6 Vertederos de coronacion con

6
Vertederos de coronacion con
desplazamiento vertical
6.1
Ambito de aplicacion
Durante más de 60 años se han utilizado diferentes tipos de vertederos con desplazamiento vertical en zonas regables relativamente llanas, en donde la demanda de agua
en la zona dominada por una obra hidráulica es variable, debido a los cambios de
las necesidades de agua durante la temporada de riego (Butcher, 1921/22; Romijn,
1932). En un dispositivo como éste, la coronación del vertedero puede elevarse o bajarse en relación con el nivel del agua en el canal de riego principal o secundario, de
forma que el caudal derivado por la toma pueda ser medido y regulado. En la Figura
6.1 se muestra el esquema de este tipo de toma, en función de la carga máxima, Hlmax.
También pueden instalarse vertederos de coronación móvil en un canal de riego
(principal o secundario) con caudal continuo. Además de las dos funciones mencionadas anteriormente, pueden utilizarse también estos medidores para controlar el nivel
del agua por encima del propio vertedero. Las ventajas de combinar las dos funciones,
de medida y de regulación, en una sola estructura son las siguientes: (1) se necesita
menos carga hidráulica; (2) la construcción de un dispositivo de uso múltiple, generalmente es más barata que la de dos estructuras separadas (una de regulación y otra
de medida); y (3) el manejo de un solo dispositivo lleva menos tiempo. Por este Último
motivo, los guardacanales y compuerteros tienden a distribuir con más precisión el
agua de riego, con lo que se alcanza una mayor eficiencia en SU distribución (ver la
Figura 6.2).-
O
.-m
u
a
L
b
-m
o
U
C
.o
._
u
u
'
-
> 4Hlmax
-
-
-
>2 veces la profundidad
máxima a la superficie
del agua en el po20
talud del canal
-
7
m
._
u
Figura 6.1 Esquema general de una toma con vertedero (Bos, 1978).
152
~
Vertederos de doble compuerta (compuerta de fondo)
6.2.1
Este vertedero de desplazamiento vertical consta de dos compuertas de guillotina combinadas, una de las cuales, (la trasera) lleva soldada a SU borde superior la coronación
del vertedero y ambas van montadas en un marco de hierro con guias (ver la Figura
6.3).
a El vertedero móvil, (soldado a SU compuerta) va unido a un bastidor de elevación
mediante dos pletinas de hierro y tiene un desplazamiento vertical, de recorrido
igual a Hlmax,
pudiendo fijarse con un candado en cualquier posición de altura.
b La compuerta inferior se mantiene fija mientras se maneja el vertedero mÓvil y actúa
como cierre de fondo de la toma.
c Ambas compuertas están unidas por pletinas de acero, que se deslizan por dentro
de las guías del marco, sirviendo la inferior de tope a la superior, que constituye
el vertedero móvil.
Como ya se ha mencionado, la compuerta superior (y, por tanto, la inferior) se mantienen fijas en condiciones normales de funcionamiento. Sin embargo, para eliminar los
sedimentos acumulados aguas arriba del dispositivo, pueden elevarse las dos compuertas, subiendo la coronación del vertedero. Después de la operación de limpieza, las
compuertas se colocan de nuevo en SU posición habitual, bajando la coronación del
vertedero. Para que el dispositivo no se utilice mal, el caudal máximo que puede fluir
por debajo de la compuerta baja, cuando está levantada, debe ser menor que el caudal
que pasa sobre el vertedero cuando éste está en SU posición más baja. Para que esto
ocurra, el desplazamiento de la compuerta superior se restringe de forma que la compuerta inferior no pueda ser levantada mis de 0,5H,,,, sobre la solera del canal de aproximación.
.El vertedero se coloca en un canal de aproximación corto, en cuyas paredes verticales
se alojan las guias. La carga, aguas arriba de la coronación del vertedero, h,, se mide
con guias
compuerta
mbvil
compuerta
coronacibn en
SU
posicibn mas baja.
coronacibn del vertedero
en posicion cerrada
levantadas para evacuai
sedimentos
'Figura 6.3 Verteder0 de doble compuerta (con compuerta de fondo) (segÚn Bos, 1974).
154
ill0 de elevacibn
variable
vertedero fijo
solera del canal alternativa
---------2
(utilizar tablas de aforo para vertedero de doble
compuerta)
Figura 6.5 SecciÓn longitudinal de un vertedero de compuerta adosado a un salto de agua.
jo el desplazamiento del vertedero debe limitarse de forma que SU coronación no pueda
quedar por debajo de pI = Hlmax/3sobre la solera del canal de aproximación. En
SU posición más alta el cierre de fondo no debe separarse de la solera (ver la Figura
6.5).
En un canal de aproximación de escasa profundidad, las velocidades de la corriente
serán bastante altas, impidiendo, generalmente, la acumulación de sedimentos en esta
parte. Sin embargo, si se utiliza la solera del canal que se muestra como alternativa
en la Figura 6.5, pueden acumularse sedimentos, en cuyo cas0 deberán ser eliminados
periódicamente.
Lo descrito en el Apartado 6.2.1 sobre las caracteristicas del canal de aproximación
y de los estribos intermedios es válido, también, para el vertedero de compuerta adosado a un salto.
6.3
Metodos para medir la carga
Una-escala-limnimétrica, adosada a la pared en la sección de medida, no podrá dar
un valor de la carga referida al resalto, hl, debido a que la cresta del vertedero sube
y baja, a menos que la altura del resalto del vertedero se registre separadamente en
función de la carga medida en la escala limnimétrica. Esto se puede conseguir automá156
ticamente con un registrador de carga diferencial, de los que hay disponibles en el
mercado, si bien, en general, no es precis0 instalar un registrador en cada dispositivo.
Las lecturas directas de la carga, h,, o del caudal, pueden hacerse utilizando uno de
los tipos de escala que a continuación se describen, cuyo uso se recomienda, además
del registrador diferencial. Las escalas de lectura directa facilitan el ajuste del vertedero
y el control de la operación de registro.
Limnímetro en u n pozo amortiguador
El soporte horizontal de la compuerta puede prolongarse por encima de un pozo limnimétrico, según se muestra en las Figuras 6.1 y 6.3. Este pocillo se coloca en la curva
interior de la derivación y se dimensiona según se muestra en la Figura 6.1. En la
prolongación del soporte se suelda una escala robusta que sube y baja con la coronación del vertedero. El cero de esta escala coincide con el nivel del resalto, de forma
que la carga aguas arriba, referida al umbral, sea igual a la longitud sumergida de
la escala. El caudal derivado por el vertedero puede leerse directamente, si la escala
se calibra en unidades de caudal.
Limnímetro en el canal de aproximación
Cuando no es posible construir un pozo amortiguador, la carga referida al resalto,
h,, puede medirse en el canal de aproximación con un limnímetro móvil montado
sobre dos soportes. El soporte inferior va soldado al vertedero móvil y el superior
va atornillado al soporte de suspensión, según se muestra en la Figura 6.5. El limnímetro debe ajustarse de forma que el cero coincida exactamente con el punto de referencia
del resalto. Esta colocación del limnímetro puede dar lugar a lecturas menos exactas
que las obtenidas en un pozo de amortiguación, debido a la tendencia de los soportes
a curvarse y a la turbulencia de la superficie del agua.
Limnímetro y escalas
En la Figura 6.6 se muestra un sistema de aforo de caudales que es muy robusto y
dificil de averiar por mal uso. El sistema consta de dos escalas y un limnímetro. La
primera escala, cÖn división en centímetros, va montada en una guía del marco de
la compuerta. La segunda escala, marcada en litros/segundo, va unida por medio de
un soporte de acero a la pletina de elevación del vertedero y al travesaño de elevación.
Por tanto, la primera escala tiene una posición fija, mientras que la segunda sube
y baja con el propio vertedero. La numeración de la escala en centimetros es la misma
que la de un limnimetro, instalado en el canal de aproximación del vertedero.
Las escalas en litros y en centimetros se fijan, una respecto a la otra, de forma tal
que, si la coronación del vertedero se coloca exactamente al mismo nivel del agua
que en el canal de aproximación, la lectura en la escala centimétrica, correspondiente
al cero en la escala en litros, sea la misma que la lectura en la escala limnimétrica
situada aguas arriba. Si se baja la coronación del vertedero, el caudal que pasa sobre
157
I-
variable
1
Y)
o
147
olea
_
I
-
variable
m
m
I
. 47’100
l i
i
250
4
nivel de
dimensiones e n mm
Figura 6.7. Dispositivo de indice y escala suspendidos para la medición de cargas diferenciales.
Evidentemente, este medidor diferencial de carga debe colocarse dentro de una garita de instrumentos, si bien la escala deberá quedar a la vista de los usuarios del agua
que pasa sobre el vertedero.
Registrador autombtico o limnígrafo
En la Figura 6.8 se muestra, esquemáticamente, un medidor de carga diferencial que
puede mover un registrador automático. El sistema está diseñado de fornia que, tanto
con un descenso del flotador, como con una elevación de la prolongación del soporte
de la compuerta, la polea c, suspendida libremente, bajará la mitad de estos desplazamientos. Así, un punto de la periferia de la polea a se moverá la misma ‘media distancia’
sobre la polea del limnígrafo. Una vez ajustado este ‘medio’ movimiento de la polea,
se puede registrar directamente la diferencia entre el nivel del agua en el pozo de amorti159
6
polea del
registrador
automati
1-1
,i
c
la
ableprolongacion
;ni;
tensor
jiratorio
del soporte
de compuerta
--I
I
contrapeso I
distancia
I
contrapeso II
fl
I
ro
Figura 6.8 Esquema de un medidor de carga diferencial con registrador automático (adaptado de Romijn,
1938).
guación y la coronación del vertedero, que es igual a h,. Para que funcione satisfactoriamente, la polea suspendida libremente, c, deberá tener un diámetro de unos 200
mm y ser lo más ligera posible. La fuerza en el cable del flotador deberá ser de 10
N (1 kg), de forma que el contrapeso I sea de 20 N, más el peso de la polea c. Por
tanto, debe pesarse esta polea antes de determinar el peso del contrapeso I. Si la fuerza
en el cable sobre la polea b es también de 10 N, el contrapeso I1 deberá ser de 20
N. Sin embargo, se permite un peso mayor, de forma que Sean similares los pesos
I y 11.
Para el diseño e instalación del medidor de carga diferencial, deben determinarse
la altura de las poleas a y b, junto con las diferentes longitudes de cable, de modo
que la rueda, c, suspendida libremente, y los dos contrapesos puedan moverse sin
tropiezos para todos los niveles de aguas arribay para todo el recorrido previsto para
la coronación de vertedero. La puesta a cero del registrador puede hacerse ajustando
el tensor o el tornillo de presión con el que se sujeta el cable a la prolongación del
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