-Blacio Romero John Jairo
Ingeniería Civil
ING.JOSUERODRIGUEZ
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La necesidad de controlar el agua ha sido un reto que los ingenieros han enfrentado hace mucho tiempo. El ingeniero que diseña un Creager de cresta libre utiliza la experiencia de ingenieros que publicaron la información experimental sobre la capacidad de descarga, la longitud efectiva de cresta, el perfil del Creager, el perfil de la superficie libre del agua y la distribución de la presión sobre el Creager que obtuvieron de modelos y prototipos construidos. El líquido que es retenido y se vierte sobre el muro tipo Creager t iene un peso y fuerza proporcional a la altura de agua que se desliza sobre este. Esta fuerza que cae el agua provoca en su desembocadura un efecto no descrito que puede ser una unión de varias fuerzas que se realizan una turbulencia no descrita en este proyecto y que causa varias hipótesis. Generalmente los vertederos con perfil Creager se usan para evacuar caudales de creciente, pues la forma especial de su cresta permite la m áxima descarga al compararlo con otra forma de vertedores para igual altura de carga de agua, sobretodo en presas de concreto de suficiente longitud de corona. Este Creager consiste de una cara vertical o inclinada del paramento de aguas arriba y está constituido por una cresta de control curva, la cresta tiene esta forma con el fin de que la superficie del agua no produzca vacíos al escurrir, provocando el fenómeno de cavitación, para esto, debe tener aproximadamente la forma de la superficie inferior de la lámina vertiente de un vertedor de cresta delgada, (ver anexo 1). La superficie curva descrita continúa en una rápida de alta pendiente tangente a ella y relativamente corta donde el flujo tiene un régimen supercrítico, esta tangente se une con una superficie curva contraria a la de la cresta, la cual debe llegar tangente a la plantilla de un tanque amortiguador o a un canal de descarga que ya no e s parte del vertedor sino un c anal de conducción.
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En el presente informe vamos a tratar de demostrar de forma cualitativa y cuantitativa el teorema de “Bernoulli”. Utilizando el vertedero tipo Creager que tenemos en el laboratorio de Hidráulica (ver anexo 1) realizaremos el ensayo, tanto de laboratorio como el matemático. En el cual hemos asumido 6 puntos para las mediciones de la carga de presiones, carga de velocidad y la perdida que existe en estos 5 últimos puntos con respecto al 1°, por lo que en esta oportunidad veremos cuan cerca a la realidad estamos al asumir e l teorema de Bernoulli como ver dadero.
In this report we will try to demonstrate qualitatively and quantitatively theorem "Bernoulli". Using Creager weir type we have in the Hydraulics Laboratory (see Annex 1) will make the trial, both laboratory and mathematical. In which we have taken 6 points for measurements of the load pressure , velocity head and lost there in the last 5 points compared to 1 , so this time we will see how close to reality we are assuming Bernoulli 's theorem as true.
ANEXO 1 Laboratorio de Hidráulica – Descarga en vertedero tipo Creager o cimacio
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OBJETIVO GENERAL -
Estudiar experimentalmente los vertederos como estructuras hidráulicas concebidas para el control de niveles y medición de caudales. Observar y analizar el funcionamiento del vertedero t ipo Creager. Observar las diferentes clases de resalto que se forman en la práctica.
OBJETIVO ESPECIFICO
-
Calcular la perdida de energía en cada uno de los puntos. Investigar la validez del teorema de Bernoulli aplicado al movimiento de un fluido que circula por el la superficie de un vertedero tipo Creager.
Un vertedero es un muro o una barrera que se inter pone al flujo, causando sobre elevación del nivel de la lámina aguas arriba y disminución aguas abajo. Las principales funciones de los vertederos son: -
Control de nivel en embalses, canales, depósitos, estanques, et c. Aforo o medición de caudales. Elevar el nivel del agua. Evacuación de crecientes o derivación de un determinado caudal.
El diseño de este tipo de estructuras toma como base la ecuación general para vertedores, cuando son con cresta libre o con pilas para compuertas, con la condición de que éstas no estén trabajando, es decir, para que una vez superado el nivel máximo de embalse, el agua vierta por la superficie del mismo. La fórmula general para este tipo de vertederos es la siguiente:
= . Dónde:
Caudal
Coeficiente de descarga (variable)
de descarga, en m3/s
Longitud efectiva de cresta, en metros
Carga
total sobre la cresta, en metros 4
En el coeficiente de descarga, influyen numerosos factores como la profundidad de llegada, la relación de la forma real de la cresta a la de la lámina ideal, la pendiente del paramento aguas arriba, la interferencia de lavadero de aguas abajo y el tirante de la corriente aguas abajo. En la carga total sobre la cresta, H, no se toman en cuenta las pérdidas por rozamientos en el canal de llegada ni otras debidas a la curvatura del canal aguas arriba, las pérdidas al pasar por la secc ión de entrada, ni las pérdidas en la entrada o en la transición. Pruebas en modelos sobre los vertederos han demostrado que el efecto en la velocidad de aproximación es insignificante cuando la altura h del vertedero es mayor que 1.33 Hd. dónde Hd es la altura de diseño excluida la altura de velocidad de aproximación.
Entre las ventajas del perfil tipo Creage r (ver anexo 2) están las siguientes:
-
El azud de derivación tiene una sección tr ansversal trapezoidal que ayuda a su estabilidad. Flujo estable, sin vibraciones, sin desprendimiento ni entradas de aire. Reduce la presión sobre el cimac io (parte superior del paramento). El perfil Creager está sometido a una presión casi nula en todos sus puntos
El principio de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica en 1738 y expresa
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El principio de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica en 1738 y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: 1.- Cinético: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. 2.-Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. 3.- Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
=+
+ + ℎ 2
Donde: -
V = velocidad del fluido en la sección considerada. g = aceleración gravitatoria z = altura geométrica en la dirección de la gravedad P = presión a lo largo de la línea de corriente = peso específico del fluido = Línea de Energía ℎ = perdida de cargas
Para aplicar la ecuación se debe tener en cuenta lo siguiente: Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se co nsidera que la línea de corriente sobre la c ual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido. Caudal constante. Fluido incompresible es constante. La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente. La ecuación de continuidad indica, que el caudal que ingresa e s igual al caudal que sale y está dada por la siguiente expresión:
=∗ Donde: Q = caudal A = área transversal en este caso del conducto circular V = Velocidad
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Laboratorio de Hidráulica – Descarga en vertedero tipo Creager o cimacio
DATOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA distancias entre los
L
Z
cm
cm
cm
cm
puntos
cm
1
0,00
27,30
0,00
1- 2
38,60
2
25,20
1,06
1,70
2- 3
11,10
19,20
0,80
15,40
3- 4
7,60
4
10,40
0,40
31,50
4- 5
11,90
5
3,10
0,40
20,00
5- 6
78,50
6
0,00
1,30
5,50
Y=
puntos
Puntos
3
25,30
Tiempos t1 seg
t2 seg
t3 seg
tm seg
Vol lits
3,29
3,31
3,26
3,29
5,00
7
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Canal Vertedero de perfil Creager. Limnimetro Balde plástico Cinta Métrica Cronómetros Probeta Escuadra y reglas Pitots
1. Mientras el canal está apagado, medimos las dimensiones del Creager , distancia de punto a punto, nivel de referencia (z) y revisamos que este bien nivelado. 2. Procedemos a encender la máquina. 3. Establecemos una carga de agua la c ual debe permanecer constante y estable. 4. Medimos la altura (y) en cada uno de los puntos. 5. Medimos las velocidades en todos los puntos. 6. Tomamos una muestra del caudal que sale por el ver tedero en un balde. 7. Con el cronómetro tomamos el tiempo de llenado de la muestra de agua 8. Medimos el volumen con el caudal obtenido en el balde. 9. Anotamos los valores obtenidos en nuestra tabla de ensayo.
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+ +
=
+ + + ℎ
Ecuación de Bernoulli
= + + + ℎ
Ecuación de Bernoulli – Línea de Energía
=∗
Ecuación de continuidad
= √ 2ℎ
Velocidad
= ∗
=
=
Caudal Teórico
Caudal Real
Coeficiente de descarga
ℎ =
Carga de presiones
Carga de Velocidad
ℎ=
9
Procedemos a hacer el cálculo con la primera lectura que hicimos en la práctica.
=
5.00 3.29
+ +
= 1.52 / →
=
+ + + ℎ
0 + 27.30 + 0 = 25.2 + 1.06 + 1.70 + ℎ ℎ = −0.66 →
= + + +ℎ
=
= 0 + 27.30 + 0 + 0 = 27.30
+ + + ℎ = 25.2 + 1.06 + 1.70 − 0.66 = 27.30
=∗ =
=
0.253 ∗ (1.72)
= 0.00057 → 0.57
1.52/ → = = 2.66 0.57/
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-
Al realizar el ensayo de cálculo pudimos observar en los 4 primeros puntos una pérdida de carga negativa, esto pudo deberse a la velocidad que gana el fluido al circular por la forma del Creager ya que la pendiente fue un punto a favor para que el fluido circulo que mayor velocidad.
= Velocidad u = cm/seg = Paramento u = cm = Carga de agua u = cm = Aceleración de la gravedad = Caudal Teórico u =
= constante 981 cm/seg2
lts/seg
= Tiempo u = seg = Tiempo medio o promedio u = seg = Volumen u = lts = Caudal real u = lts/seg = Coeficiente de descarga 1 = Altura aguas abajo del Creager donde comienza el resalto hidráulico u = cm
= Carga de velocidad u = cm
= Nivel de referencia = cm
= Carga de Presión = cm
= Línea de Energía L = longitud de la cresta de Creager
ℎ = Perdía de carga
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-
Revisar que el vertedero tipo Creager este nivelado vertical y horizontalmente. Revisar que no existan fugas que alteren nuestro caudal. Tratar en lo posible no apoyarse sobre el canal al momento de la práctica.
http://es.scribd.com/doc/105255525/DISENO-HIDRAULICO-DE-VERTEDEROS http://captacionesdeagua.blogspot.com/2013/01/diseno-de-captaciones.html http://www2.ce.metu.edu.tr/~ce458/4%20SPILLWAYS.pdf
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INDICE INTRODUCCIÓN.- ................................................................................................................................ 2 RESUMEN.- .......................................................................................................................................... 3 ABSTRACT.- ......................................................................................................................................... 3 OBJETIVO.- .......................................................................................................................................... 4 MARCO TEORICIO.- ............................................................................................................................. 4 VENTAJAS DEL VERTEDERO TIPO CREAGER.- ..................................................................................... 5 PRINCIPIO DE BERNOULLI.- ................................................................................................................ 6 ESQUEMA ILUSTRATIVO.-................................................................................................................... 7 INSTRUMENTOS A UTILIZAR.- ........................................................................................................... 8 PROCEDIMIENTO.- .............................................................................................................................. 8 FORMULARIO.- ................................................................................................................................... 9 CALCULO TIPO.- ................................................................................................................................ 10 CUADRO DE RESULTADOS.- .............................................................................................................. 11 CONCLUSIONES.- .............................................................................................................................. 12 GLOSARIO DE TERMINOS.- ............................................................................................................... 12 RECOMENDACIONES.- ...................................................................................................................... 13 FOTOS.- ............................................................................................................................................. 13 BIBLIOGRAFIA.- ................................................................................................................................. 13
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