Vertederos
Páginas: 13 (3183 palabras)
Publicado: 4 de mayo de 2010
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 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.
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 de sedimentos. UNIVERSIDAD DEL CAUCA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
II.2
Las variables básicas Q y H siguen un modelo matemático dado por la ecuación de patronamiento (II.1). Q = KH m Donde: : caudal. Q : constante de calibración. K : carga hidráulica con relación a la cresta del vertedor. H : exponente. m Para determinar el caudal que pasa a través del vertedero se aplica la ecuación de la energía entre 1y 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 la atmosférica (chorro libre). (II.1)
II.3CLASIFICACIÓN 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:
UNIVERSIDAD DEL CAUCA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
II.3
2 V2 2 g L H +Q= 3 2g
32
(II.2)
en donde: : longitud del vertedero. L
P H : altura del vertedero. : carga hidráulica sobre la cresta.
V
g
: velocidad de llegada al vertedor.
: 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 tensión superficial, por lo tanto el caudal real es menor que el caudalteórico, por tal razón se introduce un coeficiente que permita incluir estas consideraciones, como se indica en la ecuación (II.3).
2 V2 2 g C d L H + Q= 3 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 al vertedor, la ecuación (II.3) se simplifica de lasiguiente forma: 2 (II.4) 2 g C d LH 3 2 Q= 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 diferentes posibilidades de un vertedero rectangular, con o sincontracciones. 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 )
(II.6)
: longitud contraída de la lámina de agua en el vertedero. L´ : longitud real del vertedero. L : número de...
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 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.
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 de sedimentos. UNIVERSIDAD DEL CAUCA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
II.2
Las variables básicas Q y H siguen un modelo matemático dado por la ecuación de patronamiento (II.1). Q = KH m Donde: : caudal. Q : constante de calibración. K : carga hidráulica con relación a la cresta del vertedor. H : exponente. m Para determinar el caudal que pasa a través del vertedero se aplica la ecuación de la energía entre 1y 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 la atmosférica (chorro libre). (II.1)
II.3CLASIFICACIÓN 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:
UNIVERSIDAD DEL CAUCA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
II.3
2 V2 2 g L H +Q= 3 2g
32
(II.2)
en donde: : longitud del vertedero. L
P H : altura del vertedero. : carga hidráulica sobre la cresta.
V
g
: velocidad de llegada al vertedor.
: 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 tensión superficial, por lo tanto el caudal real es menor que el caudalteórico, por tal razón se introduce un coeficiente que permita incluir estas consideraciones, como se indica en la ecuación (II.3).
2 V2 2 g C d L H + Q= 3 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 al vertedor, la ecuación (II.3) se simplifica de lasiguiente forma: 2 (II.4) 2 g C d LH 3 2 Q= 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 diferentes posibilidades de un vertedero rectangular, con o sincontracciones. 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 )
(II.6)
: longitud contraída de la lámina de agua en el vertedero. L´ : longitud real del vertedero. L : número de...
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