Este artículo se publica con la intención de compartir una recopilación estudiantil que necesariamente está sujeta a correcciones ortográficas, gramaticales, de forma  y de contenido.  Por este motivo debe considerarse como material en proceso de elaboración, aún no terminado.


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DEFINICIÓN

Cuando el borde superior del orificio por donde se vacía un deposito no existe, o en caso de existir, esta por encima del nivel del liquido, se dice que el desagüe tiene lugar por vertedero.

El primero que se ocupo de esta cuestión fue G. Poleni, quien consideró el vertedero como un gran numero de orificios continuos, y de este modo trato de calcular tanto el vertedero completo con salida al aire libre, como el incompleto o sumergido, en el que una parte del derrame tiene lugar bajo una lamina de agua  (llamado por dicho autor motus mixtus).

Los vertederos son utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en  el control del flujo en galerías y canales.

TERMINOLOGIA

·        El borde superior se denomina cresta, pared o umbral.

·        Los bordes verticales constituyen las caras del vertedero.

·        La carga del vertedor, H, es la altura alcanzada por el agua, a partir de la cresta del vertedor.

·        Los niveles a ambos lados del vertedor se llaman niveles, ¨aguas arriba¨ y ¨aguas abajo¨, respectivamente.

Debido a la depresión de la lamina vertiente junto al vertedor la carga H debe ser medida aguas arriba, a una distancia aproximadamente igual o superior a 5H.

CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS

Aceptando las mas variadas formas y disposiciones, los vertederos presentan los más diversos comportamientos, siendo muchos los factores que pueden servir de base para su clasificación, entre estos están:

1.    SU FORMA

Según sus formas pueden ser simples o compuestos.

A.    Dentro de los simples están:

l        Rectangulares:

Para este tipo de vertederos se recomienda que la cresta del vertedero sea perfectamente horizontal, con un espesor no mayor a 2 mm en bisel y la altura desde el fondo del canal 0.30 m £ w £ 2h.

lTriangular:

      Hacen posible una mayor precisión en la medida de carga correspondiente a caudales reducidos.  Estos vertedores generalmente son construidos en placas metálicas en la practica, solamente son empleados los que tienen forma isósceles, siendo más usuales los de 90°.

l        Trapezoidal de cipolleti:

      Cipolleti procuro determinar un vertedor trapezoidal que compense el decrecimiento del caudal debido a las contracciones.  La inclinación de las caras fue establecida de modo que la descarga a través de las caras fue establecida de modo que la descarga a través de las paredes triangulares del vertedor correspondan al decrecimiento de la descarga debido a contracciones laterales, con   la ventaja de evitar la corrección en los cálculos. Para estas condiciones, el talud resulta 1:4 (1 horizontal para 4 vertical).

l        Circular:

     Se emplean rara vez, ofrecen como ventajas la facilidad de construcción y que no requieren el nivelamiento de la cresta.

l        Proporcionales:

    Son construidos con una forma especial, para el cual varia proporcionalmente a la altura de lamina liquida (primera potencia de H).  Por eso también se denominan vertedores de ecuación lineal.

    Se aplican ventajosamente en algunos casos de control de las condiciones de flujo en canales, particularmente en canales de sección rectangular, en plantas de tratamiento de aguas residuales.

B.  Compuestos:

       Están constituidos por secciones combinadas.

2.    SU ALTURA RELATIVA DEL UMBRAL

Pueden ser vertedores  completos o libres, cuando el nivel de aguas arriba es mayor que el nivel aguas abajo, es decir p>p'.

O incompletos o ahogados, en estos el nivel de aguas  abajo es superior al de la cresta, p´> p, en los vertedores ahogados el caudal disminuye a medida que aumenta la sumersión.

3.    EL ESPESOR DE LA PARED

Según el espesor de la pared los vertedores se clasifican en:    

l        Vertedores de pared delgada:

La descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma, pero con arista aguda.

l      Vertedores de pared gruesa:

e>0.66H, la cresta es suficientemente gruesa para que en la vena adherente se establezca el paralelismo de los filetes.

4.    LA LONGITUD DE LA CRESTA

Pueden ser vertedores sin contracciones laterales (L=B), cuando la longitud de la cresta es igual al ancho del canal y vertedores con contracciones laterales (L<B), la longitud L es menor que el ancho del canal de acceso.

INFLUENCIA DE LAS CONTRACCIONES

Como ya se había mencionado las contracciones ocurren en los vertedores cuyo ancho es inferior al del canal en que se encuentra instalado.

Francis, concluyo después de muchos experimentos que todo pasa como si en el vertedor con contracciones el ancho se hubiera reducido, según él, se debe considerar en la aplicación de la formula en valor corregido para L.

Para una contracción:      L´=L-0.1H

Para dos contracciones:  L´=L-0.2H

Las correcciones de Francis también han sido aplicadas a otras expresiones incluyéndose, entre estas, la propia formula de Bazin.

INFLUENCIA DE LA FORMA DE LA VENA

FIGURA 1

En los vertedores en el que el aire no penetra en el espacio W, debajo de la lamina vertiente puede ocurrir una depresión, modificándose la posición de la vena y alterándose el caudal.

Esta influencia se puede verificar en vertedores sin contracciones o en vertedores con contracciones, en los cuales la prolongación de las caras encierra totalmente la vena vertiente, aislando el espacio W.

En estas condiciones la lamina vertiente puede tomar una de las siguientes formas:

·        lamina deprimida:  el aire es arrastrado por el agua, ocurriendo un vacío parcial en W, que modifica la posición de la vena.

·        Lamina adherente:  ocurre cuando el aire sale totalmente. En cualquiera de estos casos el caudal es superior al previsto o dado por las formulas indicadas.

·        Lamina ahogada:  cuando el nivel aguas abajo es superior al de la cresta p´> p.

DETERMINACION TEÓRICA DEL CAUDAL DE UN VERTEDERO

Para el calculo del caudal, se considera un vertedor de pared delgada y sección geométrica como se muestra en la figura 2, cuya cresta se encuentra a una altura W, medida desde la plantilla del canal de alimentación.  El desnivel entre la superficie inalterada del agua, antes del vertedor y la cresta, es h y la velocidad uniforme de llegada del agua es V0, de tal modo que:

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Si W es muy grande , V02/2g es despreciable y H=h

La ecuación general para el perfil de las formas usuales de vertedores de pared delgada puede representarse por:

X=f(y), que normalmente será conocida

FIGURA 2

Aplicando la ecuación de Bernoulli para una línea de corriente entre los puntos 0 y 1, de la figura 2, se tiene:

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Si V02/2g, es despreciable, la velocidad en cualquier punto de  la sección 1 vale:

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El gasto a través del área elemental, de la figura 2, es entonces:

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Donde m considera el efecto de contracción de la lamina vertiente

El gasto total vale:

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Que seria la ecuación general del gasto para un vertedor de pared delgada, la cual es posible integrar si se conoce la forma del vertedor.  En la deducción de la formula se omitió la perdida de energía que se considera incluida en el coeficiente m,, se supuso que las velocidades en la sección 1 tienen dirección horizontal y con distribución parabólica, y por otra parte al aplicar Bernoulli entre los puntos 0 y 1 se supuso una distribución hidrostática de presiones.

INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE LLEGADA

La formula de Francis, que considera la velocidad del agua en el canal de acceso, es la siguiente

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Donde V es la velocidad en el canal.

En muchos casos prácticos esa influencia es despreciable. Ella debe ser considerada en los casos en que la velocidad de llegada del agua es elevada, en los trabajos en que se requiere gran precisión, y siempre que la sección del canal de acceso sea inferior a 6 veces el área de flujo en el vertedor (aproximadamente LxH).

BIBLIOGRAFIA:

SOTELO ÁVILA, Gilberto. HIDRÁULICA GENERAL.

AZEVEDO, J.M. MANUAL DE HIDRÁULICA.

FORCHHEIMER, Philipp. TRATADO DE HIDRÁULICA.

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MARCY ALEJANDRA CORREA CASTAÑO.

ADRIANA PATRICIA GÓMEZ QUIROZ.


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