caudal teórico será:

cc v AQ *=

Este caudal teórico es sobrevaluado en varios

porcientos porque no se consideran los efectos

de fricción.


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DE CRESTA ANCHA

Se corrige por medio de un coeficientede descarga del vertedero Cdv

la velocidad V1 es muy baja usualmente, y puede

despreciarse.

cc v AQ *=


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DE CRESTA ANCHA

Si el vertedero es demasiado largo (Lw >12H),los efectos de fricción dominan y causan

que el flujo sobre el vertedero sea subcrítico.

Si el vertedero es demasiado corto

(Lw


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VERTEDEROS DE PARED DELDADA - EJEMPLO

El caudal en un canal abierto

horizontal y ancho (b= 5m) se mide con

un vertedero rectangular de pared

delgada de 0.6 m de alto de ancho

igual al ancho del canal. Si laprofundidad del agua corriente arriba

es 1.5 m, determine el Q.


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Hipótesis:

1. El flujo es estacionario.

2. La carga de velocidad corriente arriba es

despreciable.

3. El canal es lo suficientemente ancho, así que los

efectos en los bordes son despreciables.

Q teórico =

Este caudal no considera los efectos de fricción ni

tensión superficial, entonces Se debe corregir por

medio de un coeficiente de descarga del vertedero

Cdv rectangular


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El coeficiente de descarga para un vertedero

rectangular es:

Cdv rectangular


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La carga en vertedero es:

Cdv rectangular


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Se satisface la condición H/P


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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

Un vertedero de pared gruesa de 1 m de

altura se usa para medir el caudal en un canal

rectangular de 5 m de ancho. La profundidaddel flujo corriente arriba desde el vertedero es

de 1.6 m. Determine el caudal a través del

canal y la profundidad mínima de flujo por

arriba del vertedero.

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