UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE HIDRÁULICA

DESCARGA POR VERTEDEROS DE PARED GRUESA TRIANGULAR.

Profesor: Belkis Sebastiani Preparador:Carlos Rojas

IntegrantesBlanco, Ramón C.I.:19.009.498

Flamenco, Mayra C.I.:19.184.291Ramírez, Adriana C.I.: 18.126.272

Verde, Abrahim C.I.:19.329.757

Grupo 01.

Barcelona, Marzo de 2010.

OBJETIVOS

Objetivo General

Estudiar el comportamiento de un vertedero triangular de pared gruesa para

diferentes aberturas de la válvula.

O bjetivos específicos

1. Familiarizarse con el manejo de vertederos para la determinación de

caudal en canales.

2. Ajustar curvas de caudales medidos y calculados en un vertedero

rectangular, utilizando el método de regresión y el método gráfico para

dicho ajuste.

MARCO TEÓRICO

El vertedero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. Tiene varias finalidades entre las que se destaca:

El vertedero o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. Existen diversos tipos según el uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas.

Entre sus funciones se encuentran:

Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (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

Estos dispositivos deben constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo.

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.

Clasificación de los Vertederos:

Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:

1. Por su localización en relación a la estructura principal: Vertederos frontales

Vertederos laterales

Vertederos tulipa.

2. Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido:

Vertederos libres, sin control.

Vertederos controlados por compuertas.

3. 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

4. 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

5. 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

Aplicación del los vertederos

Los vertederos son estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. Normalmente desempeñan funciones de seguridad y control.

Un vertedero puede tener las siguientes misiones:

- Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de requerido para el funcionamiento de la obra de conducción.

- Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina líquida de espesor limitado.

- En una obra de toma, el vertedero se constituye en el órgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas crecidas.

- Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, entre otros.

El vertedero de pared gruesa es utilizado principalmente para el control de niveles en los ríos o canales, pero pueden ser también calibrados y usados como estructuras de medición de caudal.

Son estructuras fuertes que no son dañadas fácilmente y pueden manejar grandes caudales. Algunos tipos de vertederos de borde ancho son:

Figura 1. Tipos de Vertederos de Borde Ancho

El vertedero horizontal de bordes redondeados y el triangular, pueden utilizarse para un amplio rango de descarga y operan eficazmente aún con flujo con carga de sedimentos. El vertedero rectangular es un buen elemento de investigación para medición del flujo de agua libre de sedimentos. Es fácil de construir, pero su rango de descarga es más restringido que el de otros tipos.

Ecuación para un vertedero de borde ancho (no ahogado):

En estas condiciones se presentará un flujo crítico en algún punto sobre la cresta del vertedero.

Figura 2. Flujo Crítico sobre Vertederos de Borde Ancho

 

Siendo q la descarga por unidad de ancho del canal:

entonces,

y la descarga total será:

El coeficiente Cd es introducido para expresar el caudal real:

donde, como se muestra en la figura, H es la cabeza total aguas arriba sobre la cresta del vertedero. En el laboratorio la velocidad de aproximación V puede ser obtenida mediante la medición del caudal y del área de la sección transversal, permitiendo así el cálculo de H. Sin embargo en el campo, la profundidad h es la única medida tomada y la ecuación del caudal debe modificarse así:

Ecuación del vertedero triangular al final del canal principal:

Q= 1,32 h 2,48

(Q en m3/s, h en m)

Él más importante de los vertederos de pared gruesa es aquel cuyo perfil coincide con la forma del perfil inferior de la lámina vertiente, perfectamente ventilada, sobre un vertedero hipotético de pared delgada. A este tipo se le conoce con el nombre de cimacio y fue W.P. Creager el primero en idearlo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Se pone en funcionamiento la bomba teniendo cuidado de que la válvula de

paso tenga una abertura igual a la deseada, se espero que el agua

almacenada mantuviera una altura estable.

2. Una vez que el agua almacenada se estabilizo, se tomaron las medidas de las

dimensiones del vertedero, para comenzar a realizar los aforos respectivos con

el fin de determinar los caudales.

3. Seguidamente, se dio a la válvula una primera abertura, luego de lo cual

comenzó a subir en nivel de agua dentro del canal contenedor antes de la

pared interna del vertedero. Se procedió entonces a medir la altura de agua

con un medidor manual colocado en la parte superior del aparato, en el área

del canal de contención de agua antes de la pared del vertedero

4. Una vez que el agua comenzó a escurrir por el vertedero, y luego de que el

chorro de agua dejó de hacer contacto con la pared externa del vertedero, se

procedió a tomar con el empleo de una jarra plástica, una cantidad de agua

para un tiempo especifico, el cual fue cronometrado. Luego de esto, se vertió el

agua en un matraz aforado y se determinó el volumen de agua para dicho

tiempo.

5. Luego con una cinta métrica, se tomo la altura vertical de la cresta de agua al

instante que tocaba la superficie de agua que se encontraba en el tanque de

almacenamiento y drenaje de agua.

6. Como siguiente paso, se determinó un segundo caudal mediante el uso de un

aparato similar a un termómetro, en el cual se registro el caudal cuando la

marca en dicho aparato aumentaba desde el valor inicial hasta una medida

ubicada entre 10 y 20 mm.

7. Estos procedimientos fueron realizados 4 veces y las aberturas establecidas

fueron 1, 2, 3,4 vueltas.

BIBLIOGRAFÍA

BOU GHANNAM, Mounir. 2007. “Laboratorio de Hidráulica”. Universidad

de Oriente. Venezuela

GONZALEZ, Luís. 2000. “Curso de Hidráulica de Canales Abiertos”.

Universidad de Oriente. Venezuela

STREETER, Víctor. 1999, “Mecánica de Fluidos”. Novena edición.

Colombia.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla de Datos:

CAUDAL MEDIDO CAUDAL DE AFORO

abertura Altura en el

vertedero “h” (cm.)

Vol. (m3) Tiempo (seg.)

Volumen(m3)

Tiempo (seg.)

Altura de

Cresta “w” (m)

1 2.85 0.013 10.88 0.46 x10-3 0.79 0

2 2.05 0.013 08.79 0.44 x10-3 0.51 0.182

3 1.55 0.013 07.01 0.94 x10-3 0.53 0.193

4 1.20 0.013 06.93 1.12 x10-3 0.88 0.197

Tabla de Resultados:

ABERT COEF. µ CAUDAL MEDIDO

(m3/s)CAUDAL DE

AFORO (m3/s)CAUDAL

CALCULADO(m3/s)

1 0.75255 1.195x10-3 0.583x10-3 1.60381x10-3

2 0.76502 1.479x10-3 0.863 x10-3 0.99461x10-3

3 0.82884 1.856x10-3 0.117 x10-3 0.70846x10-3

4 0.90554 1.876x10-3 0.127 x10-3 0.52727x10-3

APENDICE.

Formulas empleadas

Nomenclatura

Qmed: caudal medido (m3/seg)

Qcal: Caudal calculado (m3/seg)

Qcali: Caudal calibrado (m3/seg)

Qreal: Caudal real (m3/seg)

µ: coeficiente de descarga del vertedero de pared delgada (adimensional)

V: Volumen de agua (m3)

t: tiempo (seg)

B: Base mayor del vertedero (m)

b: Base menor del vertedero (m)

h: Altura del nivel de agua en la escala del vertedero (m)

w: Altura desde el fondo del canal hasta la cresta del vertedero (m)

g: Aceleración de gravedad (m/seg²).

Ejemplos de Cálculo

Caudal Calculado:

Caudal de Aforo:

Asignaciones

1. Determinar el caudal calculado para cada abertura de la válvula.

Véase la página anterior y tabla de datos y resultados.

2. Representar gráficamente Qmed vs Qcal.

Véase la gráfica Nº 1 y 2

3. Determinar el caudal real (Qreal)

4. Comparar el caudal de aforo, el caudal medido y el caudal calculado. (Ver

tabla de Resultados); Los tres tipos de caudales mencionados no presentan

variaciones muy significativas en sus resultados, y estas diferencias se pudieron

haber generado debido a las pérdidas de volúmenes al momento de realizar la

recaudación del agua. También puede deberse producto de las distintas formas

como se tomaron las medidas de volumen en este aparato, y a errores de

apreciación en el medidor inferior.

5. Definir:

Canal

Es conducto en el cual el agua fluye debido a la acción de la gravedad y sin

ninguna presión, pues la superficie libre del liquido está en contacto con la

atmósfera.

Vertedero:

Cuando la descarga a superficie libre de un líquido se efectúa por encima de un

muro la estructura hidráulica en la que ocurre se llama vertedero.

Cresta:

Es el borde o superficie sobre el cual circula el agua.

Tipos De Vertederos:

Se clasifican de acuerdo a sus características particulares:

Según la altura de la lámina de aguas abajo:

Vertederos de lámina libre.

Vertederos sumergidos.

Según la disposición en planta del vertedero con relación a la corriente:

Vertederos normales.

Vertederos inclinados.

Vertederos quebrados.

Vertederos curvilíneos.

Según el espesor de la pared:

Vertederos de pared delgada, de acuerdo con la forma de la abertura se

clasifica en:

Vertederos rectangulares.

Vertederos triangulares o en V.

Vertederos trapezoidales.

Vertederos parabólicos.

Vertederos de pared gruesa, se clasifican de

acuerdo con la forma de su sección transversal, como:

Vertederos de cresta ancha.

Vertederos triangulares.

Vertederos trapezoidales.

Vertederos Con Cresta Redondeada:

Vertederos Con Cresta Circular y Talud Inclinado Aguas Abajo.

Vertederos Con Cresta Circular y Talud Vertical Aguas Abajo

Coeficiente De Descarga Del Vertedero: Es la relación que pasa por el

aparato y el caudal ideal se denota por la letra “”.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los vertederos son estructuras destinadas a controlar los flujos de agua y otros fluidos las cuales se colocan en la sección transversal de un canal.

Existen distintos tipos de vertederos, con distintas formas, cada uno de los cuales influirá de una forma distinta en el comportamiento de un fluido.

En el caso de la práctica realizada se pudo observar, en base a la práctica realizada en una ocasión anterior, en la cual se utilizó un vertedero de pared delgada y sección rectangular; que los caudales medidos no variaron mucho respecto a los reflejados en la práctica ya realizada. En este caso, al tratarse de un vertedero triangular se observaron ciertas diferencias, resaltando además que el vertedero usado para el ensayo es de pared gruesa.

Lo antes mencionado aportó una serie de características y comportamientos al fluido, un tanto diferentes a los vistos con anterioridad. Por ejemplo, el canal o tanque de almacenamiento de agua, alcanzo su máximo nivel de agua o capacidad, en un lapso de tiempo menor, para aberturas similares a las realizadas antes. Todo esto debido a que el tanque de almacenamiento, al ser de menor dimensión almacena menos cantidad de agua.

Por otra parte, el vertedero usado es de pared gruesa, y de forma triangular. Esto causa que el chorro de agua derramado por dicha sección tenga una forma más irregular, causado por la “v” que

presenta dicho vertedero en su base. Ademas, al ser un vertedero de pared gruesa, el liquido qu circula por la cresta del vertedero recorre una distancia mayor, lo cual produce una disminución en la velocidad de descarga producto de la fricción generada entre las superficies.

De forma general puede concluirse que, según sea el caso, puede seleccionarse un tipo de vertedero que se ajuste mejor al tipo de medición que quiere hacerse, o al tipo de fluido que circula por dicha estructura, así como el control que quiera tenerse sobre el flujo.

Un vertedero rectangular descarga mas volumen de agua que un vertedero triangular, debido a que su base es plana, recta, horizontal, y generalmente de mayor dimensión. Por otra parte, se hace necesario tomar en cuenta la cantidad de agua que pueda retener y hacer pasar el vertedero. En el caso de la practica realizada solo pudieron hacerse cuatro aberturas a la válvula de control, esto se debió a que el volumen de agua soportado por el vertedero llegó a su máximo nivel, y en este caso una quinta abertura pudo hacer producido derrame del liquido por fuera del vertedero.

Se recomienda a la hora de realizar las practicas de medición de caudales con vertederos, realizar las mediciones con la mayor precisión posible y en el menor tiempo, ya que el volumen de agua y la altura de la misma van aumentando progresivamente a medida que pasa el tiempo, aun dejando la valvula en una abertura fija.

Tambien es necesario tomar en cuenta el tipo de vertedero a utilizar, ya que, a pesar de que en el caso descrito no produjo grandes variaciones con respecto a otras practicas realizadas, podrían producirse diferencias de resultados, y estos podrían no ser lo esperados o requeridos.

MATERIALES Y EQUIPOS

Banco básico para la hidráulica

Consta De:

Tanque de Alimentación.

Tanque de Medición.

Motobomba

Escala para medir volumen de agua.

Medidor de volumen en su parte inferior con especie de

termómetro.

Conducto de salida del agua en el fondo del tanque principal.

Válvula

Escala para medir alturas de agua

Vernier:

Marca: STORM

Aprec: 0.001 Mm.

Cronómetro

Cinta Métrica

Matraz Aforado.

INDICE

Objetivos

Marco teórico

Materiales y equipos

Procedimiento experimental

Tablas de datos y resultados

Gráficas

Conclusiones

Apéndice:

Formulas empleadas

Nomenclatura

Ejemplos de cálculos

Asignaciones

Bibliografía