Medición de caudal por el método de vertedero
Introducción
Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo. Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la ecuación de continuidad y la de energía se calcula la velocidad
Vertederos
Son simples aberturas sobre las que se desliza un líquido. Pueden ser entendidos como orificios cuya arista superior está sobre el nivel de la superficie libre del líquido. Se suelen usar para medir caudales en conductores libres (canales, ríos, etcétera).
Uso de vertederos para medir el caudal (Q)
Los vertederos se utilizan como instrumentos de medición de caudales más antiguos, simples y confiables para medir el flujo del agua en un canal si se dispone de suficiente caída y la cantidad de agua a medir no es muy grande. Los vertederos son instrumentos efectivos de medición porque si tienen un tamaño y forma determinados en condiciones de flujo libre y régimen permanente, existe una relación definida entre la forma de la abertura determina el nombre del vertedero.
Este método aplica para plantas de tratamiento o grandes industrias, según las características físicas (geometría) de la salida del efluente, y en el caso de que el método volumétrico sea inoperante, este método consiste en una obstrucción hecha en el canal para que el líquido retroceda un poco atrás de ella y fluya sobre o a través de ella. Si se mide la altura de la superficie líquida corriente arriba es posible determinar el flujo.
Vertedero triangular
En caso de tomar la decisión de utilizar un vertedero de geometría conocida implica necesariamente que el flujo del vertimiento se dirija sobre un canal abierto, en el cual se pueda conocer la carga o cabeza (H) de la corriente sobre el vertedero. Con este valor se podrá determinar el caudal en el canal. Este método no es muy aplicable por dos razones:
a) La mayoría de descargas se realizan por medio de tuberías
b) Lograr coincidir un vertedero de geometría conocida (rectangular con o sin contracción, triangular o trapezoidal) y graduado con el ancho del canal es bastante improbable
se encuentran las ecuaciones que deben utilizar para establecer el caudal, según el tipo de vertedero.
Ecuaciones según el tipo de vertedero
En caso de encontrar instalado en el efluente un vertedero con una geometría diferente a las consignadas en el cuadro, se debe contar con su ecuación de calibración para calcular el caudal, de lo contrario no puede determinarse este valor en campo.
Si se instala el vertedero en el momento del aforo, se debe tener cuidado de cubrir la totalidad del ancho del canal de manera que todo el flujo se vea represado por el vertedero, adicionalmente se deben tener las siguientes precauciones:
a) Se recomienda utilizar vertederos triangulares para descargas pequeñas, en dónde se debe cuidar que la cabeza (H) mínima sea de 6 cm y la máxima de 60 cm.
b) La placa del vertedor debe ser una hoja metálica o de otro material con poca aspereza, ya que al aumentar la aspereza del lado corriente arriba de la placa del vertedor el coeficiente de la ecuación de calibración aumenta, al incrementarse el espesor de la capa límite.
Clasificación de Vertederos
Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:
Por su localización en relación a la estructura principal
Vertederos frontales Vertederos laterales Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo.(Vertedero tulipa descargando agua)
Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido:
Vertederos libres, sin control.
Vertederos controlados por compuertas.
Desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento:
Vertedero de pared delgada
Vertedero de pared gruesa
Vertedero con perfil hidráulico
Desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento:
Rectangulares
Trapezoidales
Triangulares
Circulares
Las estructuras de medición de caudales en cursos con flujo a superficie libre, en general se clasifican según su forma en los siguientes tipos:
a) Vertederos de cresta ancha
b) Vertederos de cresta corta
c) Vertederos de pared delgada
d) Medidores a régimen crítico
Un vertedero de cresta ancha
es una estructura de vertedero con una cresta lo suficientemente amplia para mantener la distribución de la presión hidrostática a través del flujo El flujo sobre la cresta es crítico y la profundidad del flujo de la cresta del vertedero es igual a la profundidad crítica. La relación entre la profundidad y el caudal se deriva como sigue:
a. situación ideal b. Vertedero corto c. Vertedero largo
Vertederos de pared delgada
El caudal en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedor, que es una obstrucción hecha en el canal para que él liquido retroceda un poco atrás y fluya sobre o a través de ella. Si se mide la altura de la superficie liquida de la corriente arriba es posible determinar el caudal. Los vertederos, construidos con una hoja de metal u otro material, que permitan que el chorro o manto salgan libremente reciben el nombre de vertederos de pared delgada.
Debe haber una posa de amortiguación o un canal acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente.
Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces el ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero.
Aplicaciones.
Los vertederos de cresta ancha son utilizados como obras de control de excedencias en una presa o como estructura de aforo en estructuras de gran tamaño.
Los vertederos de cresta aguda son generalmente usados en laboratorios de hidráulica, para fines didácticos y de investigación, y para el aforo de pequeños caudales. Los laterales sirven para evacuar excedencias y son muy usados en plantas de tratamiento de agua.
