Vertederos.
Figura F66. Vertedero
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, razón por la cual su estudio es de gran importancia.
En la figura F67 se ilustran las partes del vertedero, las cuales se nombran a continuación:
Figura F67. Partes de los vertederos
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Cresta (L): borde horizontal, también llamado umbral (m).
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Contracciónes: Lo constituyen los bordes o caras verticales.
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Carga (H): Es la altura alcanzada por el agua a partir de la cresta del vertedero Debido a la depresión de la lámina vertiente junto al vertedero, la carga H debe ser medida aguas arriba, a una distancia aproximadamente igual o superior a 4H (m).
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Ancho (B): Ancho del canal de acceso al vertedero (m).
Los vertederos se clasifican según su forma y el grosor de la pared.
Según su forma estos se clasifican en simples y compuestos:
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Vertederos simples: En esta selección se encuentran el vertedero rectangular y el vertedero triangular.
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Vertedero rectangular: En la figura F68 se ilustra un vertedero rectangular.
Figura F68. Vertedero rectangular
El vertedero rectangular es uno de los más sencillos para construir y por este motivo es uno de los más utilizados. Es un vertedero con una sección de caudal en forma de rectángulo con paredes delgadas, de metal, madera o algún polímero resistente, con una cresta biselada o cortada en declive, a fin de obtener una arista delgada. La precisión de la lectura que ofrece está determinada por su nivel de error que oscila entre un 3 y 5 % .
Se puede calcular el caudal con la expresión F89.
(F89)
Donde:
Qv: Caudal volumétrico.
K: Factor de descarga (depende de los coeficientes de anchura de la sección de medición, anchura del canal, altura y ángulo de abertura).
b: Anchura de la sección de medición (m).
h: Altura de descarga (m).
Vertedero triangular: En la figura F69 se ilustra el vertedero triangular:
(F90)
Figura F70. Vertedero trapezoidal
Es un vertedero como su nombre lo indica con forma trapezoidal en su abertura, también conocido como Cipolletti en honor a su inventor, el Ingeniero italiano Cesare Cipolletti. Dicho inventor procuró determinar un vertedero que compensara el decrecimiento del caudal debido a las contracciones laterales por medio de las partes triangulares del vertedero, con la ventaja de evitar la corrección en los cálculos. Para estas condiciones, el talud será 1:4 (1 horizontal para 4 vertical). Este vertedero es de construcción más dificultosa que los dos anteriores, razón por la cual es menos utilizado. Para el cálculo del caudal en m^3/s se utiliza la ecuación F91.
(F91)
Figura F71. Vertedero circular
Su utilización es menos común que los anteriores, presentando como ventajas: la facilidad en su construcción, así como no requerir el nivelamiento de su cresta debido a su forma geométrica. Para este tipo de vertederos, en el Manual de Hidráulica, De Azevedo y Acosta presentan la ecuación F92 para obtener el caudal en m^3/s.
(F92)
Donde:
D: Diámetro del circulo (m).
H: Carga del vertedero (m)
Espesor de la pared
En esta clasificación se encuentran los vertederos de pared delgada y los vertederos de pared gruesa.
Vertederos de pared delgada: En la figura F72 se ilustra el vertedero de pared delgada:
Figura F72. Vertedero de pared delgada
También conocidos como vertederos de cresta delgada o pared aguda. Son los vertederos construidos de una hoja de metal, de otro material de pequeño espesor o de madera biselada, de tal manera que el chorro salte con libertad conforme deja la cara aguas arriba del vertedero.
Debe haber una poza de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente.
El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente.
El medidor de la altura de carga (H), debe instalarse detrás de la escotadura a una distancia mayor o igual a 4H para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a medida que se acerca a la misma.
Vertederos de pared gruesa: En la figura F73 se ilustra el vertedero de pared gruesa.
Figura F73. Vertedero de pared gruesa.
También llamado vertedero de cresta ancha. Un vertedero es considerado de pared gruesa, cuando la cresta es suficientemente gruesa para que en la vena adherente se establezca el paralelismo de los filetes.
Ventajas de los vertederos
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Dispone de estándares universales. Es un sistema de medición de gran aceptación.
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Hay numerosos tipos de vertederos disponibles para un amplio campo de valores de caudal.
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La incertidumbre en la medición es típicamente de ± 2 y ± 4%.
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Resultan prácticamente inmunes a perturbaciones corriente arriba.
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Su construcción es sencilla.
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Desventajas de los vertederos
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Los vertederos representan obstrucciones, por lo que no son adecuados para fluidos que arrastren grandes cantidades de sedimentos, los escombros arrastrados por la corriente pueden bloquear el vertedero.
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Los vertederos no sirven si hay remansos de agua (susceptibles a las corrientes sumergidas).
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Requieren prácticas de ingeniería civil extensivas.
Aplicaciones de los vertederos
Los vertederos son utilizados en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en el control del flujo en galerías y canales.
Un vertedero consiste normalmente en una pared transversal a un canal que contiene una sección de medición. Esta pared mantiene el nivel de agua corriente arriba. El caudal o volumen de descarga se obtiene midiendo la altura de descarga antes del vertedero.
En la figura F66 se muestra un vertedero:
Figura F69. Vertedero triangular
Permiten obtener medidas más precisas de las alturas de carga (H) correspondientes a caudales reducidos. Por lo general, son construidos de placas metálicas.
En la práctica únicamente se utilizan los que tienen forma de isósceles, siendo los más usuales los de 90º. Para calcular el caudal en estos vertederos se utiliza la expresión F90.
Vertederos compuestos
En esta sección se encuentran el vertedero trapezoidal y el vertedero circular.
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Vertedero trapezoidal: En la figura F70 se ilustra el vertedero trapezoidal:
Donde:
Qv: flujo volumétrico (m^3/s).
H: Carga del vertedero.
L: Longitud de la base del vertedero.
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Vertedero circular: En la figura F71 se ilustra el vertedero circular: