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Laboratorio 4: Escurrimiento sobre vertederos y bajo compuertas Nombres :
Camila Parra Fecha Paola Rubilar F.
:
12/Diciembre/2016
Profesor
Oscar Link
:
Marcelo García
:
Ayudante
1. Resumen
Se realiza el último laboratorio, el cual consiste en dos experiencias enfocadas en comprender analizar el comportamiento del flujo rápidamente variado, en un canal rectangular de dimension constantes, al pasar por dos tipos de estructuras hidráulicas como lo son las compuertas y vertederos.
La primera experiencia consiste en el escurrimiento de agua sobre un vertedero, y observar variación del eje hidráulico producido por esta estructura, además de tomar diversos datos para posterior uso. La segunda experiencia tiene que ver con el paso de agua a tr avés de una compue plana, con los mismos propósitos anteriores.
Además, de manera demostrativa, se observó el flujo a través de distintas singularidades presen en el lecho del canal, con objeto de visualizar el cambio generado sobre el eje hidráulico.
Se encontraron variaciones al comparar los coeficientes de contracción y de descarga obtenid experimental y teóricamente referentes a la compuerta y el vertedero respectivamente, lo q indica inexactitudes a la hora de medir los parámetros requeridos.
2. Introducción
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Desde el inicio de la existencia del hombre, su vida ha estado ligada al agua. A lo largo del tiemp el hombre ha tenido la necesidad de controlar este recurso para dosificar su uso. Es por esto que
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El agua que fluye por el deposito pasa de estar aguas arriba del depósito con velocidad muy reduc o nula, a una velocidad claramente superior. Este cambio de velocidad depende de vari parámetros como pueden ser las dimensiones de la abertura o la altura de carga aguas arriba.
Estas mismas condiciones son aplicables a los vertederos, es por ello que este informe se enfoca ambas estructuras, para ver cómo se comporta el flujo a través de las mismas.
3. Metodología 3.1 Escurrimiento sobre vertederos
Los vertederos son estructuras que permiten la circulación del agua por encima de ellos. Existen diversos tipos, por ejemplo, de pared gruesa, de pared delgada, de perfil normal, etc., y pueden tener distintas funciones, entre ellas existen vertederos aliviadores de crecidas de un embalse, estructuras de aforo en un canal de riego, vertederos laterales para captar agua en una bocatom etc. En la figura N°1 mostrada a continuación se aprecia un ejemplo de vertedero de pared delgada, la cual es posible ver la altura del vertedero (Hd) y la profundidad sobre la cresta (h). You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Sign up to vote on this title Useful Figura N°1: Vertedero de pared delgada
3.2 Escurrimiento sobre compuertas
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Figura N°2: Compuerta vertical deslizante 3.3 Procedimiento
La actividad experimental consiste en analizar las profundidades de escurrimiento en las cercan de los vertederos y compuertas, para lo cual se deberán medir aquellas con diferentes condicion de escurrimiento (tanto de profundidad y de caudal).
You're Reading a Preview Lo principal de la actividad será analizar el comportamiento del flujo rápidamente variado, debi a presiones dinámicas, en ambos tipos (vertederos y compuertas) sobre Unlockde fullobras access hidráulicas with a free trial. canal rectangular de dimensiones constantes. Download With Free Trial Inicialmente se trabajará con el vertedero, dado un caudal fijo, se tomarán los datos relevant como la altura del vertedero (Hd) y la profundidad sobre la cresta del vertedero (h), proceso q será reiterado a caudales distintos. Se considerará el ancho del canal constante y como dato.
Signpara up toun vote on this title constante en Luego se analizará la compuerta vertical deslizante, en la cual, caudal dado Useful Not useful(Y1), la apertu tiempo, se tomarán datos relevantes como la altura aguas arriba de la compuerta de la compuerta (a) y finalmente la altura aguas abajo de la misma (Y2). Al igual que en el ca anterior, el proceso será reiterado varias veces a caudales distintos, y el ancho del canal
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de la singularidad, para conocer las alturas de escurrimiento, esto aplicado a compuertas, sobre volumen de control que la incluya, según la ecuación N°1 mostrada a continuación.
ℎ + 2 = + 2 Donde
ℎ: altura aguas arriba. : Velocidad aguas arriba del escurrimiento. : Velocidad aguas abajo del escurrimiento. g: Aceleración de gravedad. : Coeficiente de contracción de la compuerta. : Apertura de la compuerta
Luego se aplica conservación de la masa en los mismos puntos considerados anteriormente, seg la ecuación N°2 mostrada a continuación
= ⇒ ∗ = ∗ You're Reading a Preview
Donde
: Área transversal aguas arriba. : Área transversal aguas abajo.
Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial Utilizando ambas ecuaciones anteriormente descritas, se obtiene finalmente la ecuación para el caudal que pasará por una compuerta según la ecuación N°3 a continuación.
= × × √ (2ℎ)
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Donde : área transversal aguas debajo de la compuerta (b*a), ancho del canal por apertura. : coeficiente de descarga.
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1 1+0.64 1 −()
Ahora, en el caso del vertedero, para determinar el caudal evacuado por el vertedero, es necesa obtener el coeficiente de gasto, :
= 0,611+0,08× ℎ − Donde ℎ :altura aguas arriba. : altura del vertedero.
A continuación, obtenemos el caudal unitario (por unidad de ancho), según la ecuación:
= 23 × × √ 2 × (ℎ − )⁄ Finalmente, el caudal evacuado:
You're Reading a Preview
= 23 × × √ 2 ×(ℎ − )⁄ × Download With Free Trial = ×
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Donde
: coeficiente de descarga. : ancho del vertedero.
4. Resultados
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Inicialmente es necesario conocer las propiedades geométricas del canal rectangular con el que
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Tabla N°2. Datos experimentales vertedero y cálculos respectivos.
Dato
Q medido (m³/h)
h1 (m)
CQ
q (l/s/m)
Q calculado (m³/h)
1 2 3 4 5
9,0 4,0 7,0 7,0 4,4
0,176 0,156 0,173 0,173 0,160
0,644 0,631 0,642 0,642 0,633
21,891 10,168 19,928 19,928 12,247
6,856 3,185 6,241 6,241 3,836
23,821 20,387 10,836 10,836 12,822
6
6,0
0,165
0,637
15,039
4,710
21,497
error Q
Para el caso de la compuerta vertical deslizante se tienen los datos obtenidos en laboratorio y calculó el coeficiente de contracción tanto experimentalmente como teóricamente según ecuación N°4. Lo anterior mostrado a continuación en la tabla N°3. You're Reading Preview Tabla N°3. Datos experimentales compuerta y cálculoa de coeficientes de contracción.
Dato
Q medido (m³/h)
medido
1 2 3 4 5
9 4 7 7 4,4
0,588 0,567 0,439 0,496 0,492
6
6
0,562
μa
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h0 (m)
h1 (m) a (m) Download With Free Trial 0,195 0,0250 0,023 0,101 0,108 0,095 0,104
0,0160 0,0350 0,0330 0,0200
0,183
0,0180
Ψ90°
μa calculado
error μ
(%)
0,612 0,589 0,242 0,011 0,613 0,585 3,175 0,02 0,623 0,568 29,52 0,022 0,625 0,566 14,19 Sign up to vote on this title 0,015 0,614 0,581 18,13
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En el caso de la compuerta vertical, el coeficiente de contracción experimental, aunque indica u valor bastante cercano al valor teórico, difiere en casi el 20%, esto puede ser debido a divers factores, primero se debe considerar la verticalidad de la compuerta trabajada, ya que la fórm de Voigt (ecuación N°4) es referida a compuertas en un ángulo perfecto de 90°, por lo que la m mínima variación en la inclinación, generará error.
Sin embargo, el principal error puede deberse al lugar donde se efectuó la medición aguas abajo la compuerta, esto debido a que se debe hacer cuando la altura aguas abajo alcance un va relativamente constante, en la actividad experimental se midió considerando lo anterior, pe cualquier cambio en la altura o en el nivel también es otra posible fuente de error.
6. Conclusión 7. Anexo
El primer paso para realizar las simulaciones requeridas es estimar un coeficiente de Manning, tratarse de un cauce natural con una geometría compleja, presencia de vegetación y secciones constantes, se utilizara un procedimiento distinto al estudiado hasta ahora. Este procedimiento You're Reading Preview Coefficients for Natural Chann descrito en detalle en “Guide for Selecting Manning'sa Roughness
and Flood Plains (United States Geological Survey)” y a grandes rasgos este procedimien to calc Unlock full access with a free trial.
el coeficiente de Manning ponderando el efecto de distintas características del canal en el flujo, es Cowen se realiza mediante la siguiente ecuación propuesta Download Withpor Free Trial (1996):
= ( + + + + )∗
Con
: Coeficiente base : Factor de corrección por efectos de irregularidades en el canal : Variación en la forma y tamaño de la sección transversal
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coeficientes son válidos solo para descargas altas, aceptable para el rango de cauda propuestos a simular. Todo esto da como resultado:
= 0.0207
: El grado de irregularidades en el canal es moderado según lo observado en los perfil
entregados por lo que se tendrá como resultado (según los coeficientes propuestos p Aldridge and Garrett):
= 0.008
: Las secciones transversales del canal varían ocasionalmente, manteniéndose constan
entre algunos tramos y variando abruptamente entre otros. El coeficiente correspondien será (según los coeficientes propuestos por Aldridge and Garrett):
= 0.003
: Las obstrucciones observables en el lecho son apreciables en la mayoría de los perfil
luego el coeficiente correspondiente será (según los coeficientes propuestos por Aldrid and Garrett): You're Reading a Preview
= 0.023
Unlock full access with a free trial.
: La vegetación existenteDownload en el lechoWith es baja, Freesegún Triallos datos entregados, por lo que
coeficiente correspondiente será (según los coeficientes propuestos por Aldridge a Garrett):
= 0.004
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: El meandro existente en el cauce es apreciable lo observado en los dat según Useful
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geométricos, luego el coeficiente correspondiente será (según los coeficientes propuest por Aldridge and Garrett):
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Tarea
Plan: Q=30
08/12/2016
-1042.7 -1220.76 -1343.57
-1566.43
-1683.2
-1189.69
-1634.16
-1706.67
-1897.48 -2013.55 -2057.1
-2214.87
Figura N°3: Vista XYZ para el cauce simulado con un caudal de 30 m^3⁄s
En la figura N°4 se entrega un esquema del eje hidráulico para el caso descrito Tarea 17.0
16.5
16.0
Plan: Q=30 08/12/2016 01 01
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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15.5 ) (m n iot a v le E
15.0
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River Sta
Altura (m)
Vel. Media (m/s)
Froude
1 (Aguas arriba)
16.76
0.49
0.15
2
16.63
0.45
0.14
3
16.62
0.36
0.1
4
16.57
0.29
0.1
5
16.45
0.37
0.11
6
16.42
0.36
0.11
7
16.38
0.54
0.16
8
16.36
0.43
0.12
9
16.26
0.33
0.11
10
16.18
0.36
0.14
11
You're Reading0.36 a Preview 16.14 Unlock full access with a free trial.
12(Aguas arriba)
16.04
0.34
0.13 0.11
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Tabla N°4: Altura de escurrimiento, velocidad media y nº de Froude para las secciones con un
caudal de 30 m^3/s
=
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En la figura N°5 se muestra una vista en un plano XYZ de los resultados obtenidos en la simulació
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En la figura N°6 se entrega un esquema del eje hidráulico para el caso descrito Tarea
Plan: Q=50
08/12/2016
01 01 17.5
Legend
17.0
EG PF 1 WS PF 1
16.5 )
Crit PF 1
16.0 (m
Ground
n iot
15.5 a v le E
15.0 14.5 14.0 13.5
0
200
400
600
800
1000
1200
Main Channel Distance (m)
Preview Figura N°6: Eje hidráulico del cauce You're para unReading caudal dea 50 m^3/s (desde aguas abajo a aguas arrib Unlock full access with a free trial.
En la tabla N°5 se entregan las velocidades medias, las alturas de escurrimiento y el nº de Frou para cada sección: Download With Free Trial River Sta
Altura (m) Vel. Med. (m/s) Froude
1 (Aguas arriba)
17.19
0.58
2
17.07
on this title 0.53 Sign up to vote 0.14
3
17.06
0.45
0.15
Useful
Not useful 0.11
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16.55
0.39
0.12
12(Aguas arriba) 16.46
0.39
0.11
Tabla N°5: Altura de escurrimiento, velocidad media y nº de Froude para las secciones con un
caudal de 50 m^3/s
=
En la figura N°7 se muestra una vista en un plano XYZ de los resultados obtenidos en la simulació Tarea
Plan: Q=100
08/12/2016
-1220.76 -1343.57
-1566.43
You're Reading a Preview -1634.16
-1189.69
-1683.2
-1706.67
Unlock full access with a free trial. -1897.48 -2013.55
Download With Free Trial -2057.1
-2214.87
Figura N°7: Vista XYZ para el cauce simulado con un caudal de 100 m^3⁄s Sign up to vote on this title
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.
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Tarea
Plan: Q=100 08/12/2016 01 01
19
18
17
) m( n oi t
16 a v le E
15
14
13
0
200
400
600
800
1000
Main Channel Distance (m)
Figura N°8: Eje hidráulico del cauce para un caudal de 100 m^3/s (desde aguas abajo a aguas
arriba) You're Reading a Preview
En la tabla N°6 se entregan las velocidades lasa alturas Unlock fullmedias, access with free trial.de escurrimiento y el nº de Frou para cada sección: River Sta
Download With Free Trial Altura(m) Vel. Med. (m/s) Froude
1 (Aguas arriba)
17.99
0.72
0.18
2
17.8
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3
17.77
0.6 Useful
Not useful 0.15
4
17.71
0.44
0.1
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17.2
12(Aguas arriba) 17.09
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0.44
0.13
0.5
0.12
Tabla N°6: Altura de escurrimiento, velocidad media y nº de Froude para las secciones con un
caudal de 100 m^3/s
8. Bibliografía
-Link, O. (2014). “Introducción a la Hidráulica”. Texto de apoyo a la docencia. Dirección de Docenc Universidad de Concepción.
-Marbello, R. (2010). Flujo a través de compuertas. 2016, de Universidad Nacional de Colomb Sede Medellín. Sitio we http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/flujo_compuertas/flujo_compue s.html
You're Reading a Preview -Lomax W. R., Saul A.J. Laboratory Work in Hydraulics. Bolton Institute of Technology. Great Brit Unlock full access with a free trial. 1979. Sitio we http://fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/vertederospareddelgada/vertederosdelgados.html Download With Free Trial
-George, J., Arcement, Jr. & Verne R. (1989) “Guide for Selecting Manning's Roughness Coefficien for Natural Channels and Flood Plains” United States Geological Survey Water-Supply. Sign up to vote on this title -Mori, M. (2007) “Simulación hidráulica aplicada, usando HEC-RAS”
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