ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
CURSO: MECANICA DE FLUIDOS II
TÍTULO DEL ENSAYO:
VERTEDEROS TRIANGULARES
UBICACIÓN: LABORATORIO LABORATORIO DE HIDRAULICA
DO DOCENTE
: ING. WILMER MOISES ZELADA ZAMORA
INTEGRANTES:
MIGUEL ANGEL MALHABER MONTENEGRO
.
PIMENTEL, 26 DE FEBRERO DEL 2016
INTRODUCCIÓN: El presente informe se realizó para presentar los resultados en el laboratorio, la cual tiene como nombre Vertederos triangulares. Esta práctica fue realizada el viernes 19 de febrero del 2016, en el !"#$!$%# &E '%&$!(%)! de la (*%VE$+%&!& +E#$ &E +%-!*. (n vertedero es un diue o pared ue intercepta una corriente de un l/uido con superficie libre, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. os vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba ue no eceda un valor l/mite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. )omo vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometr/a por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos. 'acia esta segunda aplicación está enfocada la presente práctica.
Entonces decimos ue en este presente ensao, consiste en calcular el coeficiente con auda de la formula dada con los datos obtenidos en laboratorio, como el volumen tiempo, los cuales nos servirán para 3allar el caudal, au/ se demostrara los diferentes fenómenos ue se suscitan en un vertedero rectangular. En la práctica de laboratorio se 3a podido visualizar los tipos de movimiento uniforme, gradualmente variado como rápidamente variado en donde el tirante 3idráulico var/a de acuerdo al caudal ue se le d4.
FLUJO EN VERTEDEROS TRIANGULARES 1. OBJETIVOS: -
Objetivos Gee!"#es :
o
&eterminar el caudal ue flue por un canal, empleando un vertedero triangular.
-
Objetivos Es$e%&'i%os: o
&eterminar eperimentalmente el coeficiente de descarga )d para vertederos triangulares.
o
5raficar la curva altura 3 Vs. gasto .
o
&emostrar mediante ecuaciones las relaciones entre las variables.
(. )I*OTESIS: o
o
)omprobar el caudal teórico con el caudal real, con sus respectivos coeficientes de descarga. )omparar cual de los vertederos es más eficiente para realizar la medida del caudal.
+. ,ARCO TEORICO: C""#es +e denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua ue, a diferencia de las tuber/as, es abierta a la atmósfera. 7ambi4n se utilizan como v/as artificiales de navegación. a descripción del comportamiento 3idráulico de los canales es una parte fundamental de la 3idráulica su dise8o pertenece al campo de la ingenier/a 3idráulica, una de las especialidades de la ingenier/a civil.
)uando un fluido es transportado por una tuber/a parcialmente llena, se dice ue cuenta con una cara a la atmósfera, por lo tanto se comporta como un canal.
-
Ti$os e '#jo e %""# F#jo $e!/"ete (n fluo permanente es auel en el ue o
las propiedades fluidas permanecen constantes en el tiempo, aunue pueden no ser constantes en el espacio.
F#jo t!"sito!io o No $e!/"ete (n fluo transitorio presenta cambios en sus caracter/sticas a lo largo del tiempo o
para el cual se analiza el comportamiento del canal. as caracter/sticas del fluo son función del tiempo.
F#jo i'o!/e Es el fluo ue se da en un canal recto, con sección pendiente constante, a una o
distancia considerable :20 a ;0 veces la profundidad del agua en el canal< de un punto singular, es decir un punto donde 3a una mudanza de sección transversal a sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el caudal.
F#jo 0!""#/ete v"!i"o El fluo es variado= si la profundidad de fluo cambia a lo largo del canal. El o
fluo variado puede ser permanente o no permanente. &ebido a ue el fluo uniforme no permanente es poco frecuente, el t4rmino >fluo no permanente? se utilizará de au/ para adelante para designar eclusivamente el fluo variado no permanente. El fluo variado puede clasificarse además como rápidamente variado o gradualmente variado. El fluo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas de otro modo es gradualmente variado.
F#jo C!&ti%o )uando @raude vale uno o cuando la velocidad es igual ue la ra/z cuadrada de o
la gravedad por la profundidad.
F#jo sb%!&ti%o En el caso de fluo subcr/tico, tambi4n denominado fluo lento, el nivel efectivo o
del agua en una sección determinada está condicionado al nivel de la sección aguas abao.
F#jo s$e!%!&ti%o En el caso de fluo supercr/tico, tambi4n denominado fluo veloz, el nivel del o
agua efectivo en una sección determinada está condicionado a la condición de contorno situada aguas arriba.
Ve!tee!os El vertedero 3idráulico o aliviadero es una estructura 3idráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales siendo el aliviadero en eclusiva para el desagAe no para la medición. Eisten diversos tipos segBn la forma uso ue se 3aga de ellos, a veces de forma controlada otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas.
-
F%ioes o
A#ivi"e!o %o/o e#e/eto e $!es"
7iene varias finalidades entre las ue se destaca= 5arantizar la seguridad de la estructura 3idráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máimo :*!CE
por su siglas *ivel de !guas Cáimas Etraordinarias< . 5arantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama Dpico de patoD por su forma )onstituirse en una parte de una sección de aforo del r/o o arroo. &isipar la energ/a para ue la devolución al cauce natural no produzca da8os. Esto se 3ace mediante saltos, trampol/nes o cuencos.
En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura ue permite la evacuación de las aguas, a sea en forma 3abitual o para
controlar el nivel del reservorio de agua. 5eneralmente se descargan las aguas próimas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la descarga de fondo, la ue permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse.
o
Ve!tee!o %o/o e#e/eto e %""# os vertederos se usan conuntamente con las compuertas para mantener un r/o navegable o para proveer del nivel necesario a la navegación. En este caso, el vertedero está construido significativamente más largo ue el anc3o del r/o, formando una D(D o 3aciendo diagonales, perpendicularmente al paso. &ado ue el vertedero es la parte donde el agua se desborda, un vertedero largo permite pasar una maor cantidad de agua con un peue8o incremento en la profundidad de derrame. Esto se 3ace con el fin de minimizar las fluctuaciones en el nivel de r/o aguas
arriba. os vertederos permiten a los 3idrólogos un m4todo simple para medir el caudal en fluos de agua. )onocida la geometr/a de la zona alta del vertedero el nivel del agua sobre el vertedero, se conoce ue el l/uido pasa de r4gimen lento a rápido, encima del vertedero de pared gruesa,
el agua adopta el calado cr/tico. os vertederos son mu utilizados en r/os para mantener el nivel del agua ser aprovec3ado como lagos, zona de navegación de esparcimiento. os molinos 3idráulicos suelen usar presas para subir el nivel del agua
aprovec3ar el salto para mover las turbinas. &ebido a ue un vertedero incrementa el contenido en o/geno del agua ue pasa sobre la cresta, puede generar un efecto ben4fico en la ecolog/a local del r/o. (na represa reduce artificialmente la velocidad del agua, lo ue puede incrementar los procesos de sedimentación, aguas arriba un incremento de la capacidad de erosión aguas abao.
-
C#"si'i%"%ioes: os vertederos pueden ser clasificados de varias formas= o
*o! s #o%"#i"%i2 e !e#"%i2 " #" est!%t!" $!i%i$"#: Vertederos frontales
Vertederos laterales Vertederos tulipa este tipo de vertedero se sitBa fuera de la presa la descarga puede estar fuera del cauce aguas abao. : Vertedero tulipa descargando agua<
o
o
o
Dese e# $to e vist" e #os ist!/etos $"!" e# %ot!o# e# %""# ve!tio: Vertederos libres, sin control. Vertederos controlados por compuertas. Dese e# $to e vist" e #" $"!e oe se $!o%e e# ve!ti/ieto: Vertedero de pared delgada Vertedero de pared gruesa Vertedero con perfil 3idráulico Dese e# $to e vist" e #" se%%i2 $o! #" %"# se " e# ve!ti/ieto: $ectangulares 7rapezoidales 7riangulares )irculares ineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante de agua sobre la cresta
o
Dese e# $to e vist" e s '%io"/ieto3 e !e#"%i2 "# ive# "0"s "b"jo: Vertedero libre, no influenciado por el nivel aguas abao Vertedero a3ogado
Dese e# $to e vist" e s '%i2 $!i%i$"# &escarga de demas/as, permitiendo la salida del eceso de agua de las represas, o
a sea en forma libre, controlada o mita, en este caso, el vertedero es tambi4n conocido como aliviadero. Estas estructuras son las encargadas de garantizar la seguridad de la obra 3idráulica como un todo )omo instrumento para medir el caudal, a sea en forma permanente, en cuo caso se asocia con una medición registro de nivel permanente, o
en una instalación provisional, para aforar fuentes, o manantiales )omo estructura destinada al mantenimiento de un nivel poco variable aguas arriba, a sea en un r/o, donde se uiere meorar o garantizar la navegación independientemente del caudal de este o en un canal de riego donde se uiera garantizar un nivel poco variable aguas arriba,
donde se ubica una toma para un canal derivado. En este caso se trata de vertederos de longitud maor ue el anc3o del r/o o canal. a longitud del vertedero se calcula en función de la variación de nivel ue se uiere
permitir )omo dispositivo para permitir la salida de la lámina superficial del agua en decantadores en plantas potabilizadoras de agua )omo estructuras de repartición de caudales. )omo estructura destinada a aumentar la aireación :oigenación< en cauces naturales favoreciendo de esta forma la capacidad de autodepuración de sus aguas. En este caso se trata siempre de vertederos de paredes gruesas, más asimilables asaltos de fondo.
VERTEDEROS TRIANGULARES os vertederos triangulares son semeantes a los rectangulares pero la abertura del tabiue tiene forma de V con un ángulo ue var/a entre los 60 90. Este tipo de vertedero se emplea con frecuencia paramedir caudales peue8os :inferiores aproimadamente a 6 lFs<, porue la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura. En la@igura G semuestra un esuema de la geometr/a de este tipo de vertedero.
E%"%i2 $"!" ve!tee!o t!i"0#"! e $"!e e#0"":
+iguiendo el mismo procedimiento anterior despreciando el valor de puesto ue el canal de aproimación es siempre más anc3o ue el vertedero, se obtiene la descarga a trav4s de una peue8a faa H como I b H J2g :3KH
entonces=
3aciendo I3KH
M para obtener el caudal real se introduce un coeficiente de descarga ) d=
4. E5UI*OS A UTILI6AR: Este módulo consta de distintos elementos ue se emplean en combinación con el "anco 'idráulico con una bouilla especial ue se acopla a la bouilla de salida del "anco 'idráulico.
&os pantallas tranuilizadoras ue, unto con el elemento anterior, proporcionan una corriente lenta en el canal.
o
(n medidor de nivel consistente en un >nonius?, ue se austa en un mástil, donde las alturas uedan se8aladas en un calibre acoplado a 4ste.
o
(n peue8o garfio o una punta se acoplan a la base inferior del mástil para realizar las medidas.
o
&os
vertederos
de
escotadura
rectangular
en forma de >V?, ue se montan en un soporte se fian a la parte final del canal del "anco 'idráulico.
o
*ROBETA: Es un instrumento volum4trico, ue permite medir volBmenes. Está formado por un tubo generalmente transparente de unos cent/metros de diámetro, tiene una graduación :serie de marcas grabadas< desde 0 ml. :3asta el máimo de la probeta< indicando distintos volBmenes. En la parte inferior posee una base ue sirve de apoo, mientras ue por la parte superior se introduce el l/uido, suele tener un pico ue permite verter el l/uido. -ara la practica la probeta nos audar a determinar el caudal
7. *ROCEDI,IENTO:
Contar el euipo :pantalla, embocadura placa N vertedero<. Emplazar el soporte portador del nonius en la mitad, aproimadamente, de la distancia ue separa el vertedero de la pantalla. +uministrar agua al canal 3asta ue esta descargue por el vertedero. )errar la válvula de control de suministro parar la bomba. &ear ue el nivel del agua en el canal se estabilice. 7ras establecer con precisión un m/nimo contacto entre la punta del garfio la superficie libre del agua, proceder a austar e inmovilizar el >nonius? del calibre a 0.
+uministrar agua al canal austando la válvula de control del caudal para ir obteniendo, sucesivamente, incrementos descalonados de la altura de la
carga >3?. En cada variación escalonada del caudal , una vez ue se 3allan estabilizado las condiciones del r4gimen, medir anotar el valor de la altura
de carga >3?, as/ como el caudal con auda del tanue volum4trico
tambi4n con la probeta graduada el cronometro. &eterminar el ángulo ϴ, en el v4rtice de la escotadura, para, unto con los datos obtenidos en la práctica.
8. RESULTADOS 9 GRAFICOS Fo!/#"s: Q ( teorico ) =
um =
Qreal Qteorico
8 15
θ
/
5 2 √ 2. g tg . h
2
V+)!"!+' 600
C/)*/+ C/)*/+ )! )! T.!p "&'Qpr! T.r/- "'( "!' r.3 C* )! " !#$%&' PROMEDIO "!#$%&' PROMEDI " !#$%&' O 0.000075 0.000086 0.867900 8
635
4.5
0.01680 0.000075 0.016800
0.8170 4
0.000141 0.000169 0.832100 0.000141 0.02200 0.02200 1 6 0 1
0.000188 0.000188 0.02500 4.27 0.02500 5 5 0.000242 0.000242 0.02750 2.91 0.02750 3 3 0.000295 0.000295 0.03000 2.4 0.03000 8 8 0.000348 0.000348 0.03200 2.08 0.03200 6 6
805 705 710 725 730
1.9
1.41 0
0.000233 0.807600 5
0
0.000296 0.817700 3
0
0.000368 0.803300 3
0
0.8170
0.000432 0.805500 7
0
0.000384 0.000485 0.791800 0.000384 0.03350 0.03350 2 2 0 2
0.000468 0.000541 0.809300 0.000438 0.03500 1.73 0.03500 2 4 0 2 0.000478 0.000585 0.818300 0.000478 0.03610 1.64 0.03610 7 0 0 7
810 785
. CONCLUSIONES 9 RECO,ENDACIONES:
se 3a determinado el caudal real, lo 3emos comparado con los valores del caudal teórico, como se puede ver los valores graficas tienen una estrec3a relación.
El coeficiente de descarga tiene un valor de 0.O1P para el vertedor 7riangular, se esperaba de ue este fuese más cercano a uno a ue un
vertedor se usa para medir caudal, en la gráfica $I7 se obtuvo la ecuación $I1.Q069R'S2.Q11P .
+e 3a logrado calcular el coeficiente :(c<, para dic3os caudales gracias a los datos obtenidos en el laboratorio.
Estos tipos de ensaos nos audan a conocer la forma como ocurren los diferentes fenómenos ue se producen en este tipo de obras 3idráulicas como son los vertederos.
)omo recomendación tener el cuidado necesario a la 3ora de calibrar el euipo para una adecuada toma de datos.
;. ANE
