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• Fiorella

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3 OBJETIVO ESPECÍFICO........................................................................................4 MARCO TEÓRICO..................................................................................................5 1.1.

DEFINICIÓN DE VERTEDERO..................................................................5

1.2.

VERTEDERO DE CRETA AGUDA............................................................6

1.2.1.

Vertedero de sección rectangular........................................................6

1.2.2.

Vertedero de sección triangular...........................................................7

DESARROLLO DE CUESTIONARIO.....................................................................8 CONCLUSIONES..................................................................................................12 REFERENCIAS......................................................................................................13 ANEXOS................................................................................................................14

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INTRODUCCIÓN Hoy en día, es más frecuente el uso de los vertederos hidráulicos, ya que, son elementos complejos e importantes que se utilizan en sistemas de distribución de agua, en redes de saneamientos, en sistemas de evacuación de aguas residuales y en sistemas de control de aguas pluviales. Al mismo tiempo, permiten controlar el nivel en embalses, canales y depósitos, también permiten derivar caudales y elevar el nivel de agua. Los vertederos hidráulicos son de formas y de tamaños diversos. Existen vertederos de pared delgada y de pared gruesa, vertederos laterales, vertederos circulares, parabólicos, triangulares, rectangulares y trapezoidales. El problema que surge en cuanto al uso de estas geometrías complejas es la dificultad de determinar a priori la capacidad en función del caudal de agua en las mismas y además tenemos que incluir su representación en los modelos de análisis de redes de saneamientos y de drenaje, dónde se nos impone la necesidad de caracterizar los vertederos. En el presente informe, me centraré en dos tipos de vertederos: los triangulares y rectangulares, sobretodo la comparación de ambos y su calibración.

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OBJETIVO ESPECÍFICO 

Determinar la calibración de dos vertederos: uno de forma rectangular de pared gruesa y otro de forma triangular de pared delgada.



Determinar el coeficiente de descarga y compararlos con los reportados por otros investigadores en la literatura.



Determinar a los vertederos de pared gruesa y delgada como herramientas de medición de caudales para flujos sobre canales abiertos.

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MARCO TEÓRICO 1.1.

DEFINICIÓN DE VERTEDERO

“Se define como vertedero a un dispositivo hidráulico constituido por una pared perpendicular al flujo, a través del cual se hace circular el fluido. Hidráulicamente es un orificio que no está totalmente ahogado por el nivel de aguas arriba, de manera que la parte del orificio está libre o sea es el equivalente de un orificio sin borde superior.” (Ngamalieu, 2015). Por ello, decimos que un vertedero es una abertura o escotadura de contorno abierto, la cual puede ser practicada en la pared de un depósito, o bien en una barrera colocada en un canal o río, para que finalmente escurra o rebase el líquido contenido en el depósito. Para entender mejor el concepto, se adjunta la Ilustración1 con el gráfico de un vertedero:

Ilustración 1: Gráfico de un vertedero

Donde: -

h, carga sobre el vertedero, espesor del chorro medido sobre la cresta.

-

L, longitud de cresta del vertedero (pared horizontal de la escotadura en contacto con el líquido).

-

d, distancia donde se realiza la lectura de la carga, mayor o igual que 4h.

Es importante mencionar que, los vertederos tienen varias funciones y entre ellas tenemos las siguientes: -

Controlar el nivel en embalses, canales, depósitos.

-

Aforo y medición de caudales de pequeños cursos de agua y conductos libres. 4

-

Elevar el nivel de agua.

-

Evacuación de crecientes o derivación de un determinado caudal (aliviaderos).

Los vertederos cumplen la función de aliviaderos en una presa. Sin embargo, son a la vez estructuras que permiten medir caudales. También, ofrecen grandes ventajas en la medición del agua, entre ellas tenemos: -

Se logra precisión en los aforos.

-

La construcción de la estructura es sencilla.

-

No son obstruidos por los materiales que flotan en el agua.

-

La duración del dispositivo es relativamente larga.

Por otro lado, debemos mencionar que dichos vertederos se pueden clasificar gracias al ancho de su cresta, ya que pueden ser de tipo: cresta aguda y cresta ancha. Para comprender esta clasificación tenemos la Ilustración2 y Ilustración3 en Anexos. 1.2.

VERTEDERO DE CRETA AGUDA

1.2.1. Vertedero de sección rectangular Este vertedero, es una de las más usuales con este tipo de sección. Francis nos dice que, si no hay ninguna contracción lateral, la fórmula del caudal será:

Si se quiere observar su gráfica, debemos ir a la Ilustración4 en Anexos. Por otro lado, también tenemos el perfil de Creager, con su fórmula:

Si se quiere observar su gráfica, debemos ir a la Ilustración5 en Anexos. Además, si el vertedero tiene cresta agua con contracciones, la ecuación planteada por Francis es:

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1.2.2. Vertedero de sección triangular Los vertederos triangulares se usan para medir caudales pequeños y tienen un ángulo de 2 α. Para observar su gráfica, debemos ir a la Ilustración6 en Anexos. La fórmula general obtenida experimentalmente es:

Para otros valores de 2 α, los

valores de Cd a usar en la

ecuación anterior, se obtiene gracias a la tabla de la Ilustración7 en Anexos. Por otro lado, King obtuvo fórmulas similares para vertederos triangulares para caudales pequeños, las cuales son:

Donde: -

Q, caudal.

-

h, carga sobre el vertedero.

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DESARROLLO DE CUESTIONARIO Del

análisis

del

video

“Vertedero

triangular”,

https://www.youtube.com/watch?v=TwtFimW8bxs;

y

del

cuyo video

link

es

“Vertedero

rectangular”, cuyo link es https://www.youtube.com/watch?v=KcjHJ1gwJTE; realice un comentario de los ensayos realizados para la calibración del caudal en el vertedero triangular y en el vertedero rectangular. En los dos vídeos podemos observar la importancia sobre el buen manejo de los vertederos triangulares y rectangulares. Nos muestra que el vertedero triangular es útil para caudales menores a 30 litros/segundos, es decir, para caudales pequeños. También, nos muestra una planta de tratamiento donde previo al vertedero triangular se construyó un vertedero rectangular para poder estabilizar el flujo. Además, vemos que en la abertura de la escotadura del vertedero se forma el ángulo que empleamos en la fórmula, el cual va en función del caudal que transporta el caudal. La longitud de desarrollo del vertedero tiene que ser mínimo diez veces la altura de la carga sobre el mismo. Agregado a ello, vemos los diferentes métodos para la medición de caudales. Uno de ellos nos muestra que, cuando se elabora un vertedero tiene que ser de un material resistente y ser instalado perpendicular al río o canal. Después, se sella las fugas para que no pase al otro lado del vertedero, y se nivela para que el fluido pueda circular de manera uniforme.

Responda el siguiente cuestionario: 1. ¿Qué es un vertedero y para qué son utilizados? Un vertedero es un obstáculo transversal de geometría y de forma variable que se pone en una estructura hidráulica en lámina libre, por ejemplo, un canal, un río u un depósito. Son utilizados para regular el nivel del líquido al interior de la estructura y de controlar sus efectos aguas abajo.

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2. ¿Qué tipo de vertedero permite obtener medidas más precisas de altura de carga correspondiente a caudales reducidos? Los vertederos triangulares se usan para medir caudales pequeños y tienen un ángulo de 2 α. 3. Determinar el caudal de un vertedero en pared delgada, de anchura 2,10 m, altura 0,20 m y profundidad 0,80 m (umbral).

4. Calcular el caudal que puede aforarse en un canal de flujo en un laboratorio, con vertedero tipo triangular en el que α = 90°. La carga es de 8cm. Asimismo calcule el valor del espejo de agua.

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5. Calcular el caudal que circula por una acequia conductora, donde se ha colocado un vertedero rectangular, de 1 metro de cresta (L) y donde la altura del agua (H) sobre esta es de 60 cm.

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6. El derrumbe o la intromisión de un obstáculo, en un canal impide el paso del flujo y lo fuerza a fluir por encima de él funcionando así mismo como especie de vertedero, se pregunta ¿Qué régimen se establece aguas arriba y aguas abajo del obstáculo? El régimen es el supercrítico, debido a que en la sección de control se presenta la profundidad o tirante crítico, el cual se rige por las propiedades geométricas de la sección. 7. Cuando la geometría de la sección transversal del canal y del vertedero es la misma, se pregunta ¿Es un vertedero con contracciones o sin contracciones? Gracias a Francis podemos decir que, es un vertedero sin contracciones, ya que, esto significa que la longitud de la cresta del vertedero es igual que el ancho del canal. 8. ¿De qué depende completamente establecer la determinación de la ecuación de calibración (cálculo del caudal) para un vertedero? Depende de lo siguiente: -

Geometría.

-

Ubicación de la estructura.

-

Espesor de la cresta.

-

Tipo de descarga.

-

Número de contracciones.

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CONCLUSIONES 

El vertedero más usado y sencillo es el rectangular.



Las pérdidas aumentan a medida que se incrementa el caudal, el caudal es mayor a medida que aumenta la altura del canal.



Es más factible y preciso el vertedero de sección triangular.



El vertedero triangular puede funcionar con flujos bastante pequeños, así como flujos bastantes grandes.



El vertedero rectangular debe manejar grandes flujos, debido a que, si son pequeños, dicho vertedero puede ser muy estrecho.

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REFERENCIAS 

Marbello, R. (s.f.). Manual de prácticas de laboratorio de hidráulica. Recuperado de http://bdigital.unal.edu.co/12697/31/3353962.2005.Parte %206.pdf



Ngamalieu, U. (2015). Caracterización de vertederos hidráulicos mediante técnicas

CFD.

Recuperado

de

https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/67819/TFM%20Ulrich %20Final.pdf?sequence=1&isAllowed=y#:~:text=Los%20vertederos %20hidr%C3%A1ulicos%20son%20de,%2C%20triangulares%2C %20rectangulares%20y%20trapezoidales

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ANEXOS

Ilustración 2: Vertedero de cresta aguda

Ilustración 3: Vertedero de cresta ancha

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Ilustración 4: Gráfico de vertedero rectangular de cresta agua sin contracciones, según Francis

Ilustración 5: Gráfico según el perfil de Creager

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Ilustración 7: Tabla con los valores de Cd en función del ángulo 2α

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