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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
8/16/2019 10 vertederos
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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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Clasificación de vertederos
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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Clasificación de vertederos
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
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Según el ancho de la cresta
• 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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Según el ancho de la cresta
• 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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Según el ancho de la cresta
• 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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Según el ancho de la cresta
• 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
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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SUPOSICIONES MODELO DE FLUJO IDEAL
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
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
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
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
CALCULO DEL CAUDAL VERTEDERO DE PARED
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CALCULO DEL CAUDAL VERTEDERO DE PARED
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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CALCULO DEL CAUDAL VERTEDERO DE PARED
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CALCULO DEL CAUDAL VERTEDERO DE PARED
DELGADA
Otra recomendación para el calculo del
coeficiente de descarga es:
Despejando el cd de la formula del caudal real
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Según el ancho de la cresta
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
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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Según el ancho de la cresta
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
Influencia de la forma de la vena.
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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Según el ancho de la cresta
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
Influencia de la forma de la vena.
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Según el ancho de la cresta
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
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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Según el ancho de la cresta
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
Aireación de la vena líquida.-
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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Según el ancho de la cresta
• VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
Aireación de la vena líquida.-
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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Según el ancho de la cresta
VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Según el ancho de la cresta
VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA
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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Según el ancho de la cresta
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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Según el ancho de la cresta
VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA
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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Según el ancho de la cresta
VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA
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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Según el ancho de la cresta
VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA
• 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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VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA
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
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED GRUESA O VERTEDEROS
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED GRUESA O VERTEDEROS
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED GRUESA O VERTEDEROS
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED GRUESA O VERTEDEROS
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED GRUESA O VERTEDEROS
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED DELDADA - EJEMPLO
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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED DELDADA - EJEMPLO
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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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED DELDADA - EJEMPLO
El coeficiente de descarga para un vertedero
rectangular es:
Cdv rectangular
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Ing. Nancy Zevallos Quispe
VERTEDEROS DE PARED DELDADA - EJEMPLO
La carga en vertedero es:
Cdv rectangular
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VERTEDEROS DE PARED DELDADA - EJEMPLO
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.