El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a propiciar el pase, libre o controlado, del agua en losescurrimientos superficiales, siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas.

Funciones[editar]

Aliviadero como elemento de presa[editar]

En las presas de materiales sueltos el aliviadero se dispone fuera del cuerpo de presa por razones de

seguridad, en la foto Presa de Guadalhorce, Málaga, (España).

Tiene varias finalidades entre las que se destaca:

Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas

arriba, por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas Máximas

Extraordinarias) (ver: Embalse)

Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de

vertedero se llama "pico de pato" por su forma

Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo.

Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no produzca daños. Esto se hace

mediante saltos, trampolínes o cuencos.

En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuación de las

aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua.

Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición

de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del

embalse.

Vertedero como elemento de canal[editar]

Un aliviadero en el río Humber cerca del Parque Raymore enToronto, Canadá.

Los vertederos se usan conjuntamente con las compuertas para mantener un río navegable o para

proveer del nivel necesario a la navegación. En este caso, el vertedero está construido

significativamente más largo que el ancho del río, formando una "U" o haciendo diagonales,

perpendicularmente al paso. Dado que el vertedero es la parte donde el agua se desborda, un

vertedero largo permite pasar una mayor cantidad de agua con un pequeño incremento en la

profundidad de derrame. Esto se hace con el fin de minimizar las fluctuaciones en el nivel de río

aguas arriba.1

El aliviadero en Coburg Lake en Victoria (Australia) después de una inundación.

Los vertederos permiten a los hidrólogos un método simple para medir el caudal en flujos de agua.

Conocida la geometría de la zona alta del vertedero y el nivel del agua sobre el vertedero, se

conoce que el líquido pasa de régimen lento a rápido, y encima del vertedero de pared gruesa, el

agua adopta el calado crítico.

Los vertederos son muy utilizados en ríos para mantener el nivel del agua y ser aprovechado como

lagos, zona de navegación y de esparcimiento. Los molinos hidráulicos suelen usar presas para

subir el nivel del agua y aprovechar el salto para mover las turbinas.

Debido a que un vertedero incrementa el contenido en oxígeno del agua que pasa sobre la cresta,

puede generar un efecto benéfico en la ecología local del río. Una represa reduce artificialmente la

velocidad del agua, lo que puede incrementar los procesos de sedimentación, aguas arriba; y un

incremento de la capacidad de erosión aguas abajo. La represa donde se sitúa el vertedero, al crear

un desnivel, representa una barrera para los peces migratorios, que no pueden saltar de niveles.

Cálculo de vertedero[editar]

Véase Vertedero de pared delgada

Clasificaciones[editar]

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

Lineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante de agua sobre la cresta

desde el punto de vista de su funcionamiento, en relación al nivel aguas abajo:

Vertedero libre, no influenciado por el nivel aguas abajo

Vertedero ahogado

Vertederos en un decantador de una planta de tratamiento de potabilización en Honduras.

desde el punto de vista de su función principal

Descarga de demasías, permitiendo la salida del exceso de agua de las represas, ya sea

en forma libre, controlada o mixta, en este caso, el vertedero es también conocido como

aliviadero. Estas estructuras son las encargadas de garantizar la seguridad de la obra

hidráulica como un todo;

Como instrumento para medir el caudal, ya sea en forma permanente, en cuyo caso se

asocia con una medición y registro de nivel permanente, o en una instalación provisional,

para aforar fuentes, o manantiales;

Como estructura destinada al mantenimiento de un nivel poco variable aguas arriba, ya sea

en un río, donde se quiere mejorar o garantizar la navegación independientemente del

caudal de este; o en un canal de riego donde se quiera garantizar un nivel poco variable

aguas arriba, donde se ubica una toma para un canal derivado. En este caso se trata de

vertederos de longitud mayor que el ancho del río o canal. La longitud del vertedero se

calcula en función de la variación de nivel que se quiere permitir;

Como dispositivo para permitir la salida de la lámina superficial del agua en decantadores

en plantas potabilizadoras de agua;

Como estructuras de repartición de caudales.

Como estructura destinada a aumentar la aireación (oxigenación) en causes naturales

favoreciendo de esta forma la capacidad de autodepuración de sus aguas. En este caso se

trata siempre de vertederos de paredes gruesas, más asimilables asaltos de fondo.

COMPUERTA: Puerta movible que se coloca en las esclusas de los canales y en los portillos de las presas de río para detener o dejar pasar las aguas.

 

Las compuertas son equipos mecánicos utilizados para el control del flujo del agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de irrigación. Existen diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones, según su forma, función y su movimiento.

Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar dependerá principalmente del tamaño y forma del

orificio, de la cabeza estática, del espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación.

Aplicaciones:

          Control de flujos de aguas

          Control de inundaciones

          Proyectos de irrigación

          Crear reservas de agua

          Sistemas de drenaje

          Proyectos de aprovechamiento de suelos

          Plantas de tratamiento de agua

          Incrementar capacidad de reserva de las presas

 

Compuertas Planas Deslizantes

Se les llama compuertas deslizantes pues para su accionar se deslizan por unos rieles guías fijos. Puede ser movida por diferentes tipos de motores.

Estas compuertas pueden ser de acero estructural, madera y en caso de pequeñas cabeza de hierro, el espesor y el material de la compuerta dependerá de la presión del agua y el diseño de los sellos. Al trabajar a compresión estas compuertas tienen buenas adaptaciones a los sellos presentando pequeñas fugas.

Este tipo de compuertas han sido utilizadas para todo tipo de cabezas, pero resultan ser mas económicas para pequeñas cabezas y tamaños moderados pues necesitan grandes fuerzas para ser movidas.

Compuertas Planas de Rodillos

Las compuertas planas de rodillos están diseñadas especialmente para controlar el flujo a través de  grandes canales donde la economía y la facilidad de operación sean dos factores preponderantes.  Son denominadas compuertas de rodillos ya que están soportadas en rodillos que recorren guías fijas y generalmente tienen sellos de caucho para evitar filtraciones a través de los rodillos.  Los rodillos minimizan el efecto de la fricción durante la apertura y el cierre de las compuertas, como consecuencia de estos se necesita motores de menor potencia para moverlas.  Pueden ser diseñadas para abrirse hacia arriba o hacia abajo.

Estas compuertas son muy versátiles ya que pueden diseñarse tanto para trabajar bajo presión en una o ambas caras simultáneamente.  Generalmente son de sección transversal hueca, para disminuir la corrosión e infiltraciones son rellenadas con materiales inertes como el concreto.

Compuertas Radiales (Taintor)

Las compuertas radiales se construyen de acero o combinando acero y madera. Constan de un segmento cilíndrico que está unido a los cojinetes de los apoyos por medio de brazos radiales. La superficie cilíndrica se hace concéntrica con los ejes de los apoyos, de manera que todo el empuje producido por el agua pasa por ellos; en esta forma sólo se necesita una pequeña cantidad de movimiento para elevar o bajar la compuerta. Las cargas que es necesario mover consisten en el peso de la compuerta, los rozamientos entre los cierres laterales, las pilas, y los rozamientos en los ejes.

Con frecuencia se instalan contrapesos en las compuertas para equilibrar parcialmente su peso, lo que reduce todavía más la capacidad del mecanismo elevador.

La ventaja principal de este tipo de compuertas es que la fuerza para operarlas es pequeña y facilita su operación ya sea manual o automática; lo que las hace muy versátiles.

Compuertas Flap o Clapetas

Llamadas también clapetas, formadas por un tablero articulado en su arista de aguas arriba que puede abatirse dando paso al agua. Estas compuertas se abren automáticamente por un diferencial de presión aguas arriba y se cierran cuando el nivel aguas abajo supera el nivel aguas arriba o cuando el nivel aguas arriba alcance el nivel deseado de almacenamiento.

Existen compuertas clapeta de contrapeso, en las que los tableros se mantenían en su posición elevada por medio de un puntal, hasta que la sobre elevación del nivel del agua les hacía bascular sobre el extremo superior del puntal; también las hay sin contra peso que son recomendadas para aquellos casos de poca altura de agua y gran luz de vano.

Compuertas Ataguía

Están compuestas de vigas separadas colocadas unas sobre otras para formar un muro o ataguía soportado en ranuras en sus extremos. La separación de las pilas de apoyo depende del material de las vigas, de la carga que obre en ellas, y de los medios que se disponga para manejarlas, es decir, para quitarlas y ponerlas.

Compuertas Mariposa

Las compuertas tipo mariposa son utilizadas para controlar el flujo de agua a través de una gran variedad de aberturas.  Aunque pueden ser utilizadas para controlar el flujo en ambas direcciones la mayoría de las instalaciones sólo las utilizan para controlar el flujo en una dirección.

Con las compuertas mariposa es posible tener una máxima cabeza de energía en ambos lados de la compuerta.  La cabeza estática se mide desde el eje horizontal de apertura de la compuerta.  La mayoría de estas compuertas son instaladas en sitios con baja cabeza de presión (menor a 6 metros).  Las secciones transversales de este tipo de compuertas normalmente son cuadradas o rectangulares; las secciones circulares no son muy  comunes ya que estas se utilizan en válvulas mariposa.  Son ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un eje, no es necesario disponer de espacio para levantarlas y allí se puede ubicar el mecanismo de apertura.  Estas pueden ser utilizadas como reguladoras de flujo, pues al rotar la hoja cambia el tamaño de la abertura y se regula el caudal que fluye a través de ella.

Compuertas Caterpillar (Tractor)

Son también conocidas como Compuertas de Broome, en honor a su inventor. Este tipo de compuertas son utilizadas tanto para altas como para bajas cabezas de presión.  Han sido utilizadas con cabezas hasta de 200 pies en varios proyectos hidroeléctricos y de control de inundaciones. 

Ambos extremos de la compuerta están equipados con orugas que facilitan su desplazamiento a lo largo de ranuras paralelas a los lados de la compuerta. Las orugas se mueven alrededor de la compuerta mientras la  compuerta es movida.  Este tipo de compuertas es movido por medio de cables de acero tirados por motores, lo que facilita su operación bajo diferentes condiciones de flujo. 

Compuertas Cilíndricas

Las compuertas cilíndricas consisten en cilindros sólidos de acero (generalmente) abiertas en ambos extremos, que funcionan por el balance de las presiones de agua en las superficies interior y exterior.  Este tipo de compuertas generalmente son levantadas por medio de cables o máquinas hidráulicas; como la presión del agua siempre se encuentra balanceada, el único peso que debe ser movido es el equivalente al peso propio de la compuerta. 

El tubo de Pitot se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente opresión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica)

Tubo de VenturiEl tubo de Venturi se utiliza para medir la velocidad de un fluido incompresible. Consiste en un tubo con un estrechamiento, de modo que las secciones antes y después del estrechamiento son A1 y A2, con A1 > A2. En cada parte del tubo hay un manómetro, de modo que se pueden medir las presiones respectivas p1 y p2. Encuentra una expresión para la velocidad del fluido en cada parte del tubo en función del área de las secciones, las presiones y su densidad.