laboratorio

UNIVERSIDAD DEL CAUCA
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

II.1
PRÁCTICA II

II
II.1

ESTUDIO Y PATRONAMIENTO DE VERTEDEROS

OBJETIVOS
Estudiar experimentalmente los vertederos como estructuras hidráulicas concebidas
para el control de niveles y medición de caudales.
Definir la ecuación de patronamiento de un vertedero de cresta delgada.
Observar y analizar el funcionamiento de diferentestipos de vertederos.
Determinar la utilización óptima del tipo vertedero estudiado de acuerdo a sus
características.

II.2

GENERALIDADES

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, Figura II.1. Las principales
funciones de los vertederos son:
o
o
o
o

Control de nivel enembalses, canales, depósitos, estanques, etc.
Aforo o medición de caudales.
Elevar el nivel del agua.
Evacuación de crecientes o derivación de un determinado caudal.

Figura II.1

Vertedero de cresta delgada.

Los vertederos son estructuras utilizadas frecuentemente para la medición de caudales; sin
embargo, cuando se instalan en corrientes naturales tienen la desventaja que se colmatan desedimentos.

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DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

II.2

Las variables básicas Q y H siguen un modelo matemático dado por la ecuación de
patronamiento (II.1).
KH m

Q

(II.1)

Donde:
Q
: caudal.
K
: constante de calibración.
H
: carga hidráulica con relación a la cresta del vertedor.
m
: exponente.
Para determinar el caudal que pasa a través del vertedero seaplica la ecuación de la energía
entre 1 y 2 (Figura II.2), considerando algunas suposiciones básicas, entre ellas:
Distribución hidrostática de presiones.
Las pérdidas por fricción y locales entre 1 y 2 son despreciables.
La tensión superficial es despreciable.
El flujo aguas abajo de la estructura (vena) debe ser libre (no ahogado) para
garantizar que la presión en la vena sea laatmosférica (chorro libre).

II.3

CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS

II.3.1 Según su forma geométrica
II.3.1.1 Vertederos Rectangulares
a) Vertederos de pared delgada sin contracciones

Figura II.2

Vertedero de cresta delgada sin contracciones.

Aplicando la ecuación de energía entre los puntos 1 y 2, se obtiene una expresión para el
caudal:

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QT

2
2g L H
3

V2
2g

II.3

32

(II.2)

en donde:
QT
: caudal teórico
L
: longitud del vertedero.
P
H

: altura del vertedero.
: carga hidráulica sobre la cresta.

V

: velocidad de llegada al vertedor.

g

: aceleración debida a la fuerza de la gravedad.

La ecuación (II.2) no considera las pérdidas por fricción en el tramo, ni los efectos de tensiónsuperficial, por lo tanto el caudal real es menor que el caudal teórico, por tal razón se introduce un
coeficiente que permita incluir estas consideraciones, como se indica en la ecuación (II.3).

Q

2
2g Cd L H
3

V2
2g

32

(II.3)

Cd = coeficiente de descarga, cuyos valores característicos deben estar entre 0.55 y 0.65.

Despreciando la influencia de la velocidad de llegada alvertedor, la ecuación (II.3) se
simplifica de la siguiente forma:
2
(II.4)
Q
2 g C d LH 3 2
3
Sotelo (1982) presenta ecuaciones que permiten calcular los coeficientes de descarga para
vertederos rectangulares con contracciones o sin ellas y también para vertederos
triangulares.
b) Vertederos de pared delgada con contracciones
En la Figura II.3 se presenta un esquema con las diferentesposibilidades de un vertedero
rectangular, con o sin contracciones. Para esta situación, la longitud efectiva del vertedero
es L’.
Q

2
2 g C d L' H 3 2
3

(II.5)

El efecto de la contracción se tiene en cuenta restando a la longitud total de la cresta del
vertedero L, el número de contracciones multiplicada por 0.1H.
L´ L n(0.1H )

L´
L

: longitud contraída de la lámina de agua...