Hecho por Marco Antonio Vilchis Dominguillo, estudiante del Instituto Tecnologico de Chilpancingo, Mexico.

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE CHILPANCINGO
HIDRÁULICA BÁSICA
ORIFICIOS, COMPUERTAS Y VERTEDORES
Alumno:
Marco Antonio Vilchis Dominguillo
No. De lista: 28
No. De control: 12520297

2. INDICE:
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4. DEFINICIÓN
Son perforaciones, generalmente de forma
regular y perímetro cerrado, colocado por
debajo de la superficie, en tanques, canales o
tuberías.
Considerando un recipiente lleno de agua al
cual se le realiza un orifico en una de sus
paredes por debajo del nivel del agua, el fluido
saldrá con una determinada fuerza por dicho
orificio.

5. USOS
La utilidad del orificio es descargar el caudal
cuya magnitud se desea calcular, por lo cual se
supone que el nivel del fluido en el recipiente
permanece constante por efecto de la entrada
de un caudal idéntico al que sale, o bien porque
posea un volumen muy grande.

6. CLASIFICACIÓN DE ORIFICIOS
La clasificación puede realizarse de acuerdo a su
fusión:
• Descargado libre
• Ahogados parcialmente
De acuerdo a su forma
• Circular
• Cuadrada
• Rectangular
• Etc.

7. ORIFICIOS CON DESCARGA LIBRE
Son aquellos en los que el nivel del liquido de la
descarga se encuentre por debajo del orificio.

8. ORIFICIOS SUMERGIDOS TOTALMENTE
Son aquellos en los que el nivel de liquido de la descarga se encuentra
por encima y por debajo del orificio, pueden ser de dimensiones fijas o
ajustables.

9. ORIFICIOS SUMERGIDOS PARCIALMENTE
Son orificios sumergidos ajustables en los que el área de descarga puede
modificarse a voluntad, con el fin de acomodar el área a los distintos
caudales probables y necesarios.

10. ORIFICIOS DE PARED DELGADA
En estos orificios el agua al salir tiene contacto con un solo punto y lo
llena completamente. La vena liquida sufre una contracción, que llega a
ser extrema en la parte que se denomina vena o sección contraída.

11. ORIFICIOS DE PARED GRUESA
En estos orificios el agua al salir tiene contacto en mas de un punto, se le
puede dar forma abocinada para que al salir el agua se forme un chorro
igual al dímetro del orificio.

12. ORIFICIOS DE TUBO
La salida del orifico esta conectada a un tubo corto, es decir, el liquido no
sale a la superficie libremente inmediatamente, sino a un tubo de
pequeña longitud aproximadamente 2 0 3 veces el diámetro del orificio.

13. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS EN ORIFICIOS
El gasto “Q”
Para el calculo del gasto necesitas:
• Área del orifico
• Velocidad
• Energía del flujo
• Coeficiente de contracción
• Coeficiente de velocidad
• Coeficiente de descarga

14. COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN
Es la relación que existe entre el área de la sección transversal de la vena
contracta y el área de la sección del orifico.
𝐶𝑐 =
𝐴 𝑐
𝐴
𝐶𝑐 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝐴 𝑐 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑎
𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜

15. COEFICIENTE DE VELOCIDAD
Es la relación que existe entre la velocidad real y la velocidad teórica.
𝐶𝑣 =
𝑉𝑟
𝑉𝑡
−−−−−− −𝐶𝑣 =
𝑉𝑟
2𝑔𝐻
𝐶𝑣 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑉𝑟 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑉𝑡 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎
𝑉𝑓 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑉𝑓 = 2𝑔𝐻 −−− − = 𝑉𝑡

16. COEFICIENTE DE DESCARGA
Es la relación que existe entre el gasto real y la velocidad teórica.
Es el producto generado al relacionar el coeficiente de contracción con el
coeficiente de velocidad
𝐶 𝑑 =
𝑄 𝑟
𝐴 2𝑔𝐻
𝐶 𝑑 = 𝐶𝑐 𝐶𝑣
𝐶 𝑑 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐶 𝑣 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑄 𝑟 = 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 −−−−−−−−−−−−− −𝑄 𝑟 = 𝑉𝑟 𝐴 𝑐
𝑉𝑡 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎

17. GASTO
𝑄 = 𝐶 𝑑 𝐴 2𝑔𝐻
𝑄 = 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜
𝐶 𝑑 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜
g= 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑
𝐻 = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑦 𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜

19. DEFINICIÓN.
Una compuerta consiste en una placa móvil, plana o cuerva, que al
levantarse permite medir el gasto que atraviesa un canal, presa o obras
hidráulicas, a la vez que regula la descarga producida.

20. FUNCIÓN
Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el
tipo de compuerta a utilizar dependerá principalmente del tamaño y
forma de la abertura de la carga estática del espacio disponible, del
mecanismo de apertura y de las condiciones particulares.
Algunos casos son:
• Control de flujo de agua
• Control de inundaciones
• Proyectos de irrigación
• Sistemas de drenaje
• Plantas de tratamiento

21. CLASIFICACIÓN
Las compuertas se clasifican según sus usos para obras hidráulicas de
gran envergadura, (canales, presas, esclusas, etc) y para tuberías.

22. COMPUERTA TIPO TEJADO
Es operada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no
requiere de equipo mecánico para su operación.

23. COMPUERTA BASCULANTE
Puede ser utilizada en la cima del vertedero de una presa o instalada en
el fondo de un rio o canal.

24. COMPUERTA TIPO CILINDRO
Las compuertas cilíndricas se utilizan para
descargas en presión, permitiendo la
colocación de la sección de toma a cualquier
profundidad, en un embalse. En el mismo
pozo se pueden disponer tomas de agua a
diversas alturas. Se acopla fácilmente a una
tubería de salida.

25. COMPUERTA TIPO ESCLUSA
Tienen bisagras verticales que se
accionan por medios mecánicos o por
pistones hidráulicos que permiten el
paso de embarcaciones que deben
atravesar una diferencia de niveles
pronunciados.

26. COMPUERTA TIPO SECTOR
Es una compuerta utilizada en
vertederos y presas, es manipulada
utilizando el desnivel de agua creado
por estas, 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
adecuada, lo que incrementa el
volumen del hormigón del mismo

27. COMPUERTA TIPO STONEY
Son utilizadas para tomas de presión para
descargas de fondo o para la toma de una
central hidroeléctrica.

28. COMPUERTA TIPO VISERA
Es utilizada en canales
navegables y es accionada
por un pistón hidráulica o
neumática.

29. COMPUERTA PLANA
Son el tipo de compuertas que tienen propiedades hidráulicas cuando
están bien calibradas, y pueden emplearse como medidores de flujo.

30. COMPUERTA PLANA CON DESCARGA LIBRE Y
SUMERGIDA
Las compuertas planas pueden clasificarse según su flujo aguas abajo
como compuertas planas con descarga libre y descarga sumergida.

31. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS EN COMPUERTAS
Para realizar el calculo de El gasto “Q”
en una compuerta necesitas:
• Área
• Velocidad
• Energía del flujo
• Coeficiente de contracción
• Coeficiente de velocidad
• Coeficiente de gasto

32. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS EN COMPUERTAS
Para obtener la ecuación que proporcione el gasto, se considerara el
caso mas general que es una compuerta plana con una inclinación de θ
respecto a la horizontal y un ancho “b”.

33. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS EN COMPUERTAS
Se establece la ecuación de la energía:
𝐻 = 𝑦1 +
𝑉1
2
2𝑔
= 𝐶𝑐 𝑎 +
𝑉2
2
2𝑔
Se establece la ecuación de continuidad:
𝑉1 =
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
𝑉2
Sustituimos ecuación 2 en la 1 y obtenemos:
𝑦1 +
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
2
𝑉2
2
2𝑔
= 𝐶𝑐 𝑎 +
𝑉2
2
2𝑔
1
2

34. VELOCIDAD
Seguimos operando:
𝑉2
2
2𝑔
=
𝑦1 − 𝐶𝑐 𝑎
1 −
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
2 =
1 −
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
𝑦1
1 +
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
1 −
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
Entonces la velocidad media real en la sección contraída es:
𝑉2 =
𝐶𝑣
1 +
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
2𝑔𝑦1
𝐶 𝑣 = coeficiente de velocidad

35. EL GASTO
Considerando la expresión básica: 𝑄 = 𝐴𝑉
Donde:
𝑉 =
𝐶𝑣
1 +
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
2𝑔𝑦1
𝐴 = 𝑏 ∗ 𝐶𝑐 𝑎
𝑄 =
𝐶𝑣 𝑏 ∗ 𝐶𝑐 𝑎
1 +
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1
2𝑔𝑦1
𝑄 = 𝐶 𝑑 𝑎𝑏 2𝑔𝑦1
𝐶 𝑑 =
𝐶 𝑣 𝐶𝑐
1 +
𝐶𝑐 𝑎
𝑦1

36. COEFICIENTES
𝐶 𝑑(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜)
• Dependen de la geometría del flujo y del numero de Reynolds.
• Gentinili realizo investigaciones y obtuvo distintas relaciones para
diversos casos de compuertas planas inclinadas con descarga libre.

37. COEFICIENTES
𝐶 𝑑(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜)
• Tabla para calcular el coeficnete del gasto de una compuerta plana
vertical según Cofré y Buchheister

38. COEFICIENTES
𝐶 𝐶(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛)
• La contracción que sufre el chorro de agua al pasar a través de la
compuerta se prolonga desde la salida hasta “L”, la cual depende de
la abertura “a” y del coeficiente de contracción.
𝐿 =
𝑎
𝐶𝑐
𝐶𝑐=0.62 ---- para cualquier relación y1/a
inclusive para carga sumergida

39. COEFICIENTES
𝐶𝑣(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑)
• Knapp propone una ecuación para calcular el coeficiente de
velocidad en compuertas verticales con descarga libre en función de
a/H.
𝐶 𝑣 = 0.960 + 0.0979
𝑎
𝑦1
Tiene como limite superior Cv = 1, el cual se alcanza para a/y1=0.408

41. DEFINICIÓN
Los vertederos son probablemente las estructuras de aforo mas usadas
en la medición del volumen de agua que circula en un canal.

42. CLASIFICACIÓN
Los vertederos se pueden clasificar o dividir en dos grupos; vertedores
de pared delgada y vertedores pared gruesa.
Cada uno de los vertedores tienen características especificas de
funcionamiento hidráulico y condiciones de instalación en sitio.

43. VERTEDOR DE PARED DELGADA
Se refiere al tipo de estructura de medición que también es conocido
como vertedor de cresta afilada, el termino cresta afilada puede causar
confusión.

44. VERTEDORES DE PARED GRUESA
Los vertederos de pared gruesa son estructuras comúnmente
incorporadas en distritos de riego para control de nivel y no como
estaciones de aforo.

45. VERTEDORES DE PARED DELGADA RECTANGULARES CON
CONTRACCIÓN
Presentan una muesca de forma rectangular que no ocupa el ancho
total del canal. De sesta forma el paso se cierra en ambos lados y
permite que la lamina vertiente se contraiga en sentido horizontal.

46. GASTO PARA VERTEDORES RECTANGULARES CON CONTRACCIÓN
Una de las ecuaciones mas utilizadas para determinar el gasto de un vertedor rectangular con
contracciones laterales es la expresión propuesta por la Sociedad de Ingenieros y Arquitectos de
Suiza:
𝑄 = 1.6064 1 + 0.064
𝑏
𝐵
2
+
0.00626 1 − 0.82907
𝑏
𝐵
2
ℎ + 0.0016
1 + 0.5
𝑏
𝐵
4
ℎ
ℎ + 𝑝
2
𝑏ℎ3/2

47. VERTEDORES DE PARED DELGADA RECTANGULARES SIN
CONTRACCIÓN
Cuando abarcan todo el ancho de un canal de paredes verticales. (en
este caso se requiere asegurar la ventilación de la superficie de la
lamina vertiente).
Son de sección transversal rectangular.

48. GASTO PARA VERTEDOR RECTANGULAR SIN CONTRACCIONES
Una de las ecuaciones mas utilizadas para determinar el
gasto que circula por un vertedor rectangular sin
contracciones laterales es:
𝑄 = 2.953 0.602 + 0.0852
ℎ
𝑝
𝑏(ℎ + 0.00125)3/2

49. VERTEDORES DE PARED DELGADA TRAPEZOIDAL
Presentan una muesca de forma trapezoidal que no ocupa el ancho
total del canal. De sesta forma el paso se cierra en ambos lados y
permite que la lamina vertiente se contraiga en sentido horizontal.

50. VERTEDORES DE PARED DELGADA TRIANGULAR
Vertedor en forma de “V”, esta sección se logra practicando un corte
triangular, con la base invertida en una placa.
Su ventaja es que ofrece una facilidad para medir gastos pequeños con
presión y cubrir un rango amplio. Comúnmente se usa con un ángulo
de 90°, pero se pueden usar otros ángulos.

51. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS
Cualquier barrera u obstáculo, colocado sobre un canal en el que
circula un flujo a superficie libre puede ser utilizado como un medidor
de gasto. Siempre que sea posible establecer una relación entre la
carga y el gasto.
La geómetra de la barrera determina un coeficiente de descarga “Cd” y
un coeficiente “u”
𝑄 = 𝐶 𝑑 𝐿ℎ 𝑢
𝑄 = 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑛
𝑚
𝑠
𝐶 𝑑 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐿 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑟𝑎
ℎ 𝑢
= 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎

52. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS
Algunas consideraciones que debes tener en cuenta:
I. Para un gasto medir, la altura del nivel del agua (carga hidráulica) sobre el vertedor no debe
ser menor a 6m y no debe exceder los 60 cm
II. Para vertedores triangulares y trapezoidales, la carga no debe exceder de un tercio de la
longitud del vertedor.
III. La longitud del vertedor debe ser seleccionada de forma que la carga para el caudal de diseño
cumpla en forma cercana para valores máximos delimitados en las recomendaciones
anteriores.
IV. La cresta debe ser puesta a una altura tal que el flujo que circule por arriba tenga una caída
libre, cuidando dejar un espacio aireado por la parte de abajo y a los costados.

53. PRINCIPIOS HIDRÁULICOS
Una recomendación para seleccionar el tipo de vertedor de cresta delgada en función del gasto
máximo que circula es un canal es:
I. Para un gasto mayor a 300 l/s se puede instalar un vertedor rectangular.
II. Para un gasto entre 300 l/s a 30 l/s se puede instalar un vertedor rectangular o triangular,
aunque se ha notado que para ese tipo de estaciones de aforos, el vertedor triangular facilita
su construcción.
III. Para un gasto menor a 30 l/s es recomendable la instalación de un vertedor triangular.

54. ECUACIÓN GENERAL DE GASTO
Para realizar el calculo de El gasto “Q” necesitas:
• Altura de la cresta (p)
• Carga total (H)
• Velocidad puntual (v)
• Carga hidrostática (y)
• Carga sobre la cresta del vertedor (h0)
• Velocidad final (v2)

55. ECUACIÓN GENERAL DE GASTO
Aplicando la ecuación de Bernoulli
𝐻 = ℎ +
𝑉2
2
2𝑔
= 𝑦 +
𝑉2
2𝑔
Considerando despreciable la V2,
la velocidad en cualquier punto
seria 𝑉 = 2𝑔(𝐻 − 𝑦)
El gasto que pasa en un área
determinada lo podemos
representar como
𝑑𝑄 = 2 2𝑔𝜇 (𝐻 − 𝑦)𝑑𝑦
Donde 𝜇 es un factor de corrección que
toma en cuenta la modificación en la
trayectoria de las líneas de corriente.
Integrando la ecuación anterior
𝑄 = 2 2𝑔𝜇
0
ℎ
(𝐻 − 𝑦)𝑑𝑦
𝑄 = 2 2𝑔𝑏 𝐻3/2
− (𝐻 − ℎ)3/2
Relacionándola con la ecuación de
Bernoulli:
𝑄 =
2
3
2𝑔𝑏 ℎ +
𝑉2
2
2𝑔
3/2
−
𝑉2
2
2𝑔
3/2

56. ECUACIÓN GENERAL DE GASTO
Agregandole el Cd a la ecuación
𝑄 = 𝐶 𝑑 𝑏ℎ3/2
o 𝑄 = 𝐶 𝑑 𝑏𝐻3/2
La segunda ecuación se utiliza cuando el valor de
la V2 es importante: 𝐻 = ℎ +
𝑉2
2
2𝑔