TIPOS DE VERTEDEROS
PRESENTADO PRESENTADO A: ING. FERNANDO GONZALEZ GONZ ALEZ LEIVA PROFESOR DE HIDRAULICA DE CANALES C ANALES
PRESENTADO POR: ANDRES JULIAN COLUNJE DIAZ ESTUDIANTE ESTUDIANTE DE INGENIERIA AGRICOLA COD: 20122111977
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA NEIVA, HUILA 8 DE ABRIL DE 201
TABLA DE CONTENIDOS 1. Introducción. 2. Objetivos. !. Marco Teórico: !.1 !.2 !.! !."
Vertedero Triangular de pared delgada. Vertedero Trapezoidal de pared delgada o Cipolleti. Vertedero Rectangular de pared delgada sin contracciones. Vertedero Tubular, tubos verticales libres.
". Cálculos respectivos con cada vertedero análisis para cada uno. . Conclusiones. #. Re!erencias
1. INTRODUCCION "l trabajar en un canal #idráulico natural resulta necesario deter$inar las caracter%sticas de &l, su caudal, la altura de la lá$ina de agua, velocidad, tipo de !lujo, estado de !lujo, entre otras. 'ara obtener el caudal altura de la lá$ina se e$plean arte!actos co$o a!oradores vertederos, es a(u% donde el #idrólogo debe to$ar in!or$ación recopilada de e)peri$entos donde se encuentre el $&todo adecuado para recoger los datos necesarios para el dise*o, por eje$plo, de un vertedero. +e #an realizado prácticas de laboratorio con di!erentes tipos de vertederos, los cuales tienen valores di!erentes a partir de la siguiente ecuación de n patrona$iento de gastos: -/ donde es el caudal, es una constante de calibración, / es la carga #idráulica con relación a la cresta del vertedor, n es un e)ponente. 0os valores de n son constantes dependiendo del vertedor, el valor de / se to$a con un li$n%$etro desde una distancia considerable aguas arriba, para no tener in!luencia de la curvatura de la super!icie l%(uida en la pro)i$idad del vertedero. "l !inal tendre$os una ecuación (ue $e generará una curva vs / tendr& el valor de caudal para cual(uier altura (ue pueda presentar$e el canal, cuando ocurre una avenida cuando llega una se(u%a.
2. OBJETIVOS •
• • •
"nalizar los vertederos co$o estructuras #idráulicas necesarias para la $edición de caudales. 1e!inir la ecuación de patrona$iento de cada vertedero. 2ra!icar la curva vs / de cada vertedero. "nalizar el !unciona$iento de los vertederos encontrados.
3. MARCO TEORICO
!.1 Vertedero Triangular de pared delgada 0os vertederos triangulares per$iten realizar una $edición precisa del caudal pues detecta #asta las $ás $%ni$as variaciones de caudal, general$ente son trazados en placas $etálicas es utilizado un triángulo rectángulo isósceles. L
Cuando 4-567 la ecuación de patrona$iento (ueda as% en siste$a M..+:
!.2 Vertedero Trapezoidal de pared delgada o Cipolleti. 8ste vertedero #a sido dise*ado para dis$inuir el e!ecto de las contracciones (ue se presentan en un vertedero rectangular con contracciones.
8s posible la $agnitud del espejo del agua 9T as%: ecuación deobtener patrona$iento es la siguiente:
Tiene (ue cu$plir unas condiciones co$o: /;0?3
la
!.! Vertedero Rectangular de pared delgada sin contracciones To$a$os la !ór$ula de @rancis del libro Manual de /idraulica de "zevedo Aetto de la página 56 para un vertedero rectangular sin contracciones:
+e calcula para un $etro de anc#o del !ondo del canal 0-B, entonces la ecuación (ueda:
.
L
!." Vertedero Tubular, tubos verticales libres 8s el vertedor $enos utilizado a pesar de ser de !ácil construcción (ue no re(uieren el nivela$iento de la cresta. Teniendo en cuenta el Manual de /idraulica en la página 5< (ue describe la siguiente patrona$iento: en los el valores siste$adelM..+ donde n-B,D aecuación partir del de caudal obtene$os de unas tablas diá$etro, el valor de 0 de para trabajar el vertedero.
. C$LCULOS RESPECTIVOS CON CADA VERTEDERO
%
AN$LISIS PARA CADA UNO. 3
'ara el trabajo de los tres pri$eros vertederos se e$pleo un -6,5EE$ ?s, para el 3
vertedero tubular se trabajo con un -B5E$ ?s debido a unas tablas en el libro Manual de /idraulica en la pagina 5E.
.B V&'(&)&'* T'+-/' en la (ue ree$plaza$os el valor del caudal
" partir de la ecuación: 3
-6,5EE$ ?s despeja$os el valor de la altura 9/ obteniendo el valor $á)i$o de esta. /$a)-6,F
Q(m /s H(m 0,000
0
0,004
0,1
0,025
0,2
0,069
0,3
0,142
0,4
0,247
0,5
0,390
0,6
0,574
0,7
0,801
0,8
) m ( ) 1 H ( 0,8 A R 0,6 U T L 0,4 A
Q vs H Vertedero Triangular
0,2 0 0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
Caudal (Q) (m3/s)
0,977 0,87
" partir de esta tabla se gra!icó la curva (ue describe el co$porta$iento del caudal respecto a la altura utilizando un vertedero triangular.
'ara cuestiones de dise*o se utiliza una altura / de 6,FE $ pues es la $á)i$a per$itida para el caudal inicial. Realizando unos cálculos de trigono$etr%a sabiendo (ue el ángulo del triangulo es de noventa grados, obtene$os las de$ás $edidas. 1,73m
0,87m
90°
1,23m
.D V&'(&)&'* T'&*+) )& '&) )&) * C+*&(+. 'ara este vertedero se tiene la siguiente ecuación:
H con las condiciones de (ue /;6,6<$ trabaj& co$o / $in-6,6E$. Teniendo en cuenta la otra condición de /> se ree$plaza la / se obtiene el valor de 0 (ue irá en la ecuación del gasto. 0;6,DB$ entonces 0 se to$o co$o 0-6,DD$. uedando as% la ecuación de patrona$iento:
3
Ree$plaza$os el valor del caudal -6,5EE$ ?s obtene$os la altura $á)i$a /$a)-B,E5E$ +e introducen valores de / desde 6,6E$ 9$%ni$o #asta B,E5E$ 9$á)i$o se obtiene la siguiente tabla la siguiente grá!ica:
Q H 3 (m /s (m) 0,008 0,07 0,013 0,1 0,037 0,2
Q vs H Vertedero Trapezoidal
0,067 0,3 0,103 0,4 0,145 0,5 0,190 0,6 0,240 0,7 0,293 0,8 0,349 0,9 0,409
1
0,472 1,1 0,538 1,2 0,606 1,3
) 2 m 1,8 ( )1,6 H 1,4 ( a r1,2 u 1 t l 0,8 A
0,6 0,4 0,2 0 0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
Caudal (Q) (m3/s)
0,677 1,4 0,751 1,5 0,828 1,6 0,907 1,7 0,977 1,79
"#ora para el dise*o pode$os basarnos en la tabla de ele$entos geo$&tricos de secciones de canal, del libro /idraulica de Canales abiertos de Ven Te C#o en la página DB obtene$os una e)presión nu$&rica del anc#o super!icial 9T. T-bJDz/
T-6,DD$ J D9B9B,E5$
T-3,F$
3,8m
1,79m
0,22m
.3 V&'(&)&'* R&3(-/' )& '&) )&) 4+- 3*-('33+*-&4 8$pezando con la ecuación de patrona$iento de gasto propuesta por @rancis en el Manual de /idraulica "costa se calcula para un $etro de anc#o del !ondode del"zevedo canal 0-B, (uedando as% la ecuación:
3
Ree$plaza$os el valor del caudal -6,5EE$ ?s obtene$os el valor $á)i$o de la altura (ue pasa por este vertedero. / $a)-6,
Q H 3 (m /s (m) 0 0 0,058 0,10
Q vs H Vertedero Rectangular sin ) Contraccion 0,7 m (
0,650 0,50
)0,6 H (0,5 a r0,4 u t l0,3 A
0,854 0,60
0,1
0,977 0,65
0
0,164 0,20 0,302 0,30 0,465 0,40
0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Caudal (Q) (m3/s)
8l dise*o de este tipo de vertedero es $u ele$ental, tene$os el valor inicial del anc#o del canal puesto (ue no tiene contracciones, no #a $edidas adicionales, se considera ta$bi&n la altura $á)i$a para el dise*o, el vertedero (uedará as%:
0,656m
1m
. V&'(&)&'* T/5/', (/5*4 6&'(+3&4 +5'&4 Inicial$ente tene$os la ecuación de gasto de este tipo de vertedero poco usado, as%:
1onde el Knico valor (ue esta directo es n-B,D. 0os de$ás valores están de!inidos en el libro gu%a de "zevedo "costa, Manual de /idraulica. 8l valor de 0 es igual a pi $ultiplicado por el diá$etro. 0- 1. 'ara este vertedero se presento un inconveniente respecto al caudal, pues en las tablas de la pagina 5E del libro Manual de /idraulica de "zevedo "costa no #a un intervalo para el caudal - 5EE l?s entonces to$& el nK$ero anterior de $i código B5E trabaj& este caudal -B5E l?s para el cual pod%a usar tres valores de diá$etros, 66, G66 <66 $$. To$& co$o diá$etro 1-6,<$. 8ste valor de diá$etro $e per$it%a encontrar en otra tabla el valor de la constante . 8n $i caso, al interpolar para el valor 1-6,<$ el valor de -B,5DDF. +i se calcula el valor de 0 ree$plazando el diá$etro. 0-B,FF5$. "#ora tene$os una condición para la i$ple$entación de esta ecuación es (ue la carga de altura debe ser $enor a un (uinto del diá$etro / > 1?G entonces si ree$plaza$os el valor del diá$etro obtendre$os la altura $á)i$a de la lá$ina de agua. /$a)>6,BD$. 8ntonces deja$os un valor !ijo para la altura $á)i$a /$a)-6,BB$. 8s a#ora cuando to$a$os el rango de valores para / desde 6 $etros #asta 6,BB$ 9/ $a). 2enerando la siguiente tabla posterior grá!ica. Q 3 (m /s) 0,000
H (m) 0
0,004
0,01
0,011
0,02
0,019
0,03
0,029
0,04
0,040
0,05
0,052
0,06
0,064
0,07
0,078
0,08
0,092
0,09
0,107
0,1
0,122
0,11
0,197
0,15
Q vs H Vertedero Tuular 0,12 ) m ( 0,1 ) H ( 0,08 a r u 0,06 t l A 0,04 0,02 0 0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
Caudal (Q) (m 3/s)
0,120
0,140
8l Klti$o valor de altura 9/-6,BG$ no debe to$arse en consideración para el dise*o, !ue ane)ado con el Knico objetivo de veri!icar (ue la ecuación !uncionaba 3
arrojándo$e el caudal con el (ue inici& -6,B5E $ ?s. 8l dise*o de este vertedero será as%:
0,11m
0,6m
G. CONCLUSIONES 0a i$portancia de conocer el co$porta$iento de un canal natural, nos per$ite estar al tanto de los posibles desastres (ue puede llegar a ocasionar en caso de una crecida, si se cuenta con un li$n%$etro bien calibrado con sencillos $ateriales, es posible realizar un vertedero de cual(uier geo$etr%a (ue nos !acilite el estudio de un canal, para proteger a la población (ue tenga sus viviendas instaladas en el lec#o del rio. Cabe resaltar (ue las ecuaciones e$pleadas #an sido desarrolladas de $anera e)peri$ental son restrictivas para algunas condiciones en especial, si en el $o$ento de #acer un a!oro es posible recrear en un laboratorio las condiciones de trabajo, podr%a$os generar una ecuación nueva para un vertedero a nuestro criterio (ue se ajuste lo $ejor posible a las condiciones reales. <. REFERENCIAS B. "zevedo "costa, B55F. Manual de hidráulica , +ao 'aulo, Lrasil. 8ditora: 8dgard Lluc#er 0T1". 'ag FE5E. D. C#o, V., D66. Hidraulica de Canales Abiertos , +anta!e de Logota, Colo$bia. 8ditora Mc2R"N/I00. 'ag DB. 3. niversidad del Cauca, 1eparta$ento de /idraulica. Practica II, II Estudio y patronamiento de vertederos. Pen l%neaQ. P!ec#a de consulta: "bril D6BGQ.
