vertedores 3
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VERTEDORES
VERTEDERES
FUNDAMENTO TEORICO.
Se define como vertedor a un dispositivo hidrulico constituido por una escotadura, a travz de la cual se hace circular el agua. Hidrulicamente es un orificio que no esta totalmente ahogado por el nivel de aguas arriba, de manera que un aparte del orificio esta libre y no proporciona gasto alguno, o sea que equivale a un orificio sin el borde superior. La vena lquida que fluye a travs del vertedor se llama capa o lmina.
Los vertederos son estructuras que tienen aplicacin muy extendida en todo tipo de sistemas hidrulicos y expresan una condicin especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. Normalmente desempean funciones de seguridad y control.
Un vertedero puede tener las siguientes misiones:
- Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de requerido para el funcionamiento de la obra de conduccin.
- 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 lmina lquida de espesor limitado.
- En una obra de toma, el vertedero de excedencias se constituye en el rgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de mximas crecidas.
- Permitir el control del flujo en estructuras de cada, disipadores de energa, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.
VERTEDEROS RECTANGULARES:
El vertedero se puede considerara como un caso particular de un orificio, en que la carga sobre el borde superior se a reducido a cero.
La expresin de gasto terico a que se llega en el caso mas general, en la que se considera el efecto de la velocidad de aproximacin es la siguiente.
-
+
=
2
/
3
2
1
2
/
3
2
1
2
2
2
*
*
3
2
g
V
g
V
H
g
L
Q
t
Donde
=
t
Q
Gasto teorico del vertedero en m3/seg.
L=Longitud de la cresta en m.
H= Carga dfel vertedero en m.
=
1
V
Velocidad de aproximacin en el canal, en m/seg
g= Aceleracion de lagravedad, en m/seg2
En el caso de que la velocidad se pequea se considera cero la expresin del gasto teorico quedara;
2
/
3
2
*
*
3
2
H
g
L
Q
t
=
El gasto real Q es menor que el gasto terico, debido a las contracciones y perdidas de energa que se producen en el vertedero, por lo que para obtener el gasto real es necesario afectar al gasto terico por su coeficiente menor que la unidad, de tal, manera queda la siguiente expresin:
2
/
3
2
*
*
3
2
H
g
L
Q
Q
t
m
m
=
=
Al coeficiente
m
se denomina coeficiente de gasto y se puede determinar por la expresin.
2
/
3
2
*
3
2
H
g
L
Q
=
m
TIPOS DE VERTEDROS QUE TENEMOS EN LE LABORATORIO
NORMAS PARA INSTALACION DE VERTEDEROS
Aguas arriba el vertedero debe ser recto con una longitud diez veces el largo de la cresta.
Las agua arriba lisas.
La cresta debe nivelarse de manera que quede horizontal y recta.
El espesor del bisel de la cresta en vertederos de cresta delgada deber ser menor a 2mm.
La altura de la cresta sobre el fondo del canal de llegada (P) debe ser por lo menos dos veces la carga sobre la cresta.
Evitar construcciones aguas arriba del vertedero.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En la figura se muestra un esquema de la instalacin disponible en el laboratorio para realizar la calibracin de vertederos de pared delgada. Consta de las siguientes partes:
.- Vlvula de regulacin a la entrada.
.-Vertedor de energa para disminuir la velocidad de aproximacin en el canal de acceso.
.- Vertedor de pared delgada.
.- Tanque de aforo.
.- PIEZMETROS.
.- Mira mecnica de precisin.
Los pasos que se recomienda seguir pasa la realizacin del experimento son los siguientes:
1.- Colocar el vertedor seleccionado (rectangular, triangular o trapecial).
2.- Medir las caractersticas geomtricas del vertedero que son: longitud de cresta, ancho del canal de aproximacin, altura dela cresta respecto al piso, Angulo en al vrtice, nmero de contracciones. Se debe tomar nota de la elevacin de la cresta de forma que la carga sobre el vertedor se mida con respecto a ese nivel.
3.- Poner a funcionar las bombas que abastecen al tanque de carga constante. Abrir la vlvula de regulacin hasta lograr que se estabilice el flujo en la instalacin. se debe observar que no existen salideros de agua por las uniones del vertedor que durante toda la calibracin el tanque de carga constante se encuentre vertiendo.
4.- Medir la carga sobre el vertedor con la mira mecnica y el tiempo de llenado del volumen prefijado en el tanque de aforo.
5.- Variar el gasto y repetir las indicaciones del punto 4.
Para realizar el procesamiento de los datos se recomienda seguir el orden que se indica a continuacin.
1.- Calcular la carga de agua sobre el vertedor (H), en metros. Se determina por la diferencia entre las lecturas de la mira mecnica de precisin. La lectura inicial es la correspondiente a la elevacin de la cresta, que es un valor constante durante la calibracin. La lectura final es la que se obtiene al poner la punta de la mira en la superficie libre de agua.
2.- Determinar el gasto de circulacin (Q), en m3/s. Es el gasto real o efectivo que se calcula a partir de dividirle volumen de agua acumulada en el tanque de aforo, entre el tiempo.
3.- Obtener el coeficiente de gasto (), adimensional. Se utilizan las ecuaciones segn se este analizando un vertedor rectangular, triangular o trapecial.
4.- Realizar al calculo de gasto esperado por formulas empricas propuestas por diferentes autores. Comparar los resultados con los valores de gasto obtenidos experimentalmente
5.- Obtener la ecuacin de gasto vs carga (Q vs H) para el vertedor analizado y una ecuacin de variacin del coeficiente de gasto vs carga ( vs H).
DATOS Y RESULTADOS DE LA PRACTICA.
Con Contracciones
Parametros
Valor
Altura de cresta sobre el fondo
P
0.30
m
Cresta o Umbral
L
0.30
m
Ancho del canal de aceso
B
1.00
m
Espesor del bisel
e
0.0005
m
temperatura del agua
T
20
C
Numero de contracciones
n
2
Area del tanque de aforo
A
3.00
M2
Sin Contracciones
Parametros
Valor
Altura de cresta sobre el fondo
P
0.30
m
Cresta o Umbral
L
1.00
m
Ancho del canal de aceso
B
1.00
m
Espesor del bisel
e
0.0005
m
temperatura del agua
T
20
C
Numero de contracciones
n
0
Area del tanque de aforo
A
3.00
M2
Tabla de Observaciones 1 Carga
Obs.
Altura tanque
Tiempo
Lectura (Mira)
n
(m)
(S)
(m)
1
0.05
22.70
0.0748
2
0.05
21.70
0.0748
3
0.05
21.40
0.0748
4
0.05
22.20
0.0748
Promedio
22.00
Tabla de Observaciones 2 Carga
Obs.
Altura tanque
Tiempo
Lectura (Mira)
n
(m)
(S)
(m)
1
0.05
12.00
0.1034
2
0.05
11.70
0.1034
3
0.05
11.30
0.1034
4
0.05
11.70
0.1034
Promedio
11.68
Tabla de Observaciones 3 Carga
Obs.
Altura tanque
Tiempo
Lectura (Mira)
n
(m)
(S)
(m)
1
0.05
5.50
0.1641
2
0.05
6.00
0.1641
3
0.05
5.80
0.1641
4
0.05
6.10
0.1641
Promedio
5.85
Tabla de Observaciones 4 Carga
Obs.
Altura tanque
Tiempo
Lectura (Mira)
n
(m)
(S)
(m)
1
0.05
3.50
0.1913
2
0.05
3.40
0.1913
3
0.05
3.80
0.1913
4
0.05
3.80
0.1913
Promedio
3.63
Tabla de Observaciones 5 Carga
Obs.
Altura tanque
Tiempo
Lectura (Mira)
n
(m)
(S)
(m)
1
0.05
2.60
0.2359
2
0.05
2.30
0.2359
3
0.05
2.50
0.2359
4
0.05
2.40
0.2359
Promedio
2.45
Vertedero rectangular con contracciones
Resultados Experimentales
Gasto Calculado por Formulas
OBS.
Carga
gasto
U
King
Francis
co
SSIA
m
L/s
L/s
L/s
L/s
0.075
6.818
376.215
12.071
11.409
0.625
11.329
1 Carga
0.103
12.848
436.188
19.705
18.667
0.613
18.062
2 Carga
0.164
25.641
435.405
40.100
37.887
0.602
35.428
3 Carga
0.191
41.379
558.253
50.939
48.007
0.599
44.382
4 Carga
0.236
61.224
603.189
70.826
66.432
0.596
60.450
5 Carga
Vertedero rectangular con contracciones
Resultados Experimentales
Gasto Calculado por Formulas
OBS.
Carga
gasto
U
King
Francis
co
Rehbock
co
SSIA
co
Bazin
m
L/s
L/s
L/s
L/s
L/s
L/s
0.075
6.818
376.215
40.238
38.032
0.638
38.535
0.635
38.389
0.451
40.843
1 Carga
0.103
12.848
436.188
65.684
62.224
0.642
63.028
0.641
62.961
0.447
65.784
2 Carga
0.164
25.641
435.405
133.665
126.291
0.655
128.539
0.657
129.047
0.450
132.633
3 Carga
0.191
41.379
558.253
169.798
160.023
0.661
163.395
0.665
164.320
0.454
168.289
4 Carga
0.236
61.224
603.189
236.086
221.440
0.672
227.502
0.677
229.201
0.461
233.890
5 Carga
La Ecuacin de Gasto VS. Carga Bien dado por la siguiente ecuacin.
042
.
0
003
.
0
2
-
=
x
Y
Q
H