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vertederos fluidos presentacionesTRANSCRIPT
ING. JUAN CABRERA
MECÁNICA DE FLUIDOS
VERTEDEROS
CONOCIMIENTOS PREVIOS
Ciclo Hidrológico
Balance hidrológico
Precipitación
Escorrentía
¿Qué es un vertedero?
El vertedero es un dispositivo utilizado para
controlar y medir pequeños caudales de
líquidos que se transportan a superficie libre.
Consta básicamente de un corte de forma y
acabado geométricamente bien definidos,
practicado en una plancha resistente, por la
cual escurre el agua. Esta descarga se debe
realizar a ventilación plena.
Partes de un Vertedero (1)
o p: umbral
o h: carga
o b: Ancho del vertedero
o B: Ancho del canal de aproximación
Partes de un vertedero (2)
Altura o umbral(p):
Es la diferencia de cotas entre el fondo del canal de aproximación y la cresta o vértice del vertedero.
Carga hidráulica (h):
Es la altura alcanzada por el agua medida desde la cresta del vertedero a una distancia aproximadamente igual a 4h.
Ancho del vertedero (b):
Es la longitud del borde horizontal superior del corte del vertedero.
Ancho del canal de aproximación (B):
Es el ancho de los extremos laterales del canal que conduce el agua hacia el vertedero.
Clases de vertederos(1)
Los vertederos tienen diferentes formas. Los
más usados son triangulares (para caudales
pequeños) y rectangulares.
Pueden ser con contracción o sin contracción.
Clases de vertederos (2)
Clases de vertederos(3)
Ventajas
El método tiene gran precisión
Los vertederos son de fabricación sencilla.
No se obstruyen.
Tienen larga duración.
Desventajas
Ocasiona fuerte pérdida de carga.
Provoca la retención de los sedimentos transportados por el agua, así como el material flotante.
Inapropiado para canales revestidos con piedra.
Recomendaciones (1)
La carga hidráulica mínima para vertederos triangulares es 6 cm y para rectangulares 2 cm, a fin de evitar que la lámina de agua se adhiera a la solera.
La carga hidráulica máxima aceptable debe ser 50 cm, a fin de evitar problemas de erosión.
Para la medición de caudales superiores a 300 l/s se recomienda usar vertederos rectangulares.
Para la medición de caudales menores a 30 l/s, los vertederos triangulares ofrecen mayor precisión.
Recomendaciones (2)
Para la medición de caudales entre 30 l/s y 300 l/s,
los vertederos triangulares y rectangulares ofrecen
la misma precisión.
El vertedero debe colocarse perfectamente vertical
y su cara de aguas arriba debe mantenerse lisa.
El vertedero debe instalarse en un tramo recto, que
lo sea en una longitud no inferior a 10 veces la
longitud b de la cresta del vertedero.
La altura del umbral P no debe ser inferior a 0,30 m
ni a 3 veces la máxima carga sobre el vertedero.
Vertederos rectangulares (1)
Para vertederos rectangulares se usa la ecuación de Francis:
Sus límites de aplicación están entre entre 0,18 m y 0,50 m de carga.
Se recomienda también que la altura del umbral P esté comprendida entre 0,60 m y 1,50 m.
Se recomienda también que la relación L / H sea mayor que 3.
Vertederos rectangulares(2)
Si la sección transversal del canal de
aproximación es mayor a 8 veces la sección
húmeda del vertedero, se puede despreciar
la velocidad de aproximación.
Ejemplo 1
En un canal de 6 m de ancho se ha instalado un vertedero rectangular en pared delgada, de 2 m de longitud. La altura del umbral es 1,50 m. Calcular el caudal para una carga de 0,50 m y la velocidad de aproximación.
Ejemplo 2
En un canal de 7,20 m de ancho se ha colocado un vertedero rectangular en pared delgada de 3,20 m de largo. El umbral es de 2,0 m. Calcular el caudal para una carga de 0,20 m y la velocidad de aproximación.
Vertederos triángulares (1)
Para vertederos triángulares:
Vertederos triángulares (2)
Si el triángulo es asimétrico, se tomará el ángulo promedio.
Como la descarga depende de la potencia 5/2 de la carga se puede tener mayor precisión en la medición de caudales pequeños.
La influencia de la altura del umbral y de la velocidad de llegada es pequeña. Para ello se requiere que el ancho del canal de aproximación sea igual o mayor a 5 veces la carga sobre el vertedero.
Vertederos triángulares (3)
El cálculo del coeficiente “c” se puede estimar en función de otra constante experimental “m”:
Vertederos triángulares (3)
donde c=15m/8
Aplicando estos valores, se encuentran ecuaciones para cada ángulo:
Vertederos triángulares (3)
Para vertederos de 90°, se suele usar la
fórmula de Thomson:
Ejemplo 1
El agua que pasa a través de un vertedero triangular de 90º es recogida en un tanque cilíndrico de 0,80 m de diámetro. Se encontró que para una carga de 0,25 m sobre el vertedero el nivel del agua en el tanque cilíndrico aumenta 0,352 m en 4 segundos. Hallar el coeficiente de descarga del vertedero.
Ejemplo 2
Se tiene un vertedero triangular en el que el caudal viene dado por la expresión Q = 0,6H5 / 2
.
Determinar la precisión con la que debe medirse la carga para que el error resultante no repercuta en un error superior al 1 % al calcular el gasto.
¿QUÉ APRENDIMOS HOY?