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ABST. DE AGUA Y ALCANTARILLADO

VERTEDEROS

CICLO Y GRUPO: VIII CICLO- GRUPO A

2017

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLDADO

CARATULA ………………………………………………………………………………………………………………… 1 INDICE

………………………………………………………………………………………………………………… 2

INTRODUCCION ………………………………………………………………………………………………………. 3 CONCEPTO

………………………………………………………………………………………………………. 4

TERMINOLOGIA DE UN VERTEDERO

………………………………………………………………………. 5

TIPOS DE LÁMINAS ……………………………………………………………………………………………………. 6 CLASIFICACION DE UN VERTEDERO FUNCIONES

……………………………………………………………………….. 8

…………………………………………………………………………………………………………. 13

VERTEDERO COMO ELEMENTO DE UN CANAL ………………………………………………………… 14

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INTRODUCCION: En nuestra sociedad los recursos naturales se deben cuidar, mantener y si los usamos debemos controlarnos, y esto pasa con los vertederos que nos ayudan a controlar el agua además de que nos brindan protección cuando hay crecidas en las aguas superficiales.

Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un líquido con superficie libre, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor límite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometría; por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos. Hacia esta segunda aplicación está enfocada la presente práctica.

En el presente trabajo hablaremos ampliamente acerca de los vertederos, donde veremos su importancia para nuestra calidad de vida.

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CONCEPTO: El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a propiciar el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales, siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. El vertedero hidráulico cumple diferentes funciones entre las que se encuentran las que se destacan, garantizar que la estructura hidráulica ofrezca seguridad, pues impide que se eleve el nivel de aguas arriba sobre el nivel máximo. Garantizar que el nivel de agua tenga poca variación en el canal de riego aguas arriba. Componerse en una zona de una sección de aforo que tenga el río o el arroyo. Un vertedero es un dique o pared que presenta una escotadura de forma regular, a través de la cual fluye una corriente líquida. Véase la Figura. El vertedero intercepta la corriente, causando una elevación del nivel aguas arriba, y se emplea para controlar niveles (vertederos de rebose) y/o para medir caudales (vertederos de medida)

IMAGEN 1

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TERMINOLOGIA DE UN VERTEDERO:

IMAGEN 2 Donde: b : Longitud de la cresta del vertedero B : Ancho del canal de acceso h : Carga del vertedero. Es el desnivel entre la superficie libre de aguas arriba y la cresta del vertedero a : Carga sobre la cresta P : Altura o cota de la cresta, referida al fondo del canal z : Espesor de la lámina de agua, aguas abajo del vertedero L : Distancia mínima, aguas arriba del vertedero, a la cual se coloca el medidor de niveles (limnímetro). L  5h e : Espesor de la pared del vertedero H : Espesor de la lámina de agua, aguas arriba del vertedero El chorro descargado a través de la escotadura del vertedero, modelado por la cresta, forma una hoja llamada napa o lámina vertiente. Como se verá posteriormente, el caudal, Q, descargado a través de un vertedero, se puede expresar en función exclusiva de la carga del vertedero, h; es decir, Q = f(h).

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TIPOS DE LÁMINAS: Cuando el aire atmosférico rodea externa y completamente a la lámina vertiente y ésta se despega totalmente de la cara de aguas abajo del vertedero, se dice que éste es de lámina libre. Véase la Figura 1. Esta forma de lámina corresponde al régimen más estable y, por lo tanto, la más deseable en el empleo de los vertederos de pared delgada como medidores de caudal. En el caso de un vertedero rectangular, sin contracciones laterales, esto es, con longitud de cresta igual al ancho de plantilla del canal de acceso, el espacio situado bajo la lámina de agua estará incomunicado con la atmósfera exterior, y el escurrimiento puede tomar una de las siguientes formas: 

LÁMINA LIBRE: Ya descrita anteriormente. Se obtiene mediante la instalación de orificios de ventilación en las paredes del canal, inmediatamente aguas abajo del vertedero, con lo cual se comunica la zona situada bajo la lámina con la atmósfera exterior. Véase en la figura 3a.



LÁMINA ABATIDA: Esta lámina ocurre cuando la ventilación de la descarga es insuficiente, por lo cual se introduce aire en la parte inferior de dicha lámina, disminuyendo su presión por debajo del valor de la presión atmosférica. En consecuencia, la presión atmosférica que actúa sobre la parte superior de lámina hace que ésta se adhiera a la placa del vertedero. El agua situada entre el vertedero y la lámina tiende a subir hasta que se rompe ésta, permitiendo la entrada de aire. El régimen vuelve a establecerse sucesivamente. La inestabilidad del régimen, debida a las entradas intermitentes de aire, se presenta para cierto rango de la relación h/P.



LÁMINA ADHERENTE: Es el caso de menor aireación de la lámina vertiente; es decir, la ventilación por debajo de la lámina vertiente es nula. Se presenta para pequeñas cargas h, en cuyo caso la velocidad es insuficiente para despegar la lámina.



LÁMINA AHOGADA INFERIORMENTE: Ocurre al aumentar la carga de un vertedero de lámina adherente, sin que el aire pueda entrar debajo del manto inferior de la lámina, como se muestra en la Figura 3d. El espacio A se llena de agua, constituyendo una zona muerta y turbulenta, sin participar del escurrimiento general. Cuando, en un vertedero de lámina libre, la carga es bastante grande, se produce una rápida al pie de la placa del vertedero (una rápida ó un rápido es un flujo de gran velocidad, con lámina deprimida, que normalmente se presenta en un canal cuando éste cambia de una pendiente suave a una pendiente fuerte); posteriormente, un poco aguas abajo, el flujo adquiere su velocidad normal y, dadas las condiciones de régimen subcrítico aguas abajo, se forma un resalto hidráulico. Véase la Figura 3e.



LÁMINA AHOGADA SUPERIORMENTE: Página 6

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Se presenta cuando el resalto hidráulico se acerca al vertedero cubriendo el pie de la lámina vertiente, al atenuarse la rápida por la disminución de la carga. Ver Figura 3f. En este caso, por ser constante el caudal aguas arriba del vertedero, toda variación en el nivel de aguas abajo repercute en el nivel de aguas arriba. Finalmente, cuando la superficie libre, aguas abajo del vertedero, es superior a la elevación de la cresta, se dice que el vertedero está funcionando ahogado. Véanse las Figuras 3d .

IMAGEN 3.

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CLASIFICACION DE LOS VERTEDEROS: Hay diversas maneras para clasificar a los vertederos y porque tienen diferentes aspectos. 

SEGÚN EL ESPESOR DE LA PARED : Vertederos de pared delgada ( e / h < 0.67 ). Véanse las Figuras 4a. Vertederos de pared gruesa o de cresta ancha ( e / h  0.67 ). Ver la Figura 4b.

IMAGEN 4. Los vertederos de pared delgada sirven para medir caudales con gran precisión, y los de pared gruesa, como integrantes de una presa u otra estructura hidráulica, se utilizan para controlar niveles, aunque también se pueden instrumentar como medidores de caudales. La superficie de contacto entre la lámina líquida vertiente y un vertedero de pared gruesa es relativamente grande, mientras que en los de pared delgada el contacto es una línea, constituída por una arista viva (la cresta), achaflanada y practicada en una chapa (placa) de unos 5 mm de espesor, cuyo material puede ser latón, acero inoxidable, acrílico, fibra de vidrio, cobre, hierro galvanizado, etc. Esta chapa es prácticamente el vertedero, y en ella se practican las diferentes escotaduras (triangulares, circulares, trapezoidales, etc.). La exactitud de la medida del caudal exige que el vertedero esté bien ventilado. La ventilación tiene por objeto introducir aire debajo de la lámina vertiente, gracias a un tubo de ventilación, para que, por ambas caras de la lámina, actúe la misma presión (atmosférica). Ver la Figura 2.5. La lámina adherida en un vertedero no ventilado crea succión, y es causal de errores en la determinación de caudales.

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IMAGEN 5. 

SEGÚN SU FORMA GEOMETRICA : Vertederos de pared delgada: Vertederos de pared gruesa:  Rectangulares  Rectangulares de arista viva  Triangulares  De cresta redondeada y talud vertical  Trapezoidales  Cresta redondeada y talud inclinado hacia aguas  Circulares abajo  Circulares  De cresta elíptica y talud inclinado hacia aguas  -- Semicirculares abajo  Vertedero Cimacio o de Creager  Parabólicos  Simétricos  Asimétricos  Exponenciales El más importante de los vertederos de pared gruesa es aquel cuyo perfil coincide con la forma del perfil inferior de la lámina vertiente, perfectamente ventilada, sobre un vertedero hipotético de pared delgada. A este tipo se le conoce con el nombre de cimacio y fue W.P. Creager el primero en idearlo.

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IMAGEN 6.



SEGÚN LA ALTURA DE LA LAMINA DE AGUA, AGUAS ABAJO:  Vertederos de descarga libre  Vertederos sumergidos o ahogados

IMAGEN 7

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SEGÚN LA LONGITUD DE LA CRESTA:  Vertederos sin contracciones laterales ( b = B )  Vertederos con contracciones laterales ( b < B )

IMAGEN 8

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SEGÚN LA POSICION DEL PLANO DEL VERTEDERO CON RESPECTO A LA DIRECCION DE LA CORRIENTE: Vertederos transversales o normales  Vertederos laterales ( comúnmente llamados aliviaderos)  Vertederos oblícuos  Vertedero de aducción radial o de pozo

IMAGEN 9

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FUNCIONES: 

  

Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias) (ver: Embalse) Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por su forma Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo. Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no produzca daños. Esto se hace mediante saltos, trampolínes o cuencos.

En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua. Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse.

IMAGEN 10

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VERTEDERO COMO ELEMENTO DE CANAL: Los vertederos se usan conjuntamente con las compuertas para mantener un río navegable o para proveer del nivel necesario a la navegación. En este caso, el vertedero está construido significativamente más largo que el ancho del río, formando una "U" o haciendo diagonales, perpendicularmente al paso. Dado que el vertedero es la parte donde el agua se desborda, un vertedero largo permite pasar una mayor cantidad de agua con un pequeño incremento en la profundidad de derrame. Esto se hace con el fin de minimizar las fluctuaciones en el nivel de río aguas arriba.

Los vertederos permiten a los hidrólogos un método simple para medir el caudal en flujos de agua. Conocida la geometría de la zona alta del vertedero y el nivel del agua sobre el vertedero, se conoce que el líquido pasa de régimen lento a rápido, y encima del vertedero de pared gruesa, el agua adopta el calado crítico. Los vertederos son muy utilizados en ríos para mantener el nivel del agua y ser aprovechado como lagos, zona de navegación y de esparcimiento. Los molinos hidráulicos suelen usar presas para subir el nivel del agua y aprovechar el salto para mover las turbinas. Debido a que un vertedero incrementa el contenido en oxígeno del agua que pasa sobre la cresta, puede generar un efecto benéfico en la ecología local del río. Una represa reduce artificialmente la velocidad del agua, lo que puede incrementar los procesos de sedimentación, aguas arriba; y un incremento de la capacidad de erosión aguas abajo. La represa donde se sitúa el vertedero, al crear un desnivel, representa una barrera para los peces migratorios, que no pueden saltar de niveles.

IMAGEN 11

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EJEMPLOS DE VERTEDEROS: Ejemplo 1:

Ejemplo 2: Determine el caudal que pasa por un vertedero rectangular contraído de un metro de ancho. La velocidad de aproximación del agua es de 0.4 m/seg. La carga sobre la cresta del vertedero en el canal de aproximación es de 0.35 m. 

𝒃 = 𝟏. 𝟎𝟎; 𝒉 = 𝟎. 𝟑𝟓; 𝒎𝟏 = 𝟏. 𝟎 (𝒂𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒐)



𝑼 = 𝟎. 𝟒𝟎; 𝒉𝒖 = 𝟐 𝒙 𝟗.𝟖 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟖; 𝒎 = 𝟎. 𝟔𝟕



𝑲𝒗𝒓 = 𝒄 . 𝒎 = 𝟎. 𝟔𝟒 x 0.67 = 0.4288



𝑸 = 𝟏𝒙 𝟎. 𝟒𝟐𝟖𝟖 𝒙√𝟐𝒙𝟗. 𝟖(𝟎. 𝟑𝟓 + 𝟎. 𝟎𝟎𝟖)𝟐



𝑸 = 𝟏. 𝟖𝟗𝟖 𝒙 𝟎. 𝟑𝟓𝟖𝟐 = 𝟎. 𝟒𝟎𝟔 𝒔𝒆𝒈



𝑸 = 𝟒𝟎𝟔 𝒍/𝒔𝒆𝒈

𝟎.𝟒𝟎𝟐

𝟑

𝟑

𝒎𝟑

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Ejemplo 3:

Solución:

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y LINKGRAFICAS:

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Arturo Rocha Felices. UNI (2007). “Hidraulica de tuverías y Canales”. “Vertederos – Capitulo IX”. Pág. 455. Ramiro Marbello Pérez “Manual de prácticas de laboratorio de Hidráulica”. Recuperado de: http://www.bdigital.unal.edu.co/12697/31/3353962.2005.Parte%206.pdf Anónimo. “Ejemplos Ilustrativos – pág. 79- 81” Recuperado de: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan/017844/017844-06.pdf

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