FLUJO SOBRE VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA 1. OBJETIVOS a) Determinar experimentalmente experimentalmente el coeficiente del vertedero
cresta delgada.
para vertederos de
2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1. Vertedero Triangular (THOMSON):
Los vertederos triangulares están ampliamente difundidos por su facilidad de construcción y medición, es preferido cuando las descargas son pequeñas, porque la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura. Los vertederos triangulares (escotadura en V) son portátiles y sencillos de instalar de manera temporal o permanente son más sensibles a un caudal pequeño, pero su ancho aumenta para ajustarse a caudales mayores. El ángulo de la escotadura puede ser de 90°, 60°, 45°, 30° y 15°, en la práctica, únicamente se emplean los que tienen forma de isósceles. Fig. 3 Vertedero Triangular con napa aireada
Fuente: Manual equipos GUNT
B: ancho del canal
: ángulo de escotadura del vertedero hw: altura desde el fondo del canal al vértice ho: altura del tirante aguas arriba del vertedero Para vertederos triangulares con napa aireada se aplica la ecuación:
α
Q
8 15
tan
2
h
2.5
Q
8 15
tan
2
h h o
w
2.5
El coeficiente coeficient e del vertedero empírica:
se puede determinar con la siguiente ecuación
Válida para:
h > 0.05m hw > h 20° < α < 110°
2.2. Vertedero rectangular (REHBOCK):
Es el vertedero cuya sección de caudal es un rectángulo de paredes delgadas, de metal o de madera, y la cresta aguda, es decir, cortada en declive, a fin de obtener una arista delgada. Vertederos rectangulares con contracciones:
Para un vertedero rectangular de pared delgada que se encuentra al centro del canal de ancho B, mayor que la longitud de la cresta b w del vertedero y a una altura h w desde el fondo del canal al inicio del mismo, siendo h o la altura del tirante aguas arriba del vertedero, tal como se muestra en la figura. Fi g . 4 V ertedero R ectang ular c on contracci ón y napa air eada
Fuente: Manual equipos GUNT
Para vertederos con napa aireada se aplica la ecuación de Poleni:
Q Q
2 2 g
bwh
2 g
bw ho
3 2 3
1.5
h
1.5
w
El coeficiente del vertedero depende del grado de contracción bw /B y se puede determinar con la siguiente ecuación empírica:
Válida para: hw ≥ 0.3m 0.025 (bw/B) ≤ h ≤ 0.8m Dimensiones de b w, B, h y hw en metros
2.3. Vertedero trapezoidal (CIPOLLETTI):
El vertedero de medición trapezoidal presenta una combinación de una presa rectangular y una triangular. En comparación con el vertedero triangular, el vertedero trapezoidal presenta una exactitud algo menor en el área de medición inferior. Sin embargo, un aspecto positivo es el límite superior mucho más alto del área de medición. El vertedero trapezoidal combina las ventajas de una presa triangular y las de una presa rectangular. La napa de un vertedero trapezoidal siempre está aireada. Fig . 5 Vertedero trapezoidal con contracción y napa air eada
Fuente: Manual equipos GUNT
La ecuación de vertedero para una presa de medición según la Figura 5 se obtiene dividiendo el área de la sección transversal trapezoidal en un rectángulo y un triángulo (Figura 6). Fi g . 5 V ertedero de medici ón trapezoidal: divi s ión del área de la s ección trans vers al
Fuente: Manual equipos GUNT
Área triangular (1):
Área rectangular (2):
Sumando las dos Fórmulas anteriores se obtiene finalmente la ecuación de vertedero para un vertedero de cresta delgada trapezoidal: Q = Q1 + Q2
El coeficiente de vertedero de la Fórmula anterior ( ) debe determinarse experimentalmente para cada vertedero.
3. EQUIPOS Y MATERIALES
Canal de pendiente variable Vertederos de cresta delgada (4 tipos) Limnímetro Caudalímetro
4. PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
Seleccionar 2 de los 4 tipos de vertederos para esta experiencia Colocar el vertedero en el canal de pendiente variable. Medir la altura hw desde la base hasta la cresta del vertedero Medir el ángulo α de la escotadura del vertedero (para el caso de los vertederos triangular y trapezoidal). Encender la bomba y esperar que se estabilice el flujo Medir el tirante h0, aguas arriba del vertedero, haciendo uso del limnímetro. Medir el caudal real (Qr) con el Caudalímetro Repetir el procedimiento para diferentes caudales.
Anotar los datos obtenidos del experimento en la Tabla Nº 3.
5. PROCEDIMIENTO EN GABINETE En base a la altura h = ho - hw, calcular el coeficiente del vertedero para diferentes caudales, luego hallar el valor medio de este coeficiente y compararlo con los valores teóricos. Tabla 3: Toma de datos en los vertederos
