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 A.caaa1967@gmail.comcaaa1967@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