Date post: | 04-Aug-2015 |
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UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO
FACULTAD DE INGENIERIA
E.P. INGENIERIA CIVIL
INGENIERIA HIDRAULICA II
8va SEMANA
E.P. DE INGENIERIA CIVILUNIVERSIDAD CESAR VALLEJO
8va SEMANACOMPUERTAS Y
VERTEDEROS
IngIng°°Carlos A. Altamirano A.Carlos A. Altamirano [email protected]@gmail.com
AFORO EN CURSOS DE AGUA CON SUPERFICIE LIBRE
COMPUERTAS YY
VERTEDEROS
Son estructuras de control hidráulico. Sufunción es la de presentar un obstáculo allibre flujo del agua, con el consiguienterepresamiento aguas arriba de laestructura, y el aumento de la velocidadaguas abajo.
COMPUERTAS Y VERTEDEROS
aguas abajo.
COMPUERTASCOMPUERTA TIPO SEGMENTO
• Las compuertas de segmento sonmuy utilizadas en la cresta delos vertederos de las presas.Antiguamente se movían jaladaspor cadenas, mediantedispositivos instalados en lospilares del vertedero.Actualmente son accionadasmediante pistones hidráulicos omediante pistones hidráulicos opneumáticos.
• Algunas compuertas de este tipodisponen, en la parte superior,de una parte abatiente. Estopermite descargar caudalespequeños, liberar el embalse demateriales fluctuantes y llenar lacuenca de disipación delvertedero para mejorar sufuncionamiento en las fasesiniciales de grandes descargas.
COMPUERTAS
COMPUERTA HIDRÁULICA
• Una compuerta hidráulicaes un dispositivohidráulico - mecánicodestinado a regular eldestinado a regular elpasaje de agua u otrofluido en una tubería, enun canal, presas, esclusas,obras de derivación u otraestructura hidráulica.
COMPUERTAS
COMPUERTA TIPO ANILLO
• Las compuertastipo anillo sonutilizadas en lacresta de loscresta de losvertederos tipo"tulipa", en laspresas que estánequipadas coneste tipo devertedero.
COMPUERTAS
COMPUERTA TIPO BASCULANTE
• Compuertabasculante oclapeta puede serutilizada tanto enclapeta puede serutilizada tanto enla cima delvertedero de unapresa comoinstalado en elfondo de un río ocanal
COMPUERTAS
COMPUERTA TIPO CILINDRO
• Las compuertascilíndricas se utilizanpara descargas enpresión permitiendo lapresión permitiendo lacolocación de la secciónde toma a cualquierprofundidad, en unembalse. En el mismopozo se pueden disponertomas de agua adiversas alturas. Seacopla fácilmente a unatubería de salida.
COMPUERTAS
COMPUERTA TIPO ESCLUSA
• Las compuertas tipoesclusa tienen lasbisagras verticales, sonaccionadas por mediosmecánicos, o por pistonesaccionadas por mediosmecánicos, o por pistoneshidráulicos. La compuertase abre para permitir elpasaje del buque. Solopuede ser abierta cuandolos niveles de agua fueray dentro de la esclusa seencuentran con pocoscentímetros de diferencia.
COMPUERTAS
COMPUERTA TIPO
LAGARTO• Las compuertas tipo
"lagarto" son"lagarto" sonutilizadas para abriro cerrar tomas enpresión paradescargas de fondo opara centraleshidroeléctricas.
COMPUERTASCOMPUERTA TIPO
TAMBOR• La compuerta tipo tambor es
un tipo de compuerta hidráulica utilizada en vertederos de presas. Es operada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no de agua creado por estas y no requiere de equipo mecánico para su operación.
• La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen de hormigón del mismo.
COMPUERTASCOMPUERTA TIPO TEJADO
• La compuerta tipo tejado es un tipo de compuerta hidráulica utilizado en vertederos de presas. Es operada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no operada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere de equipo mecánico para su operación.
• La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen de hormigón del mismo.
Los vertederosestablecen un controlen la sección de suubicación, originandouna relación definidaentre descarga Q y
VERTEDEROS
entre descarga Q yprofundidad en laproximidad delinstrumento. Losvertederos se empleanprincipalmente en elaforo de caudales
CLASIFICACION
1. Por la Forma pueden ser:a. Simples : rectangulares, triangulares,
circulares, etcb. Compuestos: trapeciales, secciones
combinadas
2. Por el espesor de la pareda. De pared delgada b. De pared gruesa
Lados
cresta
talud
cresta
VERTEDERO RECTANGULAR VERTEDERO CIPOLLETTI VERTEDERO TRIANGULAR
VERTEDEROS CON DOS CONTRACCIONES
FLUJO Zona de medición
VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA
SECCION A-A
FLUJO
napa
Perfilde acero
Zona de medición
VERTEDEROS EN PARED DELGADA
SIN VENTILACIONVENTILACION INSUFICIENTEDEPRESION BAJO LA LAMINA
VERTEDEROS EN PARED DELGADA
NOTESE LAS DIFERENTES ELEVACIONES DEL AGUA BAJO LA LAMINA Y LAS DISTINTAS FORMAS DE ESTA
VENTILACION SUFICIENTE PRESIONES EQUILIBRADAS
SOBREPRESION BAJO LA LAMINA
Zona de medición
napa
Respiradero de aire
Sección A-A
Tubos respiraderos
CLASIFICACION1. Por la Forma de la caida:
a. Vertederos no sumergidos o libres
b. Vertederos ahogados o sumergidos
COFICIENTES DE CONTRACCION Cc, VELOCIDAD Cv, y DESCARGA Cq
1. Coeficiente de Contracción (Cc)Es la relación entre el área de la sección recta contraída deuna corriente (chorro) y la velocidad media ideal que tendríasin rozamiento
2. Coeficiente de Velocidad (Cv)Es la relación entre la velocidad media real en la sección
recta de la corriente (Chorro) y la velocidad media ideal
ORIFICIO
CHORROC A
AC =
recta de la corriente (Chorro) y la velocidad media ideal
3. Coeficiente de Descarga (Cq)Es la relación entre el caudal real que pasa a través del aparato
y el caudal ideal
gH
V
IdealMediaVelocidad
alMediaVelocidadC R
V 2
Re==
hHA
Q
IdealCaudal
alCaudalC R
q 2
Re== VCq CCC =
VERTEDEROS RECTANGULARES
H = Carga sobre el vertedero
B = Longitud de cresta
ghVC 2=p=w
H H H
VERTEDERO SIN CONTRACCION
VERTEDERO CON UNA CONTRACCION
VERTEDERO CON DOS CONTRACCIONES
b = B b b
C
BBB
VERTEDEROS RECTANGULARES
dhbVdAVdQ CC ==
dh h
b = B
hC VV =
p=w
dhbVCdAVCQ hqhq ∫∫ ==
hC VV =
−+= )2/3
202/3
20 )
2()
2(2
32
g
V
g
VHgbCQ q
VERTEDEROS RECTANGULARES
a. FORMULA DE FRANCIS
• n = 0 para un vertedero sin contracción
• n = 1 para un vertedero con contracción en un extremo
−+−= 2/3
202/3
20 )
2()
2()
10(84.1
g
V
g
VH
nHbQ
• n = 1 para un vertedero con contracción en un extremo
• n = 2 para un vertedero con contracción total
b. FORMULA DE BAZIN
2/32)(55.01)0133.0
794.1( bHWH
H
HQ
+++=
VERTEDEROS RECTANGULARESValores de Cq para vertederos rectangulares
(De Georgia Institute of Technology)
= Cq
VERTEDEROS TRIANGULARES
H
hH
b
xtriángulosdesemejanzaPor
−=
2tan2
Θ= Hb
hH
θ
b
xdA = x dh
)2
(22
g
VhgVh +=dAVdQ h=
dyxVCQ hd ∫=2
tan2158 2/5 Θ= HgCQ q
VERTEDEROS TRIANGULARES
= Cq
Coeficiente de descarga C d
VERTEDERO CIPOLLETTICipolletti procuró determinar un vertedor trapezoidal que
compensase el decrecimiento del caudal debido a lascontracciones
H
aTan ==
41α
b
a
ααααH Estandar
2/52
2/31 tan2
158
232
HgCbHgCQ dd α+=
)tan54
(232 αHbgHHCQ q +=
Suponiendo que Cd1 = Cd2 se tiene:
Flujo fluyendo sobre un vertedero CipollettiFlujo fluyendo sobre un vertedero Cipolletti
crestaW
DETALLE DE UN VERTEDERO CIPOLLETTI
Flujo Perfil de acero
Sección A-A
Zona de medición
napa
VERTEDERO CIPOLLETTI
VERTEDERO CIPOLLETTIDescarga en un vertedero Cipolletti estandar en m3/seg/m
VERTEDERO CIRCULAR
Un vertedero circular tiene bastante contracción, y es mejo rubicarlo en un canal no rectangular.
5.25.22154
dCdgCQ ieq Φ== ω
Características geométricasUn canal es una estructura de conducción donde el
flujo fluye con una superficie libre
)21cos(20d
yar −=θ
=a =a
2
θθd −=
T
yθ
do
)(80 θθ sen
dA −=
θ20d
P = )2
(0
θsendT =
Radio Hidráulico P
AR = Profundidad Hidráulica
T
AD =
vertedero circular
VERTEDERO CIRCULARCoeficiente de descarga Ce para vertederos circulares de
cresta delgada
VERTEDERO CIRCULARValores de ωωωω y ΦΦΦΦ
VERTEDERO CIRCULARValores de ωωωω y ΦΦΦΦ
VERTEDERO CIRCULARValores de ωωωω y ΦΦΦΦ
VERTEDERO SUTRO
VERTEDERO SUTROEn general la descarga a través de cualquier tipo de vertedero puede ser expresado como Q = h n.
Un vertedero con n = 1 es llamado un vertedero proporcional.
En el vertedero Sutro el caudal es proporcional a la carga h
)2
1( 1
a
zTanbx
I−−=
π
)3
(2 1
ahgabCQ q −=
es proporcional a la carga h sobre la cresta del vertedero. La ecuación del vertedero es:
Y el caudal se calcula de :
VERTEDERO SUTROCUADRO Coeficiente de descarga C q para un vertedero Sutro
VERTEDEROS DE PARED GRUESASon aquellos vertederos cuyo umbral es plano y horizontal, y de
un espesor mayor que tres veces la carga H del líquido. El límite máximo de su longitud puede estimarse en 15 H aproximadamente, arriba de este valor las características del escurrimiento son similares a las que se producen en un canal con movimiento cercano al crítico
hc = Profundidad crítica
H = hc + hc /2 Sección rectangular
H hc
a > 3Ha > 3H
hCH
Nivel de energía
Nivel de referencia
VERTEDEROS DE PARED GRUESA
)(2 ccd hHghbCQ −=
La fórmula para vertederos de pared gruesa esta dad o por:
Tomado en cuenta las consideraciones de flujo críti co en
Hhc
Hhc 32=
HgHbQ31
232=
Tomado en cuenta las consideraciones de flujo críti co en una sección rectangular se tiene que:
Por lo que la fórmula en función de la carga H es d e :
VERTEDEROS SUMERGIDOSCuando el nivel de aguas abajo está por encima de la cresta del
vertedero, éste se denomina sumergido.Este tipo de vertederos presentan inestabilidades. En ciertos
casos si el agua tiene alta velocidad se producen ondasestacionarias
Ondas estacionarias en un vertedero sumergido
VERTEDEROS SUMERGIDOSFORMULA DE FTELEY Y STEARNS
2
2
1
22
1 2222
32
hg
Vh
g
VhhgbCQ d −+
++=
cuandoCd 63.0= 1.0
2
2
1
2 =+
g
Vh
h
2g
cuandoCd 582.0=5.0
2
2
1
2 =+
g
Vh
h
cuandoCd 63.0= 0.1
2
2
1
2 =+
g
Vh
h
VERTEDEROS SUMERGIDOSFORMULA DE KOZENY
−+= 28.0
2
1
2
1
1
2
1
25.111
)()23
1(23
232
h
hhgbQ
µµ
µµ
µµ
µ 2211
223 hµµµ
66.01
=µ 586.02
=µ
GRACIASHAY DOS COSAS QUE ELHOMBRE NO PUEDEOCULTAR, QUE ESTA
ING CARLOS ALTAMIRANO
OCULTAR, QUE ESTABORRACHO Y QUE ESTAENAMORADO.
ANTIFANES