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INSTITUTOPOLITCNICONACIONAL
ESCUELASUPERIORDEINGENIERAYARQUITECTURAUNIDADZACATENCO
DETERMINACINDECOEFICIENTESDEGASTODEVERTEDORESENELCANAL
HIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
T E S I S
QUEPARAOBTENERELTTULODE:
INGENIEROCIVIL
PRESENTA:
ALEJANDROMARTNEZOCHOA
ASESOR:
ING.RALMANJARREZNGELES
MxicoD.F.Septiembredel2003.
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AGRADECIMIENTOS:
A DIOS:
Te doy gracias DIOS MO porhabermepermitidollegarconvidaysalud hastaestegranmomento,que sin duda es uno de los mssatisfactorios de mi vida. Notengo palabras para decir lofelizque mesiento,graciasporcuidarme y protegerme ante todaslasadversidades.Tepidoquenomeabandones,quemeacompaesybendigas en mi desarrolloprofesional y que colmes debendiciones a mis seresqueridos...
A mi hermanita adorada, Marisa:
Eres la mejor del mundo, nocambies jams!. Gracias por todolo que me has brindado, cremeque siempre estar en deudacontigo.Notefallarpecas!.
Celia y Arturo:
...A cada paso que d y en cadaescalnquesubaenmisuperacinpersonal y profesional. Estetrabajo tambin es de ustedes,mil gracias por su apoyoincondicional. Saben que losconsidero como mis segundospadres y cranme no losdefraudar, pues siempre estarnenmicorazn!.
A mis padres:
Porhabermedadolavida,todosuamor, paciencia y preocupacin.Porhabermeinculcadolosvaloresque hoy en da conservo, portenerme la confianza en todomomento, pero sobre todo habermedado una educacin y que contanto esfuerzo y sacrificio mehan brindado... siempre loshonraryrespetar!.
Mamita te agradezco tantas cosasque no se como decrtelas, solosequetequieromucho,eresunapersona excelente, ahora me tocaa mi recompensar todo lo que mehasdado!
A mi hermano, Abelardo:
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En ti veo un ejemplo de luchapara ser mejor!, siempre me hasdemostrado tu empeo para saliradelante, gracias por todos losmomentosquehemosvividojuntos.Espero seguir ese ejemplosiempre!...
A mis amigos:
Judith, Valle, Migueln, Nelly,Mayra, Lul, Carmen, Maricarmen,Karina, Chio, Liliana, Imelda,Wil, Silvia, Manito, Ramn,Maribel, Cefes, Arturo, Laura,Geras, Rubn, Jenny, Sonia yNANCYE.delosO.L.
Atodosustedesquemeaprecianyque siempre han credo en m,estuvieron cerca cuando losnecesite y eso me colma dealegra y fortaleza para seguiradelante. Hay cosas muy valiosasque tengo en la vida y doygracias a DIOS por tenerlos a milado.
Mariano y Edward:
Simplemente ustedes han sido mishermanos de toda la vida, losquiero mucho. Gracias por suapoyo y sus consejos, por todoslos momentos buenos y malos quehan compartido conmigo. De estetriunfo ustedes tambin formanparte!.. Espero verlos triunfaren la vida! .Unoparatodosytodosparauno
A mis profesores: Marco Antonio Arias Morales y Juan Manuel Fierro de los Santos.
Porlasmolestiasquesetomaronen obsequiarme su valiossimo
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tiempo para la revisin yaportaciones que hicieron a estetrabajo. De antemano muchasgracias!...
Este logro se lo dedico a todoslos que creyeron en mi y a losque no tambin...De las dosformas me hacen ms fuerte y memotivanasercadadamejor.
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Unagradecimientomuyespecialal Ingeniero Ral Manjarrez ngeles y a suhermosa familia, mil gracias porpermitirmeentrarensusvidasyensu corazn,graciasportodoslos detalles que han tenidoconmigo, los estimo y llevarconmigosiempre...DIOS MO tepidode todo corazn que bendigas aestafamiliaquevaleoro!
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INSTITUTOPOLITECNICONACIONAL
ESCUELASUPERIORDEINGENIERIAYARQUITECTURA
UNIDADZACATENCO
SUBDIRECCIONACADEMICA
OFICINADEEXAMENESPROFESIONALES
Av.JuanDeDiosBatizs/n,Edificios10,11y12UnidadProfesionalAdolfoLpezMateosZacatencoMxico07738,D.F. Tel.57296000ext53009Fax57541992.
55ANIVERSARIODELAESIQIE
2003AODELCCLANIVERSARIODELNATALICIODEDONMIGUELHIDALGOYCOSTILLA,PADREDELAPATRIA
No.DEOFICIOSAC.E.P390.09.03 ASUNTO:TEMADETESIS
Septiembre02del2003.
C.ALEJANDROMARTINEZOCHOAPASANTEDELACARRERADEING.CIVILPRESENTE
PoresteconductomepermitoinformarlequeelC.ING.RAULMANJARREZANGELES,hasidodesignadoasesordesuTesisProfesional, derivado del proyecto de investigacin ANALISIS EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DE FLUJOPARA VERTEDORES, UTILIZANDO UN CANAL HIDRODINAMICO DE PENDIENTE VARIABLE, cuyo numero deregistroes20030310mismaquedeberdesarrollarenuntrminonomayoraunaoapartirdelafechadeesteoficioconformealndicesiguiente:
DETERMINACIONDECOEFICIENTESDEGASTODEVERTEDORESENELCANALHIDRODINAMICODEPENDIENTEVARIABLE
INDICEINTRODUCCIONCAPITULOIMARCOTEORICOCAPITULOIICANALHIDRODINAMICODEPENDIENTEVARIABLECAPITULOIIIENSAYOSENLOSVERTEDORESCAPITULOIVRESULTADOSYGRAFICASCAPITULOVFORMATOSDEPRACTICASCONCLUSIONESBIBLIOGRAFIAANEXOS
Sin otro particular,me es grato enviarle un cordial saludo, reiterndole las seguridades demi consideracin atenta ydistinguida
ATENTAMENTELATCNICAALSERVICIODELAPATRIA
M.enC.DEMETRIOGALNDEZLPEZSUBDIRECTORACADEMICO
RMA
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CAPTULO1. MARCOTERICO.
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CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE.
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES.
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CAPTULO4. RESULTADOSYGRFICOS.
-
CAPTULO5. FORMATOSDEPRCTICAS.
-
ANEXOS
-
NDICE.
INTRODUCCIN. i
CAPTULO1. MARCOTERICO. 16
1.1.ANTECEDENTES. 16
1.2.CLASIFICACINDELASOBRASHIDRULICAS. 16
1.2.1. ElementosconstitutivosdeunAprovechamientoSuperficial. 17
1.3.PARTESQUEINTEGRANUNAPRESA. 19
1.3.1. VasodeAlmacenamientooEmbalse. 19
1.3.2. Cortina. 19
1.3.3. ObradeToma. 20
1.3.4. ObradeExcedencias. 20
1.3.5. ObradeDesvo. 21
1.4.OBRASDECONTROLYEXCEDENCIAS. 21
1.4.1. AspectosGeneralesdelasObrasdeExcedencia. 21
1.4.2. Funcin. 22
1.5.DESCRIPCINDELOSVERTEDORESDESERVICIO. 23
1.5.1. PartesqueConstituyenunVertedor. 23
1.6. TIPOSDEVERTEDORES. 24
1.6.1. GENERALIDADES. 24
1.6.2. VERTEDORESDECIMACIO. 24
1.6.2.1. EcuacionesparaelVertedordeCimacio. 26
1.6.3. VERTEDORDEPAREDDELGADA. 29
1.6.3.1. EcuacionesparaVertedordeParedDelgada. 30
1.6.4. VERTEDORRECTANGULARDEPAREDDELGADA. 33
1.6.4.1. EcuacionesparaVertedorRectangulardeParedDelgada. 34
1.6.4.2. VertedorRectangulardeParedDelgadaconContraccionesLaterales. 36
-
1.6.4.3. VertedorRectangulardeParedDelgadasinContraccionesLaterales. 38
1.6.5. VERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADA. 40
1.6.5.1. EcuacionesparaVertedorTriangulardeParedDelgada. 41
1.6.6. VERTEDORDESIFN. 46
1.6.6.1. EcuacionesparaVertedordeSifn. 47
1.7. ENERGAESPECFICA. 48
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE. 55
2.1.INTRODUCCIN. 56
2.1.1 ElementosConstitutivosdelCanalHidrodinmicodePendienteVariable. 56
2.1.2. FuncindelCanal. 57
2.1.3. Componentes. 58
2.1.3.1Bomba. 58
2.1.3.2. MedidordeGasto(Rotmetro). 60
2.1.3.3. AjustedelaPendienteenelCanal. 60
2.1.3.4. DepsitodeEntradadeFlujo. 61
2.1.3.5. Canal. 62
2.1.3.6. Interruptor. 63
2.1.3.7. DepsitodeSalidadeFlujo. 63
2.1.4. Recomendaciones. 65
2.1.5. EncendidoyapagadodelSistema. 66
2.1.5.1. Encendido. 66
2.1.5.2. Apagado. 67
2.1.6. Cierre. 67
2.1.7. CuidadoyMantenimiento. 67
2.1.8. Seguridad. 68
2.1.9. DatosTcnicos. 69
-
2.2.VERTEDORES. 70
2.2.1. VERTEDORDECIMACIO. 71
2.2.1.1. Descripcin. 73
2.2.1.2. Componentes. 74
2.2.1.3. DatosTcnicos. 74
2.2.2. VERTEDORDECRESTAANCHACONBORDEAFILADOYREDONDEADO. 75
2.2.2.1. Descripcin. 76
2.2.2.2. Componentes. 76
2.2.2.3. DatosTcnicos. 77
2.2.3. VERTEDORDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 78
2.2.3.1. Descripcin. 79
2.2.3.2. Componentes. 79
2.2.3.3. DatosTcnicos. 80
2.2.4. VERTEDORDESIFN. 81
2.2.4.1. Descripcin. 82
2.2.4.2. Componentes. 82
2.2.4.3DatosTcnicos. 83
2.2.5. VERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONES
LATERALES. 84
2.2.5.1Descripcin. 85
2.2.5.2. Componentes. 85
2.2.5.3. DatosTcnicos. 86
2.2.6. VERTEDORDECRESTAANCHACONTALUDES. 87
2.2.6.1Descripcin. 88
2.2.6.2. Componentes. 88
2.2.6.3. DatosTcnicos. 89
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES. 91
3.1.VERTEDORDECIMACIO. 93
3.1.1. ConDisipadordeDelantal. 93
3.1.2. ConRpida. 97
3.1.3. ConDisipadordeSaltodeEsqu. 100
3.2.VERTEDORDECRESTAANCHA. 105
3.2.1. ConBordeAfiladoenlaDireccindelFlujo. 105
3.2.2. ConBordeRedondeadoenlaDireccindelFlujo. 109
3.3.VERTEDORDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 112
3.3.1. ConVentilacin. 112
3.3.2. SinVentilacin. 115
3.4.VERTEDORDESIFN. 118
3.4.1. ConVentilacin. 118
3.4.2. SinVentilacin. 121
3.5.VERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 125
3.6.VERTEDORDECRESTAANCHACONTALUDES. 128
CAPTULO4. RESULTADOS YGRFICOS. 132
4.1.VERTEDORDECIMACIO. 132
4.1.1. ConDisipadordeDelantal. 132
4.1.2. ConRpida. 134
4.1.3. ConDisipadordeSaltodeEsqu. 136
4.2.VERTEDORDECRESTAANCHA. 138
4.2.1. ConBordeAfiladoenlaDireccindelFlujo. 138
4.2.2. ConBordeRedondeadoenlaDireccindelFlujo. 140
4.3.VERTEDORDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 142
4.3.1. ConVentilacin. 142
-
4.3.2. SinVentilacin. 144
4.4.VERTEDORDESIFN. 146
4.4.1. ConVentilacin. 146
4.4.2. SinVentilacin. 148
4.5.VERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 150
4.6.VERTEDORDECRESTAANCHACONTALUDES. 152
CAPTULO5. FORMATOSDEPRCTICAS. 155
5.1.DETERMINACINDELCOEFICIENTEDEGASTOENUNVERTEDORDECIMACIO
CONDISIPADORES. 156
5.2.DETERMINACINDELCOEFICIENTEDEGASTOENUNVERTEDORDECRESTA
ANCHA. 166
5.3.DETERMINACINDELCOEFICIENTEDEGASTOENUNVERTEDORRECTANGULAR
DEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 176
5.4.DETERMINACINDELCOEFICIENTEDEGASTOENUNVERTEDORDESIFN. 186
5.5.DETERMINACIN DELCOEFICIENTEDEGASTOENUNVERTEDORTRIANGULAR
DEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES. 197
5.6.DETERMINACINDELAENERGAESPECFICAYELNMERODEFROUDEENUN
VERTEDORDECRESTAANCHACONTALUDES. 206
CONCLUSIONES. 218
BIBLIOGRAFA. 221
ANEXOS. 223
-
INTRODUCCIN
i
INTRODUCCIN.
Enelpresentetrabajo,exponemosunarecopilacindelosdiferentestiposdeobrasdeexcedenciaquese
utilizan en las presas, a dichas obras se les conoce con el nombre genrico de vertedores, que en breve
describiremos.
Laspresaslaspodemosclasificarenunnmerodecategorasdiferentes.
Esconvenienteconsiderartresampliasclasificacionesdeacuerdocon:eluso,elproyectohidrulico,o
losmaterialesqueformanlaestructura.
Segn el uso, las presas se pueden clasificar de acuerdo con la funcin ms general que van a
desempear,comodealmacenamiento,dederivacinoregulacin.
Las presas de almacenamiento, se construyen para embalsar el agua en los periodos de lluvia y para
utilizarlos en poca de estiaje. Estos perodos pueden ser estacionales, anuales, o ms largos. Las presas de
almacenamiento las podemos a su vez clasificar de acuerdo con el objeto de almacenamiento, comopuede ser
abastecimientodeagua,pararecreo,paralacradepeces,paralageneracindeenergahidroelctrica,irrigacin,
etc.
Laspresasdederivacinseconstruyenordinariamenteparaproporcionarlacarganecesariaparadesviar
elaguahaciazanjas,canalesuotrossistemasdeconduccinallugarendondesevaausar.
Laspresasreguladorasseconstruyenpararetardarelescurrimientodelasavenidasydisminuirelefecto
de las ocasionales. Las presas reguladoras las dividimos en dos tipos. En uno de ellos, el agua se almacena
temporalmenteysedejasalirporunaobradetoma.Enelotrotipo,elaguasealmacenatantotiempocomosea
posibleysedejainfiltrarenlasladerasdelvalleoporlosestratosdegravadelacimentacin.Aesteltimotipose
lellamaalgunasvecesdedistribucinodique.Asimismolaspodemosclasificartambincomopresasvertedoraso
novertedoras.Lasprimerasseproyectanparadescargarsobresuscoronasylassegundassonlasqueseproyectan
paraquenorebaseelaguaporsucorona. En cuanto a sus materiales las podemos clasificar en presas de
concretodegravedadodel tipodearco.Tambinenpresasde tierraodematerialesmixtoscomoson:arcilla,
arena,gravayrocaosimplementedeenrocamientoconlosadeconcretoenlostaludes.
-
INTRODUCCIN
ii
Dentro de las presas de almacenamiento existen los vertedores de demasas y los reguladores que son
estructurascuyafuncinesdejarescaparelaguaexcedenteodeavenidasquenocabeenelespaciodestinadopara
almacenamiento,yenlaspresasderivadorasdejarpasarlosexcedentesquenoseenvanalsistemadederivacin.
Ordinariamente los volmenes en exceso se toman de la parte superior del embalse creado por la presa y se
conducenporunconductoartificialnuevamentealrooaalgncanaldedrenajenatural.
La frecuencia del uso del vertedor la determinan las caractersticas de escurrimiento de la cuenca y la
naturalezadelaprovechamiento.Ordinariamente,lasavenidassealmacenanenelvaso,sederivanporlastomaso
sedescarganynoesnecesarioquefuncioneelvertedor.
Las descargas por el vertedor se pueden producir durante las avenidas o periodos de escurrimiento
elevado sostenido, cuando las capacidades de las dems salidas se exceden. Cuando la capacidad del vaso es
grandeocuandolasobrasdedescargaodederivacinsongrandeselvertedorseutilizarraravez.
Enlaspresasderivadorasenlasqueelalmacenamientoeslimitadoylosvolmenesderivadossonrelativamente
pequeos,comparadosconelgastonormaldelro,elvertedorseusarcasiconstantemente.
En cualquier embalse con un rea o cuenca de drenaje de tamao considerable debe tener un vertedor para
descargarlascrecientessindaarlacortinadelapresayparamantenerlasuperficiedelaguadelembalseaun
ciertonivelpredeterminado.
La Tesis se divide en cinco captulos el Captulo 1 comprende elMarco Terico donde describimos
algunas generalidades sobre las presas, as como algunos de los aspectos concernientes a lasmismas.Tambin
definimos los tipos y elementos que constituyen los vertedores, las ecuaciones que los gobiernan y aspectos
particularesdelosmismos.
En el Captulo 2, describimos las caractersticas principales de los dispositivos del laboratorio de
Hidrulica de la ESIA ZACATENCO, en particular el Canal Hidrodinmico de Pendiente Variable y los
diferentes tipos de vertedores a utilizar. La manera de operar de cada uno de ellos as como los accesorios
complementariosautilizarenlosexperimentos.
Esimportantesealarqueduranteelprocesodeexperimentacintomamosfotosdelosdiferentestiposde
ensayosqueserealizanencadaunodelosvertedores.
-
INTRODUCCIN
iii
En el Captulo 3, desarrollamos el procedimiento para llevar a cabo los ensayos en el Canal
HidrodinmicodePendienteVariableconlosVertedoresyaseleccionadosymostramoslosresultadosobtenidos
encadaunodeellos.
EnelCaptulo4,mostramoslosclculosdecadaunodelosensayosrealizados,referentesalaobtencin
de los coeficientesdegastode cadaunode los vertedores y realizacindegrficos,a findequepermitanuna
mejorcomprensindelpresentetrabajoadesarrollaryquesecumplaconelobjetivoprincipal.Lograndoasque
lasrecomendacionesdadasmanifiestenellogroobtenidoalfinalizaresteestudio.
En elCapitulo 5, presentamos los formatos de las prcticas de laboratorio referentes al uso delCanal
HidrodinmicodePendienteVariableydesusdiferentesaccesorios.
Justificacindeltema.
Las Presas de Almacenamiento y Derivacin son estructuras de importancia para el desarrollo y
crecimiento de un pas, ya que estas nos permiten almacenar agua para el consumo habitacional, comercial, e
industrialentreotras.Permitiendoassatisfacerlasnecesidadestandemandantesdeunapoblacin.
Laimportanciaquetieneunvertedorseguronosepuedeexagerarmuchasdelasfallasde laspresassehandebido
avertedoresmalproyectadosodecapacidadinsuficiente.
Laamplituddelacapacidadesdeextraordinariaimportanciaenlaspresasdetierrayenlasdeenrocamiento,que
tienen el riesgo de ser destruidas si son rebasadas mientras que, las presas de concreto pueden soportar un
rebasamiento moderado. Generalmente, el aumento en costo no es directamente proporcional al aumento de
capacidad.Confrecuenciaelcostodeunvertedordeampliacapacidadesslounpocomayorqueeldeunoque
evidentementeesmuypequeo.
Ademsde tener suficientecapacidad,elvertedordebeserhidrulico y estructuralmenteadecuadoydebeestar
localizadodemaneraquelasdescargasdelvertedornoerosionennisocavenelpieaguasabajodelapresa.Las
superficiesqueformanelcanaldedescargadelvertedordebendeserresistentesalasvelocidadeserosivascreadas
porlacadadesdelasuperficiedelvasoaladelaguadedescargaygeneralmente,esnecesarioalgnmediopara
ladisipacinde laenergaalpiedelacada.
-
INTRODUCCIN
iv
Planteamientodelproblema.
En la poca actual ya casi no hay necesidad de hacer nfasis en la importancia de las obras de
excedencias,lasquedebemosconcebircomoverdaderasestructurasdeseguridaddelaspresas.Sinembargo,ha
habidomuchasfallasdepresasdebidoainsuficientecapacidaddedescargaoadefectoseneldiseodelapropia
obra,originandogravesconsecuenciastantoparalapresacomoparalasvidasylosbienesmaterialeslocalizados
aguasabajodelamisma.
Tambinesnecesarioaforarelcaudalamanejarparalosdiversosusosdelapresa,alasalidadelasObras
deToma,paralocualtambinutilizamosvertedores.Portalmotivohetomadocomotemadetesislarecopilacin
detodalainformacinconcernientealasobrasdeexcedenciadelaspresas,clasificndolassegnsuusoytipoas
como observar el comportamiento hidrulico de diferentes clases de vertedores para la obtencin de los
coeficientesdeGasto(C),conbaseenmodelosdelaboratorio.
AdemsdefomentarelintersdelalumnadodeIngenieraCivilyenparticulardelreadeHidrulicapor
estasestructuras.
Hiptesis.
DeterminarloscoeficientesdeGasto(C)paradiferentestiposdevertedores,conbaseenlosmodelosde
la instalacin del canal hidrodinmico de pendiente variable en el laboratorio es vlido a travs de la
experimentacin.
Objetivo.
El objetivo del presente trabajo es el de calibrar diferentes tipos de vertedores (vertedor de cimacio,
vertedor rectangular pared delgada sin contracciones laterales, vertedor de pared gruesa, vertedor triangular de
pareddelgada yvertedordesifn),a findeobtener loscoeficientesdegasto,ascomo tambin laelaboracin
delasprcticasdelaboratorioreferentesalusoymanejodelCanalHidrodinmicodePendienteVariableysus
accesorios.
-
INTRODUCCIN
v
DelimitacindelTema.
Enestetrabajosedesarrollalaexperimentacinconbaseenmodelosdevertedoresparaladeterminacin
decoeficientesdegasto.
Metodologa.
Lametodologausadaparalaelaboracindeestedocumentoesmixta,yaquelallevamospormediode
dosetapas,principalmentequesonlarecopilacindeinformacindelosdiversostiposdevertedoresylasegunda
etapaqueconsisteenelanlisisdelfuncionamientohidrulicoparalaobtencindeloscoeficientesdegastocon
baseenmodelosdelaboratorio.
El mtodo deductivo es el que utilizamos en la investigacin, esta se desarrolla de lo general a lo
particular,primeramenterealizamosunainvestigacindocumentalelaborandounestudiodelasObrasdeControl
y Excedencia, donde incluimos desde los antecedentes hasta las ecuaciones que gobiernan el funcionamiento
hidrulicodelasmismasyporltimo,realizamoslaparteexperimentaldeesteproyecto.
Elniveldeinvestigacinqueutilizamosesexplicativoynuestraparticipacinesexperimentalyaquelos
coeficientesdegastoqueobtenemossonatravsdeensayosdelaboratorio.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
16
CAPTULO1. MARCOTERICO.
1.1. ANTECEDENTES.
Elcontroldeniveldelaguaylaregulacindedescargassonnecesariosparapropsitosdeirrigacin,energa
hidroelctrica, conservacin del agua, prevencin y control de avenidas,navegacin interior, etc. Para ello se
disponedeunaampliavariedaddeestructurashidrulicasdecontrol,adecuadasalasnecesidadesparticulares,
quevarandesdevertedoresocompuertasutilizadasenpequeosrosycanales,hastaobrasdeexcedenciasen
grandespresas.
Las obras hidrulicas en los sistemas de aprovechamiento tienen como objetivo controlar y conducir el
volumendeaguanecesariooelexcedentehastaelsitioenqueseaprovechaohaciaelcaucedelro.Laobrade
excedencias, la obra de toma y la obra de desvo son ejemplos de obras hidrulicas de gran utilidad en los
aprovechamientossuperficiales.
1.2. CLASIFICACINDELASOBRASHIDRULICAS.
Sepuededecirquelasobrashidrulicasconstituyenunconjuntodeestructurasconstruidasconelobjeto
demanejarelagua,cualquieraqueseasuorigen,confinesdeaprovechamientoodedefensa.Porconsiguiente,
lasobrashidrulicassepuedenclasificardeacuerdoconestasintenciones.
Finalidadesdelasobrashidrulicas1:
Aprovechamiento:
a)Abastecimientodeaguaapoblaciones.
b)Riegodeterrenos.
c)Produccindefuerzamotriz.
1TorresHerrera,Francisco,ObrasHidrulicas,p.13.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
17
d)Navegacinfluvial.
e)Entarquinamiento.
f)Recreacin.
Defensa:
g)Contrainundaciones.
h)Contraazolves.
Prevencindelaescasez.
Finalidadesmltiples:Hastahace relativamentepoco tiempo lasobrashidrulicasseconstruancon
unafinalidadaisladasinembargo,desdeelpuntodevistaeconmicoenlaactualidadseestimacomocriterio
sanoyconvenienteeldeconsiderarencadacasolaposibilidaddequelasobrasseorientenasatisfacerdosoms
finalidadessimultneasestudiandoelfuncionamientoadecuadodelasmismasyprorrateandoloscostosquese
debancargaracadafinalidad.
1.2.1. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN APROVECHAMIENTO
SUPERFICIAL.
Los elementos que formanunaprovechamientohidrulico son en general siete, los que se agrupan y
relacionanenla (Figura1.1) quesepresentaacontinuacinparasumejorcomprensin.
Fig.1.1.AprovechamientoHidrulico.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
18
Enla (Figura1.1) aparecen:
1. readecaptacinocuencahidrogrficadeunro,definidaapartirdelsitiodealmacenamiento.
2. Almacenamiento,formadoporunapresa,enunsitiopreviamenteescogido,queesdondesecambia
elrgimennaturaldeescurrimientoalrgimenartificialdelademanda,deacuerdoconelfinolosfines
a que se destine. Aqu es conveniente recordar que una presa consta, en lo general, de las partes
siguientes:
Vasodealmacenamiento,Cortina,Obradedesvo,Obradetoma,Obradeexcedencias.
3. Derivacin,endonde,pormediodeunapresa,sederivaelescurrimientodelrohaciaelsistemade
conduccin,elqueporconveniencia,amenudoselocalizaanivelessuperioresalosdellechodelro.
4. Sistemadeconduccinquepuedeestarformadoporconductosabiertosocerradosysusestructuras
atravsdelcualseconduceelaguadesdeelpuntodederivacinhastalazonadeaprovechamiento.
5. Sistemadedistribucin,elcualseconstituyedeacuerdoconelfinespecficodelaprovechamiento.
Por ejemplo: canales para riego por gravedad, tuberas a presin para plantas hidroelctricas y
poblaciones,etc.
6. Utilizacindirectadelagua,lacualseefectatambinmedianteelementosespecficossegnelfin
dequesetrate.Porejemplo,turbinasenelcasodeplantashidroelctricas,tomasdomiciliariasenelcaso
deabastecimiento,procedimientosdirectosderiego,etc.
7. Eliminacin de volmenes sobrantes, lo cual se efecta pormedio de un conjunto de estructuras
especialmente construidas para este efecto: sistema de alcantarillado en el caso de abastecimiento
drenes,enelcasodesistemasderiegoestructuradedesfogue,enelcasodeplantashidroelctricas,etc.
En la (Figura1.1) se indicaque los retornososobrantesdelaguautilizadaseregresanalcauceen la
misma cuenca, condicin que, desde el punto de vista del derecho humano, se debe procurar que se
respetecuandolascondicionessanitariasoecolgicaslopermitan.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
19
1.3. PARTESQUEINTEGRANUNAPRESA.
1.3.1VASODEALMACENAMIENTOOEMBALSE.
Esunaampliacindelvallepordondeescurreunacorriente,susceptibledecerrarsepormediodeuna
presa,paraacumularsusaguas.
Boquilla:estrechamientoterminaldelvaso.
1.3.2.CORTINA.
Seentiendeporcortinaunaestructuraquesecolocaatravesadaenellechodeunro,comoobstculoal
flujodelmismo,conelobjetodeformarunalmacenamientoounaderivacin.Talestructuradebesatisfacerlas
condicionesnormalesdeestabilidadyserrelativamenteimpermeable (Esquema1.1).
Esquema1.1.TiposdeCortinas.
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CAPTULO1. MARCOTERICO
20
Clasificacin:
Lascortinassepuedenclasificarconreferenciaa:
1.Sualtura.
2.Supropsito.
3.Eltipodeconstruccinylosmaterialesquelaconstituyen.
1.3.3.OBRADETOMA.
Estructuraquepermitelaextraccindeaguadelembalseparalosfinesdeseados.
1.3.4.OBRADEEXCEDENCIAS.
Laobradecontrol y excedenciaesunaestructuraque formaparte intrnsecadeunapresa,yaseade
almacenamientooderivacinycuyafuncinesladepermitirlasalidadelosvolmenesdeaguaexcedentesalos
deaprovechamiento.Loanteriorestablecedemaneratcitalacondicindequepreviamentesehayasatisfechola
capacidaddeaprovechamientodelapresa,oseaqueelembalseseencuentrellenohastaelNAMO2antesdeque
seinicienlosdesfoguesporlaobrade excedencias (Figura1.2).
2Se refierealniveldeconservacinmximodeoperacin.
Fig.1.2.EnestaFiguraseindica
algunasdelaspar tesqueconstituyenunaPresacomoesel
Vertedor uObradeExcedencias.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
21
Lasobrasdeexcedenciadebenserconcebidascomoverdaderasvlvulasdeseguridaddelaspresas.Han
existidofallasenpresasdebidoalainsuficientecapacidaddedescargaodefectoseneldiseodelapropiaobra.
Lacapacidaddeunaobradeexcedencialadeterminanlaavenidadediseo,lascaractersticasdelembalseyel
programadeoperacindelapropiaobra.
1.3.5.OBRADEDESVO.
Sonobrasdecarcter temporal,que tienenporobjetocontrolaradecuadamentelacorrientedurante la
construccin de la presa, y permitir que permanezca seco el sitio de desplante de la cortina y de las obras
auxiliaresduranteelperododeconstruccin,paralocualesnecesariodesviartemporalmenteelescurrimiento
delroatravsdeellas.
1.4. OBRASDECONTROLYEXCEDENCIAS.
1.4.1.ASPECTOSGENERALESDELASOBRASDEEXCEDENCIA.
La Obra de excedencia en un aprovechamiento superficial3 es la estructura que permite descargar los
volmenesdeaguaqueexcedenalacapacidadtilodecontrolenunalmacenamiento,paraserconducidosfuera
del vaso y llevados aguas abajo nuevamente al ro, evitando el dao a otras estructuras y con elmximo de
seguridad.
Estasfuncionesserealizannormalmenteutilizandovertedoresysloencasosespecialesdeobraspequeas,
seutilizansifones.Porestarazn,lasobrasdeexcedenciasonamenudovertedoresdeexcedencia.
La obra de excedencia se utiliza para descargar la llamada avenida de diseo, cuyas caractersticas se
obtienendelosestudioshidrolgicosenelroydeltrnsitodeavenidasatravsdelvasoalmacenador.Dichos
estudiospermitenconocerlacargaygastomximo,ascomolaspolticasdeoperacinconquedebemanejarse
laobradeexcedencia.
3VerenelCaptulo1.2.1,loselementosconstitutivosdeunaprovechamientosuperficial.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
22
1.4.2.FUNCIN.
Lafuncindelosvertedoresenlaspresasdealmacenamientoyenlasreguladorasesdejarescaparelagua
excedenteodeavenidasquenocabeenelespaciodestinadoparaalmacenamiento,yenlaspresasderivadoras
dejarpasarlosexcedentesquenoseenvanalsistemadederivacin.Ordinariamente,losvolmenesenexcesose
tomandelapartesuperiordelembalsecreadoporlapresayseconducenporunconductoartificialdenuevoal
rooaalgncanaldedrenajenatural.
Laimportanciaquetieneunvertedorseguronosepuedeexagerar.Lasfallasdelaspresassehandebidoa
vertedores mal proyectados o de capacidad insuficiente. La amplitud de la capacidad es de extraordinaria
importancia en las presas de tierra y en las de enrocamiento, que tienen el riesgo de ser destruidas si son
rebasadasmientrasque,laspresasdeconcretopuedensoportarunrebasamientomoderado.
Ademsde tener suficientecapacidad,elvertedordebeserhidrulicay estructuralmenteadecuado ydebe
estarlocalizadodemaneraque lasdescargasdelvertedornoerosionenni socavenelpiedeaguasabajode la
presa. Las superficies que forman el canal de descarga del vertedor deben ser resistentes a las velocidades
erosivas creadas por la cada desde la superficie del vaso al canal de descarga, y generalmente, esnecesario
algnmedioparaladisipacindeenergaalpiedelacada.
La frecuenciadelusodelvertedor ladeterminanlascaractersticasdeescurrimientode lacuencay la
naturalezadelaprovechamiento.Ordinariamente,lasavenidassealmacenanenelvaso,sederivanporlastomas
osedescarganynoesnecesarioquefuncioneelvertedor.
Lasdescargasporelvertedorsepuedenproducirdurantelasavenidasoperiodosdeescurrimientoelevado
sostenido,cuando lascapacidadesde lasdemssalidasseexceden.Cuando lacapacidaddelvasoesgrandeo
cuandolasobrasdedescargaodederivacinsongrandes,elvertedorseutilizarraravez.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
23
1.5. DESCRIPCINDELOSVERTEDORESDESERVICIO.
1.5.1.PARTESQUECONSTITUYENUNVERTEDOR.
a) Canaldeacceso. Conduceelaguadesdeelalmacenamientohastalaestructuradecontrol,demanera
que llegue en direccin perpendicular a la cresta en toda su longitud y libre de turbulenciasa fin de
lograrelcoeficientededescargamximoyelmnimodeproblemasenelvertido.
b) Estructura de control. Regula las descargas del almacenamiento. La regulacin puede efectuarse
medianteunaseccindecontrolconstituidaporunsimpleumbral,uncimacio,unorificioounatubera,
quepuedandescargarlibrementeosumergidosyestarcontroladosonoporcompuertasovlvulas.En
cualquier caso, es muy importante lograr la mayor eficiencia de la estructura de control, con un
coeficientededescargalomsgrandeposibleparaladescargamximayevitareldespeguedelalmina
vertiente.
c) Canaldedescarga.Permiteconducirlosvolmenesquehanpasadoporlaestructuradecontrol,hasta
elroaguasabajodelapresa.Dichoconductopuedeser:canalacieloabierto,conductocerradoatravs
de la cortina o tnel por las laderas. La seleccin del tipo y dimensiones estn regidos por
consideracioneshidrulicas,econmicas,topogrficasygeolgicasdelsitio.Debidoalagranvelocidad
delaguaquepuededesarrollarse,esnecesariorevestirlasparedesdelconductodedescargaylograrun
escurrimientolomssatisfactorioposible.
d) Estructura terminal. Se ubica al final del conducto de descarga y permite la restitucin de las
descargas del vertedor al ro, disipando la energa cintica excedente que adquiere el agua en su
descensodesdeelembalsehastaelroparalograrladisipacin,aunquestarealmenteocurrafueradela
estructuraterminal.Enelprimercasoseutilizantanquesamortiguadoresocubetasdisipadorasyenel
segundocubetasdelanzamiento,peroencualquiercasoelobjetivoesalcanzarunadisipacineficazde
laenergayeliminarlaerosinenlazonaderestitucin.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
24
e) Canalesdellegadaydescarga. Continadespusdelaestructuraterminalypermitequeelaguallegue
alcaucedel ro sinproducirremansos4 haciaaguasarribaqueafectenel funcionamientode lapropia
estructura terminal o de otras estructuras que tambin descarguen al ro. Los objetivos de los
componentes de un vertedor pueden parecer distintos y por tanto susceptibles de estudiarse por
separado, sin embargo existe una correlacin de estrecha y mutua influencia entre ellos que no
aconsejan un estudio aislado de los mismos. En algunos casos es posible satisfacer las condiciones
impuestasporlascaractersticastopogrficasygeolgicaslocalesconsolucionesdecostoelevado,sin
embargo es preferible reducir almnimo los riesgos provenientes de soluciones no convencionales y
adaptarlosproyectosalatopografaygeologadelsitio,tratandodeobtener,enloposible,unasolucin
econmica.
1.6. TIPOSDEVERTEDORES.
1.6.1.GENERALIDADES.
Losvertedoresgeneralmentese clasificandeacuerdoconsuscaractersticasmsimportantes,yaseacon
respectoalsistemadecontrol,alcanaldedescarga,oaotrocomponente.Losvertedoresqueanalizamossonlos
siguientes:vertedordecimacio,vertedorrectangularpareddelgadasincontraccioneslaterales,vertedortriangular
(enV)depareddelgadasincontraccioneslateralesyvertedordesifn.
1.6.2. VERTEDORESDECIMACIO.
Los vertedores de cimacio consisten de una cresta de control de pared gruesa, cuyo perfil tiene
aproximadamentelaformadelasuperficieinferiordeunalminaventiladaqueviertelibrementesobrelacresta
estopermitealcanzarunmejorcoeficientedegasto ymantener laestabilidadestructurala travsdelpesodel
concretoomamposterautilizadoenelcuerpodelaobra.
4Serefierealadetencinosuspensindelacorrientedelagua.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
25
Elcimaciodescritoconstituyeuna" seccindecontrol cuyadescargapuedeserlibreocontrolada5.
Eneldedescargalibrenoseutilizanelementosadicionalespararegulardichasdescargas,yelvertidoseproduce
libremente sobre la cresta, permitiendo que su forma en planta pueda ser recta o curva. En el de descarga
controladaseutilizandiferentestiposdecompuertassobrelacrestaysuformaenplantaslopuedeserrectao
poligonal,conpilasintermediasparaapoyodelascompuertas.
Elcaudalqueviertesobreuncimacioylacargasobrelacresta,sonengeneral,variables,segnlamagnitud
de los excedentes que se desea desalojar del almacenamiento. Esmotivo de anlisis establecer qu caudal o
condicindedescargadebeelegirsecomolacondicindeldiseodelperfildelcimacio.
EldiseodelperfildeuncimacioimplicaentonceselegirunacargadediseoHdoungastodediseo
Qd6,delosquedependenlaformaydimensionesdedichoperfil.Segnseindicaenla(Figura1.3)lacargade
diseoincluyelacargadevelocidaddellegadaenelcanaldeacceso(correspondientealcaudaldediseo),laque
asuvezdependedelasdimensionesyprofundidadP(respectodelacresta)endichocanal.Estoes:Hd=hd+ho,
dondeho=(vo2/2g).
5Serefierealaregulacindelasdescargasenelalmacenamientoenunapresa.
6Sotelovila,Gilberto,DiseoHidrulicodeEstructuras,p.513.
Fig.1.3.VertidolibresobreunCimacio.
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CAPTULO1. MARCOTERICO
26
1.6.2.1. ECUACIONESPARAELVERTEDORDECIMACIO.
Lacapacidaddedescargadeuncimacio,para lacondicindediseooparacualquierotracondicinde
operacin, es funcin de la longitud efectiva de la cresta vertedora, de la carga real con que opere, de la
geometradelperfilydelasdimensionesyprofundidaddelcanaldeacceso.
En el caso del vertido libre (Fig. 1.3) con o sin pilas intermedias, la ecuacin para el clculo de la
capacidaddedescargaeslageneraldevertedores:
2
3
CLeHQ = (2)
Donde:
C=Coeficientedegasto,quetienelasdimensiones
-12
1
TL .
H=Cargatotaldeoperacin,incluyendocargadevelocidaddellegada,enm.
Le=Longitudefectivadecresta,enm.
Q=Gastoensm3
Enelclculodehseconsideraqueg
VohH d 2
2
+ = ,donde)( dhP
qVo
+ = eslavelocidaddellegada
yqgastounitarioenelcanaldellegada.
ElcoeficienteCde la (Ec.2)dependeprincipalmentede lacargaHconqueoperaelvertedorenun
momentodado,delacargaHdelegidaparadisearelperfildelcimaciodelaprofundidaddelcanaldeacceso,
deltaluddelacargaaguasarribaydelgradoahogamientodeladescarga.LainterrelacindeCcontodosestos
elementoshasidoobtenidanicamentedemaneraexperimentalyeslaquesepresentaacontinuacin:
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
27
La (Figura1.4)muestralagrficaprincipalque relacionaelvalordeC,queenestecasoadquiereel
valorCo,coneldep/Hd(Profundidaddelcanaldeaccesoentrecargadediseo)paraelcasoenquelacargade
operacinseaigualaladediseo(H//Hd=1)yqueelparamentoaguasarribadelcimacioseavertical.Aquse
observaquecuandoP=0,Co=1.705,quecorrespondeaunvertedordecrestaanchayquecuandoPcrece,Co
tambin,hastaunmximode2.181,apartirdelcualsemantieneconstante.
Cuandolacargadeoperacinesdistintadeladediseoysemantieneverticallacaraaguasarriba,el
coeficiente de descarga vara con la relacin H/Hd, como lo muestra la (Figura 1.5) en la que Co7 es el
coeficienteobtenidodela(Figura1.4).EsinteresanteobservarqueelCoeficienteCesmayorqueCocuandola
cargadeoperacinesmayorqueladediseo.Estoimplicaqueesconvenienteelegirunacargadediseoquesea
7Ibidemp.514517.
Fig.1.4.CoeficientedegastoenCimaciosdeParamentoaguasar r ibaver tical,ver tiendoconlacargadediseo.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
28
menorque lamximaconqueopereelcimacio,a finde lograrmejorescondiciones deoperacincuando la
ltimasepresente.
A fin de satisfacer requisitos de estabilidad estructural, puede ser necesario que el paramento aguas
arribadelcimacioseainclinado.
Paraunacargadeoperacinigualaladediseo, elcoeficientedegastovaraconlarelacinP/Hd ycon
el talud de inclinacin del paramento, como lomuestra la (Figura 1.6) en la queCvertical es el coeficiente
obtenidodelas(Figuras1.4y1.5).Esinteresanteobservarqueelefectodeinclinacindelparamentoesms
apreciable para valores pequeos de P/Hd en la medida que P/Hd crece, el coeficiente para un paramento
inclinadotiendealvalorparaeldeunparamentovertical.
Deestamanera,elvalorfinaldelcoeficienteCenla(Ec.2)ResultadelproductodeCoobtenidodela
(Figura1.4) porlacorreccindela (Figura1.5) ycuandoelparamentoseainclinado,ademsporlacorreccin
dela (Figura1.6).
Figura1.5.CoeficientedegastoenCimaciosdeparamentoaguasar r ibaver tical,ver tiendoconcargasdiferentesalasdediseo.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
29
1.6.3.VERTEDORDEPAREDDELGADA.
SilalongituddelapareddelvertedorenladireccindelflujoestalqueH1/L>15(Figura1.7),entoncesel
vertedorsedenominadeparedcrestadelgada.Enlaprctica,lalongituddelaparedenunvertedordepared
delgadasuelesermenorque6.6x103ft(2.0x103m),porloque,anparalosnivelesmnimosdeoperacin,el
flujoseseparadelcuerpodelvertedoraguasabajodeste.
Enestecasoseformaunabolsadeairedebajodelalminavertedora(Figura1.7),desdelacualelchorro
superiorremuevecontinuamenteelaire.
En laprcticaesnecesariodisearelvertedordepareddelgadaparaquelapresinen labolsadeaire se
mantengaconstante,deotraformasepresentarnlassiguientescaractersticasindeseablesdeoperacin:
1. Aldecrecerlapresinenlabolsadeaire,lacurvaturadelchorrosuperioraumenta,porende,elvalordel
coeficientedegastotambinaumenta8.
8H.French,Richard,HidrulicadeCanalesabiertos,p.349351.
Fig.1.6.CoeficientedegastoenCimaciosdeParamentoaguasar r ibainclinado,ver tiendoconlacargadediseo.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
30
2. Sielsuministrodeaireenlabolsaesirregular,entonceselchorrovibraryelflujosobreelvertedorser
no permanente. Si la frecuencia del suministro irregular de aire a la bolsa, del chorro superior, y de la
estructuradelvertedorsonaproximadamenteiguales,entonceslavibracindelchorropuedecausarlafalla
delaestructura.
1.6.3.1. ECUACIONESPARAVERTEDORDEPAREDDELGADA.
Unvertedor de pared delgada y seccin geomtrica, cuya cresta se encuentraa unaalturaw,medida
desdelaplantilladelcanaldealimentacin.Eldesnivelentrelasuperficieinalteradadelagua,antesdelvertedor
ylacrestaeshylavelocidaduniformedellegadadelaguaesVo,detalmodoque:
gVo
hH2
2
+ =
Siwesmuygrande,Vo2/2gesdespreciableyH=h.
De acuerdo con lanomenclatura de la (Figura 1.8), el perfil de las formas usuales de vertedores de
pareddelgadasepuederepresentarporlaecuacingeneral:
X=f(y) (1)
Que,normalmenteserconocida.
Fig.1.7.Vertedor deCrestaDelgada.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
31
AplicandolaecuacindeBernoulliparaunalneadecorrienteentrelospuntos0y1,dela(Figura1.8)
setiene:
gv
yhhg
Voh oo 22
22
+ + - = +
Obien
gv
yg
VohH
22
22
+ = + = (1.1)
SiVo2/2gesdespreciable,lavelocidadencualquierpuntodelaseccin1vale
)(2 yhgv - = (1.2)
Elgastoatravsdelreaelemental,esentonces:
dyyhxgdQ - = m22
Donde m9consideraelefectodecontraccindelalminavertiente.Elgastototalvale:
dyyhxgQh
- = 21
0
)(22 m (1.3)
9Sotelovila,Gilberto,Op.cit.p.243.
Fig.1.8.Vertedor deParedDelgadadeformageneral.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
32
Queserlaecuacindelgastoparaunvertedordepareddelgada,lacualesposibleintegrarsiseconoce
laformadelvertedor.
Enladeduccindelaecuacinsehanconsideradohiptesisnicamenteaproximadas,comolaomisin
de laprdidadeenergaqueseconsideraincluidaenelcoeficiente,peroquizlams importantequeseha
supuesto, es la que en todos los puntos de la seccin 1 las velocidades tienen direccin horizontal y con una
distribucin parablica (Ec. 1.2), efectuando la integracin entre los lmites 0 y h. Esto equivale a que en la
seccinmencionada el tirante debe alcanzar lamagnitudh. Por otra parte, al aplicar la ecuacin deBernoulli
entre lospuntos0 y1sehasupuestounadistribucinhidrostticadepresiones.Esto implicaunadistribucin
uniformedelasvelocidadesVoyVparatodoslospuntosdelassecciones0y1,respectivamente,loculseren
contraposicin con la distribucin parablica que se ha supuesto para derivar la (Ec. 1.2). Por ltimo, el
coeficientedegastoqueapareceen la(Ec.1.3)representa larelacinentreelreasombreadaa,b,c,ede la
(Figura 1.9), correspondiente a la verdadera distribucin de velocidades y la f, g, d, correspondiente a la
parboladedistribucinhipotticadevelocidades,asaber:
dgfparbolaladereaecbaachuradarea
,,___,,,_
* *
= m
Debeserdetipoexperimentalyprximoa0.60,quecorrespondealdeunorificiodepareddelgada.
Fig.1.9.AspectoRealdelFlujo.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
33
1.6.4.VERTEDORRECTANGULARDEPAREDDELGADA.
El vertedor rectangular de pared delgada se puede describir como un corte rectangular ubicado
simtricamenteenunaplacadelgadaperpendicularalosladosyelfondodeuncanalabierto,recto,normalmente
rectangular(Figura1.10).Dentrode estacategorasedividenen:
1. Con contracciones laterales: es aquel que tiene una contraccin de la lmina vertedora que no se
desarrollcompletamente,comoconsecuenciadelaproximidaddelasfronterasdelcanal.
2.Sincontraccioneslaterales:esaquelenelcualelcorteseextiendecompletamenteatravsdelcanalde
llegadaenlafigurab/T=1.
Enla(Tabla1.1)seresumenloscriteriosgeomtricosparalaclasificacindeunvertedorconsiderado
completamentecontrado.Losvertedoresrectangularesdepareddelgadaquenocumplenconestoscriterios,no
sondeancholibre,porloquedebenconsiderarsecomoparcialmentecontrados.
Fig.1.10.Vertedor Rectangular deParedocrestaDelgada.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
34
Tabla1.1. DefinicindeunVertedor Rectangular deCrestaParedDelgadatotalmentecontrado.
T b 4h1H1/p 0.5H1/b 0.5
0.23 h1
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
35
Yefectuandolaintegracines:
h
oyhbgQ
- - = 2
3
)(23
2 m
Yfinalmente:
2
3
23
2hbgQ = m (1.4)
Queeslaecuacingeneralparacalcularelgastoenunvertedorrectangularcuyacargadevelocidadde
llegada es despreciable. En los pases que utilizan el sistema ingls de unidades se acostumbra agrupar los
trminos,enunsolocoeficienteC,detalmanera que:
2
3
hbCQ = (1.5)
Estaecuacinesmssencillaquela(Ec.1.4)sibiennoeshomognea,esdecir,queelcoeficienteC10
tienelasdimensiones
-121
TL yvale:
m m 953.2232
= = gQ (1.6)
10Sotelovila,Gilberto,Op.cit.p.244246.
Fig.1.11.Vertedor Rectangular .
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
36
A pesar de que las (Ecs. 1.4 y 1.5) valen nicamente en el caso de una velocidad de llegada
despreciable,diferentesautoreshaninvestigadoyobtenidofrmulasexperimentalesparaevaluar,enlascuales
seincluyadichoefectoparapermitirquetalesecuacionesconservensuvalidez.
1.6.4.2. VERTEDOR RECTANGULAR DE PARED DELGADA CON
CONTRACCIONESLATERALES.
Enefecto,cuandoelvertedorrectangularseencuentraalcentrodeuncanal,deanchoBmayorquela
longituddecrestabdelvertedor(Fig.1.12)seproducencontraccioneslateralessemejantesalasdeunorificio.
Enla (Ec.1.4)seutilizalacargatotalg
VohH
2
2
+ = enlugardeh:
2
32
22
3
2
+ =
gVo
hbgQ (1.7a)
Estaecuacinsepuedetambinescribirenlaformasiguiente:
Fig.1.12. Vertedor Rectangular concontr accioneslaterales.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
37
2
32
32
2*2
13
2bhg
ghVo
Q
+ = m
2
3
2* bhgk = (1.7b)
Elparntesisenlaecuacinanteriorsepuededesarrollarenformaaproximadacomosigue:
....22
31
21
22
32
+ + =
+
ghVo
hg
Vo
Comoelreaenlaseccin0esAo=B(h+w),resultaque
hwhgBQ
ghVo
22
22
)(22 + =
Adems,
hwhgBQ
ghVo
22
22
32
)(22
31
21
+ + =
+
Porotraparte,dela(Ec.1.7b)setiene:
Q2=k22gb2h3
Quesubstituidaenlaanteriorresulta:
222
22
3222
32
2
31
)(2
2
2
31
21
+
+ =
+ + =
+
whh
Bb
khwhgB
hgbkgh
Vo
Substituyendoenla (Ec.1.7b) resultafinalmente:
2
3222
23
1232
bhwh
hBb
kgQ
+
+ = m (1.8)
Locualdemuestraqueelgastosepuedeseguircalculandoconla(Ec.1.4)siemprequeenelcoeficiente
seincluyanlosefectosdeb/Bydew.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
38
1.6.4.3. VERTEDOR RECTANGULAR DE PARED DELGADA SIN
CONTRACCIONESLATERALES.
Cuandoelanchodelcanaldellegadaesigualqueeldelacresta(estoes,queelvertidoseefectasin
contraccioneslaterales)essuficientehacerb=Benla (Ec.1.8) parallegaraconclusionessemejantesenel
usodela (Ec.1.4).
RECOMENDACIONESPARASUFUNCIONAMIENTO:
Adems de respetar los lmites de aplicacin de las frmulas, para obtenermejores resultados en la
medicin de gastos con vertedores rectangulares se recomienda que la cresta del vertedor sea perfectamente
horizontal,conunespesornomayorde2mmenbiselylaalturadesdeel fondodelcanal0.30mw 2h.El
planodelvertedordebesernormalalflujoylacara,aguasarriba,perfectamentevertical,planaylisa.Elvertedor
deberinstalarsealcentrodeuncanalrectoquetengaunalongitudmnimadediezveceslalongituddecrestadel
vertedoryunreade,porlomenos,8bh.Sielvertedortienecontracciones,ladistanciaentrelosextremosdel
vertedoryelcostadodelcanalnodebesermenorque0.30m.
Sinotienecontraccioneslateralesdebehacerseunaventilacineficientedelasuperficieinferiordela
lminavertiente.Encualquiercaso,lacargasobrelacrestasedebemedirenunpuntoa,porlomenos,cuatro
veceslacargamximahaciaaguasarriba.
Enla(Tabla1.2)11 sepresentanlasfrmulasexperimentalesmsconocidasparacalcular m dela
(Ec.1.4)aplicablesavertedoresconcontraccioneslateralesosinellas,quetienenvalideznicamentecuandola
superficieinferiordelalminavertienteseventila correctamente.
11Frmulasexperimentalesmsconocidasparacalcular.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
39
NOTA:Paraelpresentetr abajoutilizaremosnicamenteelver tedor r ectangular depareddelgadasin
contraccioneslaterales.
Tabla1.2.Frmulasexper imentalesparadeterminar elcoeficientedegasto m aplicablealaEc.1.4par aver tedoresrectangular escon
contr accioneslater alesosinellas.Enelcasodever tedoressincontraccioneslateraleshagab=B,enlasfrmulas.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
40
1.6.5.VERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADA.
EstevertedorsepuededescribirmejorcomouncorteenVubicadosimtricamenteenunaplaca
delgadaqueesperpendicularalfondoyalosladosdelcanalabierto(Figura1.13).Dentrodeestacategorase
tienendossubdivisiones:
1.Totalmentecontrados.
2.Parcialmentecontrados.
3.Sincontracciones.
Enla(Tabla1.3)12,seespecificanloscriteriosgeomtricosparalaclasificacindeestetipodevertedor
comototaloparcialmentecontrado.
12H.FrenchRichard,Op.cit.p.358.
Fig.1.13.Vertedor Triangular deCrestaDelgada.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
41
Tabla1.3.Criter iosdeClasificacindeunVertedor Triangular deCrestaDelgada,comodeflujoparcialototalmentecontr ado.
Vertedor ParcialmenteContr ado Vertedor TotalmenteContr adoh1/p 1.2 h1/p 0.4h1/T 0.4 h1/T 0.2
0.16< h1 2ft 0.16< h1 1.25ftp 0.3ft p 1.5ftT 2ft T 2ft
1.6.5.1. ECUACIONESPARAVERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADA.
Cuando el vertedor es de seccin triangular (Figura 1.14) simtrica respecto del eje vertical y con
nguloenelvrtice q ,elvalorxdela (Ec.1) es.
2tan qyX =
yla(EcuacindelGasto1.3) es:
dyyyhtangQh
-
= 2
1
0
)(2
22 q
m
Fig.1.14.Vertedor Triangular
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
42
Lacualsepuedeintegrarporunprocedimientodesubstitucin.Enefecto,haciendoz=hy,entonces
y=hz,dy=dz.Loslmitesdeintegracinseranparay=0,z=hyparay=h,z=0laecuacinanteriorsera
entonces:
02
52
3
0
2
1
5
2
3
2
222)(
222
h
h
zhz
tangdzzhztangQ
-
- = -
=
q m
q m
Tomandolmitesysubstituyendonuevamenteaz,seobtiene:
2
5
22
158
htangQ
= m q (1.9a)
Obien
2
5
ChQ = (1.9b)
DondeC13dependede m q , yg.Con90vemosque:
m m 36.2215
8 = = gC
Enla(Tabla1.4)14 sepresentanlasfrmulasexperimentalesmsconocidasparacalcular m Cdelas
(Ecs.1.9)ysonvlidasparadiferentesngulosenelvrtice.
13SoteloAvila,Gilberto,Op.cit.p.251,252.
14FrmulasExperimentalesparaCalcularC.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
43
Tabla 1.4. Frmulas exper imentales para determinar los coeficientes de gasto m o Caplicablesalas(Ecs.1.9ao1.9b)paraver tedorestr iangularescondiferentesngulos qenelvr tice.Brepresentaelanchodelcanaldellegadayweldesnivelentreelvr ticedelver tedor y el fondo de dicho canal. En cualquier caso, las frmulas se expresan en elsistemaMKS.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
44
Enla(Figura1.15)elCoeficienteexperimental dependede hy .
Enla (Figura1.16) kesuncoeficientequedependedeB/h 2.75para=45.
Fig.1.15.CoeficientedeGastodeVertedoresTriangularesenlaFrmuladelaUniversidadcatlicadeChile.
Fig.1.16.ValoresdekenlaFrmuladelaUniversidadCatlicadeChile
paraVertedoresTriangular es.
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CAPTULO1. MARCOTERICO
45
Siwespequea,elvertedortriangularpuedefuncionarahogado.Sih1representalacarga,aguasabajo
(Figura1.17)elcoeficientedegastocondescargalibredebermultiplicarseporuncoeficientekindependiente
delnguloq,quevale:
+ + - =
2
111
8
3
211
hh
hh
hh
k (1.10)
RECOMENDACIONESPARASUFUNCIONAMIENTO:
Los vertedores triangulares se recomiendan para el aforo de gastos inferiores a 30lt/seg y cargas
superioresa6cmyhastade60cm.Suprecisinesmejorqueladelrectangular,paragastospequeos,eincluso
paragastoscomprendidosentre40y30lt/seg.Paragastosmayoresesrecomendableelrectangulardebidoaque
eltriangularesmssensibleacualquiercambioenlarugosidaddelaplacay,tambinrequieremayorexactitud
enlamedicindelascargas,pueselgastovaraconlapotencia5/2delamisma.
NOTA: Para el presente tr abajo utilizaremos nicamente el ver tedor tr iangular de pared delgada sin
contraccioneslaterales.
Fig.1.17.DescargaahogadadeunVertedor Triangular .
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CAPTULO1. MARCOTERICO
46
1.6.6.VERTEDORDESIFN.
El sifn es el nico diseo no mecnico capaz de dejar pasar un gasto tan grande como el que un
vertedordecrestalibrepodradescargar.
Elsifnvertedoresunaditamentocuyopapelesdescargaraguayregularelniveldestaenunapresao
enuncanalesunconductocerradodobladoformandodosramasdelongituddesigualypordondepuedeescurrir
aguahaciaunnivelmsbajodespusdepasarporunaelevacinintermedia,debidoaquelapresinatmosfrica
obligaalaguaasubirporlaramamscortadeltubo,mientraselpesodelaguaquesevierteporlaramams
larga causa un escurrimiento continuo. Una idea clara de la accin sifnica se tendr al considerar que el
escurrimientosedebealempujeopresindelairesobrelasuperficiedelaguasuperiorydeningnmodoaljaln
o tirodelaguaenlaramainferioresevidenteentoncesquenoesposible incrementarelescurrimientoenun
sifnaumentandolalongituddelaramainferiormsalldeunlmitesifnicoqueesprecisamenteelempujedel
aire.
Un vertedor de sifn cuando descarga al aire, tendr una completa seguridad en su funcionamiento
cuando la carganopase de unos 6.10 a 6.70m., (de 20a 22 pies), y dicha carga semide delnivel delagua
superior al centro de la boca de salida, y si sta sumergida la carga es la diferencia de niveles entre el agua
superioryelaguainferior.
Enla(Figura1.18)esteldiagramadeunsifnenelqueaparecenlosnombresquegeneralmentese
danasusdiferentespartesyteniendoademssumergidaslaentradaysalida.Lassuperficiesdelaguasuperiore
inferior estn representadas por la lnea puntuada que fue elevada para tener la presin atmosfrica en los
extremosdelsifn15.
15TruebaCoronel,Samuel,Hidrulica,p.121122.
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
47
Conelobjetodequeunsifnpuedadescargarcontinuamente,esnecesarioqueentodasulongitudse
mantenga abajo del gradiente hidrulico entre los niveles del agua superior e inferior como se aprecia en la
(Figura1.18),dadoquesialgunaseccinestarriba,elaireseacumulayprovocaunapresincontraelaguaala
entrada, que puede llegar aparar el escurrimiento cuando el sifn semantiene abajo del gradiente hidrulico
puede recibirunciertovolumendeaire sinotroefectoquehacerbajarelgradiente, loquepor supuestohace
disminuirelgastoenestecasoelaguatransportaelaireportodoelconductoysaletanprontocomoentra.Sin
embargo, si es admitidoms aire del que el agua puede transportar, el gradiente hidrulico baja tanto que el
escurrimientocesa.
1.6.6.1. ECUACIONESPARAVERTEDORDESIFN.
CadavertedordesifntieneunacapacidadmximadedrenajeQ,dadoporladiferenciadenivelesdel
agua16.Elcualescalculadopor: 2/1)2( ghAQ = m (3)
16ManualdeInstruccinsobreelVertedordeSifnHM160.36delLaboratoriodeIngenieraHidrulicadelaEscuelaSuperiordeIngenierayArquitectura(ESIA)del
InstitutoPolitcnicoNacional.
Fig.1.18.Par tesqueconstituyenalVertedor deSifn.
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CAPTULO1. MARCOTERICO
48
Donde:
=Coeficientededescarga(SifndeHeyn,lograndovaloresde=0.50a0.60).
A=Seccintransversaldelflujodesalidadelsifnenm.
h=Alturadecadadelsifnenm.
g=Aceleracindelagravedad(g=9.81m/s)
Elcoeficientededescargaelcualseaplicaalsifnpuedeserobtenidoexperimentalmentecon
lasiguienteconversin:
(3.1)
1.7. ENERGAESPECFICA.
Enunaseccincualquieradeuncanal,sellamaenergaespecficaalasumadeltirantemslacargade
velocidadenesaseccin.Laenergaespecficaesentonceslasumadelasenergasdepresinycinticaporuna
unidaddepesodelconjuntodepartculasdelfluidoqueformanlaseccinmencionada17,esdecir:
(Ec.4)
Expresinquetambinsepuedeescribirdelasiguienteforma:
(Ec.4.1)
17GardeaVillegas,Humberto,HidrulicadeCanales,p.4750
( )ghAQ2
= m
gV
hE2
2
a + =
2
2
2 AgQ
hE
+ = a
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
49
Dedonde:
(Ec.4.2)
Ahorabien,casisiempreseomite,debidoaqueparaelflujoturbulentosuvaloresmuycercanoa1en
lamayoradeloscasosyelgradodeprecisinquenormalmentesetieneenlosdemsdatosnojustificatanto
rigor.Enefecto,enflujo turbulentoparacanalesprismticosrectos,varade1.02a1.20aproximadamente.
Esposibleanalizarlaexpresinanteriorsegndospuntosdevista,asaber:
1.ParaungastoconstanteQo,estudiarlarelacinh=f(E)y
2.ParaunaenergaespecficaconstanteEo,estudiarlarelacinh=f(Q).
Elprimerenfoquenospermiteobservarqueparaungastodadoexisten tres tiposde rgimen,quese
denominan:crtico,subcrticoysupercrtico.
Elsegundopuntodevistaesdeutilidadcuandosedeseaestudiarelcomportamientohidrulicodedos
seccionesdeunescurrimientoenquelaenergaespecficaseaconstante(Eo),opuedaconsiderarsecomotalsin
cometererrorapreciable.
Relacinh=f(E)paraunvalor Qoconocido.
El lugargeomtricode la (Ec.4.1)esunacurvacondos asntotasquepuedenprecisarseobservando
dichaexpresin.Enefecto:
SihporlotantoE,laasntotaesunalneade45conlosejesE h.
Sih0porlotantoE,laasntotaeselejeE.
Loanteriorquedaexpresadoenla(Figura1.19).
AV
dAV
m
A
3
3 = a
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
50
h2
h
h
h
c
1
minE oE
SUBCRTICO
SUPERCRTICO
CRTICO
1hch
h2
h2
h1
g2V1
2
g
2V2c
2V
g
2c
E
Examinadola(Figura1.19)puedenobtenersealgunasconclusionesimportantes.Porejemplo,parauna
energaespecficacualquieraE0,existendostiposdeescurrimiento:Unoconuntiranteh1yunavelocidadV1,y
otroconuntirantemayorh2yunavelocidadmenorV2.Adems,existeenunpuntosingularquecorrespondea
la energa especfica mnima posible y que se caracteriza porque est representada por un solo tirante
(hc,Figura1.19) adiferenciadetodoslosdemscasosenlosqueEEmn.
Sellamaseccincrticaenunescurrimientoasuperficielibreaaquellaenquelaenergaespecficaesla
mnimaposibleparaelgastodedichoescurrimiento.Sielrgimenestestablecido,sedicequeescrticocuando
dicha energa es la mnima posible a lo largo de todo el canal, y con ese nombre se designan todas sus
caractersticashidrulicastirantecrtico(hc),pendientehidrulicacrtica(Sc),velocidadcrtica(Vc),etc.
Sieltiranteesmayorqueelcrtico(h2),elrgimensedenominasubcrticoolento,ycuandoesmenor
(h1),supercrticoorpido.
Fig.1.19.VariacinhEparaQConstante
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
51
El comportamiento de un escurrimiento est ntimamente relacionado al tipo de rgimen al que est
sometido y por esta razn es importante conocer dicho rgimen. La forma ms sencilla de identificar un
determinadorgimen,escompararloconlascaractersticasquedichorgimentendrasifueracrtica.Esdecir,
unavezdeterminadoeltirantecrticohc,se comparaconeldisponiblehyseconcluyelosiguiente:
h>hc rgimensubcrticoolento.
h=hc rgimencrtico.
h
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
52
En la cresta de un vertedor tambin se presenta el tirante crtico, lo que puede comprobarse con un
anlisis semejante al anterior u observando que es precisamente en dicha cresta donde se presenta la energa
especficamnima,comosedistingueclaramenteenla(Figura1.21).
C
C
E1 1E2E 3E 4E 5E
6E
E1>E2>E3>E4
-
CAPTULO1. MARCOTERICO
53
Eltiranteenunaseccincualquieradelvertedores:
1HHd - = (4.4)
Ahorabien,paralaobtencindelreahidrulicautilizamos:
bdAhid = (4.5)
Donde:
b=Anchodelcanal
Paraelclculodelavelocidad,nosbasamosenlaecuacindecontinuidad:
AVQ = (4.6)
DondedespejamosaV,paraobtener:
AQ
V = (4.7)
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
55
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTE
VARIABLE.
Fig.2.1 FotoPanormicadelCanalHidrodinmicodePendientevar iable
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
56
2.1. INTRODUCCIN.
Elcanalhidrodinmicodependientevariableesunaunidadbasequeofreceunrangoampliodeopciones
de experimentacinenrelacinconcanalesabiertos,vertedoresycompuertas,oceanografaeingenieradecostas.
Estedispositivoestadiseadoparalainvestigacinypropsitosacadmicos.
El canal tiene una longitud de 5 metros, sus paredes laterales son transparentes y proporcionan
prcticamente una vista de la seccin completa. Cuenta con un tanque cuya capacidad es de 280 litros y que
funcionacomouncircuitocerradoenel suministrodeagua,ademsdeuna bombacentrfuga,unavlvulade
pasoy undispositivodemedicindeflujo(rotmetro)queestnintegradosdentrodelcircuitodeagua.
Trabajaconunflujocompletoomximode10m3/hr(2.777lts/seg).Pormediodeunmecanismo,se
ajusta la inclinacin del canal desde un+3%hasta un 0.5%, en direccin longitudinal, usando el vstago con
volante,yaseaparaencausarelflujooparasimularungradientenatural.
2.1.1. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DEL CANAL HIDRODINMICO DEPENDIENTEVARIABLE.
Fig.2.2 ElementosqueconformanelCanalHidrodinmicodePendientevar iable
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
57
Elementos:
1. Canal(5.0m).
2.Depsitodeentradadeflujo.
3.Umbraldesalidadeflujo.
4.Depsitodesalidadeflujo.
5. Tanque.
6.Rotmetro.
7.Vlvuladepaso.
8.Pedestalconsoportefijo,bombacentrfugaypanel decontrol.
9. Tuberadepresin.
10. Vlvuladesalidaconglndulamedidora.
11. Volanteparaajustarlapendiente.
2.1.2.FUNCINDELCANAL.
El tanque (5) almacena alrededor de dos veces ms agua que la capacidad del canal, esto puede ser
operadoalmximoniveldeagua.Labombaesiniciadaporelinterruptorprincipaleneltablerodecontrol(8).El
aguaseimpulsaporlabombacentrfugafueradeltanque(5)atravsdelrotmetro(6)ylatuberadepresin(9)
dentrodeldepsitodeentradadeflujo(2).Elflujopuedeserreguladoporunavlvuladepaso(7).
Fig.2.3 TanqueendondesealmacenaelaguadestiladaqueutilizaelCanalHidrodinmicodePendientevar iable.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
58
El agua fluye a travs del canal, en el cual se pueden colocar una variedad de accesorios tales como
vertedores,compuertas,simuladoresdeplayaygeneradoresdeoleaje.
El flujo puede ser regulado por la vlvula de paso (7), y ver en el rotmetro el gasto circulante. Para
impedirqueelaguaseelevealmximonivelde250mm,elsensordelflotadorestinstaladoeneldepsitode
entrada y umbral de salida de flujo, que interrumpe el funcionamiento de la bomba cuando el nivel de agua
especificadoesalcanzadoyasseimpidequesedesbordeelcanal.Elaguafluyeatravsdeldepsitodesalidade
flujo(4),yentraporlatuberapararegresaraltanquedeagua(5)(Figura2.3y2.4).
2.1.3.COMPONENTES.
2.1.3.1 BOMBA.
Labombaesmontadaenelpedestalfijo(8)elcualabsorbeyconducelasfuerzasdebidoalpesofueradel
canalylasvibracionesdelabombadentrodelsubstrato(Figura2.5y2.6).Labomba(8a)esdeltipocentrfuga
conunmotorAC(120VAC,60Hz).Enelladodelatoma,labombaesconectadaaldepsitopormediodeun
tubo recto de 60 mm (5a) el medidor de flujo volumtrico (rotmetro) (6) es alojado dentro del lugar de
distribucin.Enlaoperacinelflujoesajustadopormediodelavlvuladepaso(7).
Impor tante! Para prevenir que el agua del segmento de entrada de flujo salpique, la bomba debe
encenderse siempre que la vlvula de paso este cerrada. Solo entonces podr abrirse la vlvula de paso
cuidadosamente.Losapoyosdelmotordelabombadebenserlubricadosparauntiempomaslargodevidayla
bombaestadiseadaparaqueelaguatengaunadistribucinmedia.
Fig.2.4.Vistadelinter ior delTanque.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
59
Elsistemanoesadecuadoparatransportedesedimentos.Elrotmetroylabombaenparticularpueden
dejardefuncionarcomoresultadodeincursindemateriaslida.
Fig.2.5.PedestalconSoportefijo,Bomba,RotmetroyPaneldeControl.
Fig.2.6.Fotografadondesemuestr aelPedestalconSoportefijo,laBomba,RotmetroyPaneldeControl.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
60
2.1.3.2. MEDIDORDEGASTO(ROTMETRO).
Elrangomedidoesde0a10m3/hr(2.777lts/seg),comoflujomximo.Laproporcindelflujoactualse
leedelmargen(a)delflotadorenm3/hr(Figura2.7).
2.1.3.3. AJUSTEDELAPENDIENTEDELCANAL.
Elajustedelapendiente(5),radicaenellevantamientodeltuboovstago,fijoaunabasetrapezoidal.El
levantamiento es por medio de una volante (a) haciendo un poco de fuerza y regulando la inclinacin
(Figura2.8). Elvstagoselevanta0.25mmporcadavueltadelvolante.Laplataforma(b)estafijaconunradio
deinclinacinexactasobreelpanelfrontaldebajodelvolante.
Fig.2.7.Dispositivomedidor delGasto(Rotmetro).
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
61
El ajuste de la pendiente es ejecutada como un deslizamiento del engranaje (c). Para asegurar el
funcionamiento durante periodos largos de tiempo, la base trapezoidal y el segmento deben ser lubricados y
engrasadosunavezporao.
2.1.3.4. DEPSITODEENTRADADEFLUJO.
Por el depsito de entrada de flujo (2) fluye agua en forma tranquila y con bajo grado de turbulencia
dentrodelsegmento(a),dondeelflujo(b)seaceleraencursoplano(Figura2.9). Elniveldeagua,prevalece
portodoelcanal,ylapresinpermanececonstanteenladireccindelflujo.
Fig.2.8.Par tesqueconstituyenlabasetr apezoidalqueledalaInclinacinnecesar iaalCanal.
Fig.2.9.Depsitodeentr adadeFlujo.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
62
2.1.3.5. CANAL.
El canal (1) tiene una longitud de 5.0 m y una seccin transversal de 86mm (ancho) y 300 mm de
profundidad.
Lasparedeslateralestransparentesestnhechasdepolicarbonato,ytienecomocaracterstica:resistentea
la abrasin, anticolorante y de fcil limpieza. El piso o base es de acero inoxidable. El canal contiene ocho
glndulas medidoras (a) con orificios roscados. Estas glndulas sirven, primeramente como fijaciones, para
conectardiferentesaccesorioscomovertedoresetc.,ytambincomofijacionesparasensores,quesoninstalados
abajo,dentrodelasglndulasmedidoras.Paraprevenirprdidasdeaguacuandolaoperacinhayaterminado,las
glndulasmedidorassonaccionadascongrifosredondos(Figura2.10y2.11),loscualessonabiertosnicamente
cuandoserequiera.
Fig.2.11. SegmentodelCanalHidrodinmicodePendienteVar iable.
Fig.2.10.GlndulasMedidoras.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
63
2.1.3.6. INTERRUPTOR.
Latapadelinterruptorcontienetodosloscomponentesnecesariosparasuoperacin(Figura2.12).Cada
vezpreviaalaoperacindelsistema,sedebernchecarque todoslosinterruptoresestncolocadosen0/Offyque
elinterruptordeemergencianoestpresionado(c).Siestabloqueadoenestacondicin,podrseraflojadopara
retirarelbotn.
Elsistemaesactivadoalgirarelinterruptorprincipal(b)ypresionarelinterruptorI(a).Debeasegurarse
quelavlvuladepasoestcerrada,paraprevenirqueelaguaapresinsalpiqueenelsegmentodelaentradade
flujo.Sloentoncesdeberserabiertalavlvuladepaso.
2.1.3.7. DEPSITODESALIDADEFLUJO.
Eldepsitodesalidadeflujo(4)(Figura2.13y2.14)esthechodeunmaterialresistenteyconduceel
aguaqueemergedelcanal(1)atravsdeunasalidadeflujogenerosamentedimensionada,abriendoeldepsito de
agua(5).
Parasercapazderetenerelflujodelcanal,fueronhechasdosranuras(3),dentrodelascualessepuede
colocarunvertedordepareddelgadadeseccintriangular.
Fig.2.12.PaneldeControl.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
64
Impor tante! Silainclinacinenelladodelasalidadeflujoesextrema,haypeligrodederrame!.
Fig.2.13.DepsitodeSalidadeFlujo.
Fig.2.14.VistaPoster ior delDepsitodeSalidadeFlujo.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
65
2.1.4.RECOMENDACIONES.
Lleneel tanqueadecapacidadconaguadestiladaelaguapuede llenarsesubsecuentementecomosea
necesario.
Cierrelavlvuladepaso.
Conecteelinterruptorprincipal(120DEVAC/60Hz).
Accionelabomba.
Cheque ambos interruptores del flotador con el movimiento de mano y la bomba debe pararse
(Figura2.16y2.17).
Lentamenteabralavlvuladepasoychequequeenelsistemanoexistanfugas.
Elsistemaahoraestlistoparaoperar.
Fig.2.15.CanalhidrodinmicodependienteVariable.
Fig.2.16.Vistasuper ior delDepsitodeentr ada,dondesemuestr aelsensor flotador .
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
66
2.1.5.ENCENDIDOYAPAGADODELSISTEMA.
Enseguidasedescribentodoslospasosnecesariosparaunaoperacinseguraylibredefallasdelcanal.
2.1.5.1. ENCENDIDO.
Asegurequetodoslosinterruptoresdelpaneldecontrolestnenposicinde0OFF(apagado).
Asegurequelavlvuladepaso(7)estcerrada.
Cierretodaslasvlvulasdedesage(10)delasglndulasmedidorasenelpisodelcanal.
Cuandoelsistemaestpropiamenteinstaladoeltanquepuedeserllenadoconaguadestilada.
Fig.2.17.Vistasuper ior delDepsitodeSalida,dondesemuestr aelsensor flotador .
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
67
Impor tante!Elmximoniveldellenadodebeseraproximadamente10cm.abajodelbordedelcanal.
Coloqueeldispositivodeajustedeinclinacin(11)alapendientedeseada.
Accionelabomba.
Lentamenteabralavlvuladepaso(7)ycoloqueelgastodeseado.
2.1.5.2. APAGADO.
Apaguelabombaycoloqueelinterruptorprincipalenapagado(Off).
Reduzcalainclinacincolocandoa 1/40.
Abralavlvuladepaso(7).Elaguafluyeapresinatravsdelatuberatraseradentrodeldepsitodeagua.
2.1.6.CIERRE.
ApaguelabombaycoloqueelinterruptorprincipalenOff.
Reduzcalainclinacincolocandoen1/40.
Abralavlvuladepaso(7).Elaguafluyeatravsdelatuberatraseradentrodeldepsitodeagua.
Asegureeldesageconectandountuboalaconexindeacuerdoconlavlvuladedrenajedeldepsitode
agua(5).
Abralavlvuladedesagedeldepositodeagua,yeldepsitoserdrenado.
2.1.7.CUIDADOYMANTENIMIENTO.
La siguiente informacin nos proporciona algunos consejos del cuidado ymantenimiento del canal. Siguiendo
estosconsejoshabilitaremoselsistemaaoperarcorrectamenteylibredefallaspormuchosaos:
Lubriqueelejetrapezoidalyelapoyodeslizantedeldispositivo,unavezalaoconunequipodeengrasado.
Siempremantengacubiertoeldepsitodeagua,puessi noseacelerarelcrecimientodelmoho.
Limpielasparedescondetergentelimpiadorparaplstico.Limpieelmohotanprontocomoesteaparezca.
Limpietodaslaspartesconundetergentelimpiadorparaplstico.
Nouseenlalimpiezalquidosabrasivos.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
68
2.1.8. SEGURIDAD.
Peligro!Tengacuidadoconelequipoelctricocuandoabraelpaneldecontrol.
Peligro! Dechoqueelctrico.Lasreparacionesdebenrealizarseporpersonalcapacitado.Protejalacabina
delinterruptorcontraincursionesdeagua.
Peligro! Nunca ajuste la inclinacin ms all de un rango especfico. Uno de los soportes puede
resbalarseporelpeso.
Impor tante!Mantengaelsistemaenunaposicinlibredehumedad.
Impor tante!Lleneeltanquealomximo,10cm pordebajodelbordepuedehaberriesgodederrame!
Impor tante!Tengacuidadocuandoesttrabajandoenelreadeoperacindelcanal,especialmentecon
herramientaspesadas.Elplexiglasspodraromperse(paredesdelcanal).
Impor tante!Chequelostanques,labombaylaslneasdeconduccinporsihubiese fugas.Lasfugas
podrancrearquegrandescantidadesdeaguapuedanescaparsedesapercibidamente.
Impor tante! Nunca ponga en funcionamiento el sistema sin supervisarse, los operadores deben ser
instruidosenlascaractersticastcnicasdelsistema,especialmenteenlascaractersticasdeseguridad.
Impor tante! Nunca ponga en funcionamiento el sistema con sedimentos, la bomba centrfuga y el
medidordeflujo(rotmetro)podraserdestruido.
Impor tante! Asegrese que no haya pequeos objetos, as como tornillos, tubos, etc, que pueden
introducirseeneldepsitodeagua.Losobjetospodranintroducirseenlabombacentrfugaypodraserdestruida.
Sloaccionelabombaconlavlvuladepaso cerrada,lapresinpuedecausarqueelaguadeldepsitodeentrada
deflujosalpiqueysalgadelcanal.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
69
2.1.9.DATOSTCNICOS.
Tabla2.1.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 6800mmProfundidad 660mmAltura 1600mmRangodemedida 5000mm
Seccindecrucedeflujo:Ancho 86mmProfundidad 300mmNivelmximodellenado 250mmPeso 650kg
Depsitodeagua:
Capacidad 280 lts
Medidor deflujo:
Tipo Medidordeflujodereavariable(rotmetro)ValordeflujoMximo 10m3/hr(2.777lts/seg)Rangodemedida 0100%
Ajustador delainclinacin:
AparatodelevantamientotipoejeLevantamientomximodepeso 50kN(5102.04Kg.Fza)Levantamientoporrevolucin 0.25mm
Bombacentr fuga:
Alturamximadelcaudal 12.5mValormximodelcaudal 24m3/hr(6.664lts/seg)Voltaje 120VACFrecuencia 60Hz.Salidadepoder 0.75KW.Rapidezrotacional 2850RPM
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
70
2.2VERTEDORES.
Elcanalhidrodinmicodependientevariablecuentacondiferentesdispositivosvertedores(Figura2.18),
los cuales sirven para demostrar los diferentes fenmenos que se producen en los procesos hidrulicos.Dichos
vertedoresson:
Vertedordecrestaanchaconbordeafiladoyredondeado.Vertedordecimaciocondisipadores(Rpida,Delantal,SaltodeEsqu).Vertedorrectangulardepareddelgadasincontraccioneslaterales.Vertedordesifn.Vertedortriangular.Vertedorcontaludes.Vertedordecrestasumergida.Vertedorconmanmetros.
Fig.2.18.Fotografaen laquesemuestr aladiversagamademodelosver tedoresconlosquesepuedenhacer ensayosenel
CanalhidrodinmicodependienteVar iable.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
71
2.2.1 VERTEDORDECIMACIO.
Elvertedordecimacio(Figura2.19)sirveparademostrarprocesoshidrulicosenrelacinalpasodel
flujoporencimadelmismo.Ascomoreproducirexperimentosdemaneracualitativaycuantitativadeprototipos
quepuedansermodelados.
Elvertedorposee3aditamentosdiferentesconocidoscomodisipadores(Figura2.20,2.21y2.22).Los
siguientestemaspuedensercubiertosconlaunidad:
Procesodeentradaysalidadelflujo.
Medicindelflujosobreelvertedordecimacio.
Lmiteentrelosestadossubcrticoysupercrticodelflujo.
Fig.2.19.Vertedor deCimacioconDisipadores.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
72
Fig.2.20.Vertedor decimacioconrpida.
Fig.2.21.Vertedor decimaciocondisipador dedelantal.
Fig.2.22.Vertedor decimaciocondisipador deSaltodeEsqu.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
73
2.2.1.1. DESCRIPCIN.
Los accesorios del vertedor estn hechos de un plstico resistente y que pueden ser insertados muy
fcilmenteenelcanalparamltiplespropsitosdeenseanza,estosaccesoriossepuedefijarporuntornillo.Los
ladosdelcanalsepuedensellarconmanguerasselladoras,lascualessoninsertadasenlasestrasdelvertedor.
2.2.1.2. COMPONENTES.
Elvertedorcomprendelossiguientescomponentes(Figura2.23):
Cuerpodelvertedor.
Tornillohexagonal.
Manguerasdeplsticoparasellado.
Disipadorparaunarpida.
Disipadordedelantal.
Disipadordesaltodeesqu.
Fig.2.23.Vertedor deCimacioconDisipador deSaltodeEsqu,Disipador pararpidayDisipador dedelantal.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
74
2.2.1.3. DATOSTCNICOS.
Tabla2.2.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 165mmProfundidad 152mmAncho 84mm
Material:
P.V.C.
Disipador deDelantal:
Largo 225mmProfundidad 28mmAncho 84mmDelantal 60*8mm
Disipador deSaltodeEsqu:
Largo 225mmProfundidad 28mmAncho 84mmSaltodeEsqu 60*19mm
Disipador (Rpida):
Largo(ParteSuperior) 187mmLargo(ParteInferior) 165mmProfundidad 28mmAncho 84mmngulodeCada 52
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
75
2.2.2.VERTEDORDECRESTAANCHACONBORDEAFILADOYREDONDEADO.
El vertedordecrestaancha (Figura2.24) sirveparademostrarprocesoshidrulicosenvertedoresde
cortinas en relacin al paso del flujo por encima del mismo. As como reproducir experimentos de manera
cualitativaycuantitativadeprototiposquepuedansermodelados.
Elvertedorposeeunfilocuadradodeunladoyunfiloredondoenelotro.
Lossiguientestemaspuedensercubiertosconlaunidad:
Procesodeentradaysalidadel flujo.
Medicindelflujosobreelvertedordecrestaancha.
Lmiteentrelosestadossubcrticoysupercrticodelflujo.
Fig.2.24.ModeloVertedor deCrestaAncha.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
76
2.2.2.1. DESCRIPCIN.
La unidad esta fabricada con plstico robusto que puede ser insertado muy fcilmente en el canal,
empotradopormediodetornillos.Elvertedorestaadaptadoalcanalentrminosdeformaytamao.
2.2.2.2.COMPONENTES.
Elvertedorestacompuestodelossiguientescomponentes(Figura2.25).
Cuerpodelvertedorconelfiloredondoyelfilocuadrado.
Tornillodecabezahexagonal.
Manguerasselladoras.
Fig.2.25.ModeloVertedor deCrestaAnchaysusdiferentesComponentes.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
77
2.2.2.3. DATOSTCNICOS.
Tabla2.3.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 300mmProfundidad 120mmAncho 84mm
Mater ial:
P.V.C.
Radiodelfiloredondeado:
40mm
Orificioparafijacin:
1
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
78
2.2.3.VERTEDORDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONESLATERALES.
Elaccesoriodevertedor(Figura2.26)seusaparademostrarelprocesohidrulicoenlainstalacindelas
presasyrepresasenconexincondesbordamientos(desbordamientoscompletos),perotambinpuedenserusados
paraobservarlosprocesosqueocurrenenlosdesbordamientosaguasabajo(desbordamientosincompletos).Los
experimentosreproduciblesdeunanaturalezacualitativaycuantitativapuedenserrepresentados.
Elvertedorconsisteenun panelconbordeafiladoconventilacininterna.Laventilacininternaest
provistadetubosdemetal,quepuedencerrarseenordenparademostrarunadescarganoventilada.
Fig.2.26.Vertedor deParedDelgadasinContr accionesLater ales.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
79
Lossiguientestemasquepuedensercubiertosconelaccesorioson:
Procesodesalidadelflujoenladescargaventiladaynoventilada.
Medicindelacantidaddeflujo.
2.2.3.1. DESCRIPCIN.
Elvertedorestdiseadoparalainstalacinenelcanalhidrodinmicodependientevariable.
Esunelementoventiladoconunbordehorizontal.Laventilacinesprovistademanguerasselladoras.
Lostaponespuedenserusadosparacerrarlostubosyoperareldispositivocomounvertedornoventilado.
2.2.3.2. COMPONENTES.
Fig.2.27. ComponentesdelVertedor deParedDelgadasinContr accionesLater ales.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
80
Elvertedorcomprendelossiguientescomponentes(Figura2.27):
Paneldelapresaconbordeafilado.
Base.
Tubosdeventilacin.
Manguerasselladorasparaoperacinnoventilada.
Tornilloshexagonalesymanguerasselladoras.
2.2.3.3. DATOSTCNICOS.
Tabla2.4.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 220mmProfundidad 175mmAncho 84mm
DistanciaentrelaBaseylaCrestadelVer tedor :
175mm
ngulodelacrestadelver tedor :
45
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
81
2.2.4.VERTEDORDESIFN.
Conestedispositivo(Figura2.28)puedeninvestigarseprocesoshidrulicosenelsifndeHeyn,tambin
puedenhacerseobservacionesprecisasdelfenmenodedescargaqueocurrenalfinaldelsifn.Unavlvulade
ventilacinseajustaa lacimadel sifnypermitehacerunacomparacinprecisaentre laaccindel sifny la
descarganormal del vertedor.Adems, pueden determinarsemedidas cuantitativas de la capacidad de flujo del
sifnydeterminarsucoeficiente dedescarga.
Elmaterialplexiglassgarantizaunavistamuybuenadetodoslosprocesosdeflujo.
Elvertedordesifnpuedemontarseydesmontarsemuyfcilmente.
Lossiguientesaspectospuedensercubiertosporelvertedordesifnencombinacinconelcanal:
Formadeoperacindelvertedordesifn.
Descargayvelocidaddeflujoenunvertedordesifn.
Fig.2.28.Vertedor deSifn.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
82
Flujosentuberas.
Procesodecavitacinenladescargadeunvertedordesifn.
2.2.4.1. DESCRIPCIN.
Elvertedordesifneselmodelo devertedordeHeynytieneunafacilidaddeventilacinenlacima.
2.2.4.2. COMPONENTES.
Elmodeloincluyelaspartesindividualessiguientes(Figura2.29):
Vertedordesifntransparentehechodeplexiglassconvlvuladeventilacin.
Tornillosdecabezahexagonal.
ManguerasSelladoras.
Fig.2.29.ComponentesdelVer tedor deSifn.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
83
2.2.4.3DATOSTCNICOS.
Tabla2.5.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 320mmProfundidad 240mmAncho 84 mm
Mater ial:
Plexiglass
SeccinTransver saldelaSalidadelSifn:
Largo 72mmProfundidad 35mm
CabezaoAlturadeSuccindelSifn:
150mm
Fig.2.30. FormayDimensionesdelVertedor deSifn.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
84
2.2.5.VERTEDORTRIANGULARDEPAREDDELGADASINCONTRACCIONES
LATERALES.
Este vertedor est diseado para demostrar las condiciones hidrulicas de funcionamiento. Se puede
describirmejorcomouncorteenVubicadosimtricamenteenunaplacadelgadaqueesperpendicularalfondo
yalosladosdelcanal (Figura2.30).
Lossiguientestemaspuedendesarrollarseconelvertedor:
Procesodesalidadeflujosobreunvertedor.
Comparacinconotrosvertedoresconrespectoalgasto.
Fig.2.30.Vertedor Triangular deParedDelgadaSinContr accionesLater ales.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
85
2.2.5.1DESCRIPCIN.
Elvertedortriangularesthechodeunplsticoresistenteyademspuedeserinsertadomuyfcilmente
enelcanalHidrodinmicodePendientevariable,yaquesoloseintroduceenranuraspropiasparasuinstalacin.
Losladosdelcanalsesellanautomticamenteconlaintroduccindelvertedor.
2.2.5.2. COMPONENTES.
Elvertedorcomprendesolodeunapieza (Figura2.31):
Cuerpodelvertedor.
Fig.2.31.Vertedor Triangular deParedDelgadaSinContr accionesLater ales.
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
86
2.2.5.3. DATOSTCNICOS.
Tabla2.6.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 10mmProfundidad 150mmAncho 94mm
Mater ial:
P.V.C.
ngulo:
60
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
87
2.2.6.VERTEDORDECRESTAANCHACONTALUDES.
Estevertedorestdiseadoparademostrarlascondicioneshidrulicasdefuncionamiento,yaseaahogado
oparcialmenteahogado (Figura2.32).Dependiendodelavelocidaddelflujo,pudiendocrearseflujosupercrtico,
subcrticoysaltohidrulico,quepuedenserobservadoseinvestigados.
Lossiguientestemaspuedendesarrollarseconelvertedor:
Procesodesalidadeflujosobreunvertedor.
Flujosubcrticoysupercrtico.
Fig.2.32.Vertedor deCrestaAnchaParaCrear unaRpida
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
88
2.2.6.1DESCRIPCIN.
Los accesorios del vertedor estn hechos de un plstico resistente y que pueden ser insertados muy
fcilmenteenelcanalparamltiplespropsitosdeenseanza,elcualsepuedefijarporuntornillo.Losladosdel
canalsepuedensellarconmanguerasselladoras,lascualessoninsertadasenlasestrasdelvertedor.
2.2.6.2. COMPONENTES.
Elvertedorcomprendelossiguientescomponentes(Figura2.33):
Cuerpodelvertedor,conunfiloocrestaquepresentataludes2:3aguasarribay2:9aguasabajo.
Tornillo hexagonal.
Tubodeplsticoparasellado.
Fig.2.33.Vertedor deCrestaAnchaParacrear unaRpida
-
CAPTULO2. CANALHIDRODINMICODEPENDIENTEVARIABLE
89
2.2.6.3. DATOSTCNICOS.
Tabla2.7.DatosTcnicos:
Dimensionespr incipales:
Largo 360mmProfundidad 60mmAncho 84mm
Mater ial:
P.V.C.
Taludes:
2:3 Aguasarriba2:9 Aguasabajo
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
91
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES.
Enestecaptulodescribimoscadaunodelosprocedimientosaseguirparalarealizacindelosensayosen
losvertedoressiguientes(Figura3.1):
Vertedordecimaciocondisipadores:
Dedelantal.
Derpida.
Desaltodeesqu.
Vertedordecrestaancha:
Conbordeafiladoenladireccindelflujo.
Conborderedondeadoenladireccindelflujo.
Vertedordepareddelgadasincontraccioneslaterales:
Conventilacin.
Sinventilacin.
Vertedordesifn:
Conventilacin.
Sinventilacin.
Vertedortriangulardepareddelgadasincontraccioneslaterales.
Vertedordecrestaanchacontaludes.
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
92
Fig.3.1.FotografasdelosVertedoresautilizar enlosEnsayosconelCanalHidrodinmicodePendientevar iable
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
93
3.1. VERTEDORDECIMACIO.
3.1.1.CONDISIPADORDEDELANTAL.
1. Inicialmente nos cercioramos que el Canal Hidrodinmico de Pendiente Variable estuviera limpio y no
tuvieraobjetosquepudieranperjudicarloalmomentodetrabajarenl.
2. Conectamoslabombaalaextensinparaproporcionarcorrientealsistema.
3.SenivelelCanalaunapendientede0%.
4.Eneltablerodecontrol,observamosquelosinterruptoresestuvieranenposicin0/Offyqueelinterruptorde
emergencianoestuvierapresionado.
5. Cerramoslavlvuladepaso (Figura3.2).
6.Despuscolocamoseldisipadorcorrespondiente(Delantal),alvertedordecimacio.
7. Posteriormente se introdujo al Canal Hidrodinmico de Pendiente Variable en la posicin correcta a la
direccindelflujo.
Fig.3.2.VlvuladePaso.
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
94
8.Inmediatamentesecoloceltornilloenelorificiodelvertedor,paradespusfijarloalabasedelcanalconla
llaveallenhastaasegurarnosquenoexistieraningntipodedesplazamientoporpartedelvertedor(Figura3.3).
9. Colocamoslasmanguerasselladoras alosladosdelvertedorparaeliminarfugasdeagua.
10.Realizadoeso,proseguimosacolocarelLimnmetrosobrelosbordesdelCanalparadespuscalibrarlodela
siguientemanera(Figura3.4):
a) Colocamos la punta del Limnmetro sobre la cresta del vertedor, girando los tornillosA y B para
permitireldeslizamientodelavarilla.
b)Unavez fija lapuntasobre lacrestadelvertedor,ajustamoselvernierconlareglagraduada,de tal
formaqueambascoincidanencero.
c)GiramoseltornilloBparafijarelvernieralavarilladeslizableevitandoaselmovimiento,yeltornillo
AparaFijarlavarilladeslizabledelLimnmetro.
d)AlejamoselLimnmetroaproximadamente4vecesHaguasarribadelvertedor.
Fig.3.3.FijacindelTornilloconlallaveAllen.
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
95
11.Accionamoselinterruptor,afindeencenderlabomba,permitiendoaselflujodelaguaatravsdelmedidor
delgasto.
12.Giramos la vlvula de paso para permitir el flujo del agua a travs de la tubera, al depsito de entrada y
posteriormentealcanal.
13.Unavezabiertalavlvuladepaso,seajustelgasto,estoselogrcuandolapartesuperiordelconometlico
coincidiconlareglagraduada.
14.LacargahidrulicaHsemidicolocandolapuntadelLimnmetrosobreelniveldeagua,fijandoeltornillo
Ademaneraqueno tuvieramovimiento yposteriormentesegirel tornilloCpararectificar laposicinde la
punta (Figura3.5).
15. Esteprocedimientoserealizcondiferentesgastos,desdeelmximohastaelmnimo.
Var illaDeslizable.
TornilloA.
TornilloC.
Reglagr aduada.
Vernier .
TornilloB.
Base.
Punta.
Fig.3.4.ComponentesdelLimnmetro.
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
96
Acontinuacinpresentamoslosdatosobtenidosdelosensayosrealizados:
TABLA3.1.
ENSAYO Q(m3/hr) Q(m3/s) Le(m) H(mm) H(m)
1 10.00 0.002778 0.084 59.20 0.0592
2 9.00 0.002500 0.084 55.20 0.0552
3 8.00 0.002222 0.084 51.60 0.0516
4 7.00 0.001944 0.084 47.40 0.0474
5 6.00 0.001667 0.084 43.30 0.0433
6 5.00 0.001389 0.084 38.70 0.0387
7 4.00 0.001111 0.084 33.10 0.0331
8 3.00 0.000833 0.084 28.70 0.0287
9 2.00 0.000556 0.084 22.60 0.0226
10 1.00 0.000278 0.084 15.30 0.0153
Fig.3.5.RealizacindelEnsayoconelVertedor deCimacio(Disipador deDelantal).
-
CAPTULO3. ENSAYOSENLOSVERTEDORES
97
3.1.2.CONRPIDA.
1.InicialmentenoscercioramosqueelCanalHidrodinmicodePendienteVariableestuvieralimpioynotuviera
objetosquepudieranperjudicarloalmomentodetrabajarenl.
2. Conectamoslabombaalaextensinparaproporcionarcorrientealsistema.
3.SenivelelCanalaunapendientede0%.
4.Eneltablerodecontrol,observamosquelosinterruptoresestuvieranenposicin0/Offyqueelinterruptorde
emergencianoest