Lab 1 Hidraulica Vertedero Triangular

FLUJO SOBRE VERTEDERO TRIANGULAR 1. OBJETIVOS a) Determinar el caudal que fluye por un canal, empleando un vertedero rectangular. b) aprender a como usar los materiales y como saber utilizar en el campo c)determinar los coeficientes de descarga de cada prueba d) trabajar en equipo y tomar las cuatro pruebas en diferentes altura h

CONCEPTOS TEÓRICOS: La medición del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser exacta debido a que el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relación entre nivel nivel y caudal caudal.. Los canal canales es de corrien corrientes tes natura naturales les están están tambié también n someti sometidos dos a cambios debidos a erosión o depósitos. Se pueden obtener cálculos más confiables cuando el caudal pasa a través de una sección donde esos problemas se han limitado. Para ello se podría simplemente alisar el fondo y los lados del canal o recubrirlos con mampostería u hormigón o instalar una estructura construida con ese fin. !xiste una amplia variedad de esos dispositivos la mayoría idóneos para una un a apli aplica caci ción ón part partic icul ular ar.. " cont contin inua uaci ción ón se desc descri ribe be un una a sele selecc cció ión n de los los dispos dispositi itivos vos que son son fácil fáciles es de instal instalar ar y de hacer hacer funci funciona onarr con referen referencia cia a manuales adecuados para estructuras más caras o complicadas. !n general las estructuras a través de la corriente que cambian el nivel de aguas arriba arriba se denomi denominan nan ver verted tederos eros y las estructu estructuras ras de tipo tipo canal canal se denomi denominan nan afora aforadore dores s aunque aunque esta esta distin distinció ción n no siempr siempre e se cumple cumple.. #na distin distinció ción n más importante es entre dispositivos estándar y no estándar #n vertedero o aforador estándar es el que se construye e instala siguiendo especificaciones uniformes y cuando el caudal puede obtenerse directamente de la profundidad de la corriente mediante el empleo de diagramas o tablas de aforo es decir cuando el aforador ha sido previamente calibrado. .

#n vert erteder edero o o afora forado dorr no está estánd ndar ar es el que que neces ecesit ita a ser ser calib alibra rado do indi indivi vidu dual alme ment nte e despu después és de la inst instal alac ació ión n me medi dian ante te el em empl pleo eo del del mé méto todo do velocidad$superficie como cuando se establece el aforo de una corriente. !xiste un con%unto tan amplio de dispositivos estándar que es preferible evitar las estructuras no normali&adas salvo para hacer cálculos aislados de los caudales de la corriente utili&ando el método velocidad$superficie en un puente o un vado o una alcantarilla. La mayor parte de los vertederos están concebidos para una descarga libre sobre la sección crítica con el fin de que el caudal sea proporcional a la profundidad de la corrie corriente nte en el ver verted tedero ero per pero o alguno algunos s verted vertederos eros pueden pueden funci funciona onarr en una situación situación denominada denominada sumergida sumergida o ahogada ahogada en el que el nivel de aguas aba%o interfi interfiere ere con la corrie corriente nte sobre sobre el ver verted tedero ero.. "lguno "lgunos s tipos tipos de verted vertederos eros se pued pueden en corr correg egir ir me medi dian ante te la sume sumers rsió ión n parc parcia ial l pero pero esto esto cons consti titu tuye ye un una a complicación poco conveniente que requiere medidas adicionales y más cálculos por lo que se la debe evitar siempre que sea posible '(igura )*+. ,tra variación que tamb tambié ién n es pref preferi eribl ble e evita evitarr es la del vert verted edero ero sin sin cont contra racc cció ión n que que es un vertedero instalado en un canal del mismo ancho que la sección crítica '(igura )-+. ,

VERTEDEROS DE PARED AGUDA: Los dos tipos más comunes son el vertedero triangular 'con escotadura en + y el vertedero rectangular como se muestra en la (igura )/. 0ebe haber una po&a de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces

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al ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 12 veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero. vertedero. !l vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente tal como se muestra en la (igura )3. " esto se denomina contracción final, necesaria para aplicar la calibración normali&ada. Para determinar la profundidad de la corriente a través del vertedero se instala un medi me dido dorr en la po&a po&a de amor amorti tigu guac ació ión n en un luga lugarr en el que que se pued pueda a leer leer fácilmente. !l cero del medidor fi%a el nivel en el punto más ba%o de la escotadura. !l medidor debe instalarse bastante detrás de la escotadura para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma.

FIGURA 26  Corri!nt!  Corri!nt! li"r! # corri!nt! $%&!r'i(a $o"r! %n )!rt!(!ro (! *ar!( a'%(a CORRIENTE +IRE

CORRIENTE SU-ERGIDA

FIGURA 2.  2.  Corri!nt! li"r! con contracción final # corri!nt! controla(a con contracción !n !l )!rt!(!ro !n %n canal







0"1 )!rt!(!ro con !$cota(%ra r!ctan'%lar FIGURA 2  2  +o$ )!rt!(!ro$ con *ar!( a'%(a (!"!n t!n!r !l !5tr!&o a'%(o a'%a$ arri"a

Los vertederos con escotadura en  son portátiles y sencillos de instalar de manera temporal o permanente. La forma en  significa que son más sensibles a un caudal reducido pero su ancho aumenta para a%ustarse a caudales mayores. !l ángulo de la escotadura es casi siempre de 345 pero se dispone de diagramas de calibración para otros ángulos *45 645 y 125 cuando es necesario aumentar la sensibilidad. !n el 7uadro 8 (iguran los valores del caudal a través de peque9os







OTROS VERTEDEROS VE RTEDEROS CON PARED PAR ED DE+GADA DE+ GADA !n algunos vertederos se combinan las características de la escotadura en  y de la escotadura rectangular. !l vertedero 7ipolletti tiene una cresta hori&ontal como como un una a esco escota tadu dura ra recta rectang ngul ular ar y lado lados s en pendi pendien ente te sin sin em emba barg rgo o para para instalaciones sencillas sencillas esto no aporta ninguna venta%a con respecto a la escotadura rectangular '(igura 64+. !l vertedero compuesto se utili&a a veces cuando hace falta una medición sensible de caudales reducidos a través de la escotadura en  y se necesitan también mediciones de caudales grandes a través de la escotadura rectangular. !l dise9o y la calibración más complicados implican que este tipo de vertedero se limite a estudios hidrológicos comple%os '(igura 61+.

VERTEDEROS DE PARED ANCA !n las corrientes o ríos con gradientes suaves puede resultar difícil instalar vertederos con pared aguda que requieren un rebose libre de aguas aba%o. La otra posibilidad está constituida por los vertederos que pueden funcionar parcialmente sume sumergi rgidos dos.. Sirv Sirva a de e%em e%empl plo o el vert vertede edero ro tria triang ngul ular ar del del 0epa 0epart rtam amen ento to de "gricultura de los !stados #nidos representado en las (otografías )8 y )2. Se trata de un vertedero casi normali&ado en el sentido de que se dispone de tablas de aforo '#S0" 13-3+ pero el aforo está influido por la velocidad de llegada y la calibración debe debe veri verifi fica cars rse e por me medi dio o de me medi dici cion ones es efec efectu tuad adas as con con un moli moline nete te.. ,tro ,tro e%emplo que podría igualmente denominarse aforador o vertedero se indica en la (otografía )* y requiere igualmente la calibración con un molinete.

Vertedero Verted ero tria triangul ngular ar para vertedores triangulares, la formula teorica para hallar el caudal teorico es:

Qt = (4/15). b. (g) 1/ .! "/

.............(1)

donde: b= es el ancho de la boca del vertedero ! = es la carga sobre el vertedero g = la aceleracion de la gravedad para obtener una funcion del angulo de abertura del vertedero tenemos la siguiente ecuacion : tang (#/) = (b/)/!

........()

despe$ando b se tiene% b= ! tang (#/)

.......(")

Ɵ







Qt = (4/15). b. (g) 1/ .! "/ ........(4) afectando la ecuacion (4) por el coeficiente de descarga 'd , nos dara la formula general de caudal real en vertederos triangulares.

Qr= (/15). 'd. (g) 1/ tang (#/) .!

"/

......(5)

entonces el coeficiente de descarga es : 'd = Qr/Qt

........()

Observaciones Fisicas Del Fenomeno el tira tirant nte e agua aguas s abaj abajo o del del vert verted eder ero o debe deberá rá esta estarr por por lo meno menos s a seis seis centímetros debajo del extremo inferior de la placa. e debe deberi ria a tene tenerr en cuen cuenta ta que que para para esta esta expe experi rien enci cia a se debe debe tene tenerr un conocimiento previo del uso del equipo y en especial con la bomba ya que se debe variar los valores de los caudales y no producir succi!n. al parecer nos falta muchos materiales con lo cual nos falto tomar algunos datos ,pero igual pudimos hacer hacer la experiencia experiencia " partir partir de los valores obtenidos de de la altura piezom#trica, se debe debe tener en cuenta que existe una diferencia entre esta altura y la altura del tirante del canal, con lo cual se tendrá un grado de error que influya en los resultados

E!i"os # $a%eriales



canal rectangular









cronometro



$incha



piezometro

&roce'imien%o         

medir el angulo del vertedero colocar el vertedero vertedero triangular con sus respectivos respectivos pernos medir la altura p desde el fondo del canal canal al vertice del del vertedero llenar el tanque de agua encender el bomba y esperar que se estabilice el flujo medir el volumen del deposito inmediato al vertedero medir el tirante hen el piezometro aguas arriba del vertedero medir cuatro veces el tiempo t que demora el agua en llenar el volumen para ello tapar el sumidero repetir el procedimiento para diferentes caudales para ello regular la valvula situado en la tuberia de descarga de la bomba









%oma 'e 'a%os ( "rocesamien%o 'e 'a%os

ver%e'ero %rian)!lar An)!lo * + ,-

V/l!men* V, .00 m 2

Al%!ra 'es'e el 3on'o 'el canal al v4r%ice 'el ver%e'ero* ",.15m

Aceleraci/n 'e la )rave'a' ), -.61m7s

&RUEBA

1



2 4

89m:

%iem"os9s:

Vol!men9L:

;a!'al real

%.&'( %.&'( %.&'( %.&'( %.&' %.&' %.&' %.&' %.&' %.&' %.&' %.&'

'.' '.% '.& '.'' +.% +.'' +.&( +.&' '.+ '.+ '.'% '.*%

 +. +. +. .'   (. + (.* +

%.*++ %.*%+ %.*%( %.*%( &.&* &.(* &.(( &.(%.-* %.'+( %.-% %.'(

*.11 *.11 *.11 *.11

5."* 4."* 5.* 5.1*

5.+ 4. 5.5 5."

1.*+5 1.11 1.*5+ 1.*"

Calc%lan(o )alor!$ *ara ll!nar la ta"la 71 Calc% Calc%lo lo (!l ti!&*

ro&!(io ro&!( io







t

prom

: '2.*6<2.*6<2.24<2.-4+$8 : 2.*1seg.

Pr%!"a 9

t

prom :

'2.64<8.64<2.)4<2.14+$8 : 8.3-2seg.

Calc%lan(o !l r!al

=r : $t Pr%!"a 7 =r :4.484)8$ 2.82: 4.44-6 m6 $seg.

Pr%!"a 2

=r : 4.484)8$ 6.64: 4.41)1 m6 $seg.

Pr%!"a 8 =r :4.484)8$ 2.*1: 4.44-1- m6 $seg.

Pr%!"a 9 =r : 4.484)8$ 8.3- : 4.44/43m6 $seg.

C;lc%lo (!l tirant! $o"r! la cr!$ta <= > : h?p

Pr%!"a 7 > : 4.12) ? 4.142: 4.48- m

Pr%!"a 2 > : 4.1*) ? 4.142: 4.42-m

Pr%!"a 8







Pr%!"a 7 6

=t : 4.44116m $seg.

Pr%!"a 2 6

=t : 4.441/6m $seg.

Pr%!"a 8 6

=t : 4.444-22m $seg.

Pr%!"a 9 6

=t : 4.441-26 m $seg.

Calc%lo (!l co!fici!nt! (! (!$car'a 7d : 7d : =r $ =t

Pr%!"a 7 7d : 7d : *.8*4

Pr%!"a 2 7d : 7d : *.*1)

Pr%!"a 8 7d :3.83**

Pr%!"a 9 7d : 7d : 8.*18







Res!l%a'o

Pr%!"a

t 0$1

1 ) 6 8

2.82 6.64 2.*1 8.3-

VERTEDERO TRIANGU+AR r 0&@?$1  0&1 t 0&@?$1 4.44-6 4.41)1 4.44-14.44/43

4.484.424.48 4.42*

4.44116 4.441/6 4.444-2 4.441-2 ∑7di $8 :

C( *.8*4 *.*1) 3.83* 8.*18 *.-322

Disc!si/n De Res!l%a'os /n los resultados no estamos muy conformes por que no había un tiempo exacto siempre cambiábamos los tiempos y no tomábamos igual y salían salían errores quizás con los materiales materiales que faltaba faltaba hubiera salido un poco mas mejor en los resultados nos damos cuenta que varia el coefic coeficiente iente de descarga descarga creo que que varia varia por por que nos falto falto precisar mas en el tiempo contar bien los segundos y sacar rápido el recipiente de agua

concl!siones bueno en conclusi!n obtuvimos el caudal que pasa por el vertedero en cuatro pruebas y en cada prueba cambiábamos el caudal que







CUESTIONARIO 7 Graf GrafiB%! iB%! la c%r)a c%r)a alt%ra alt%ra  )$ )$ Ca%(al Ca%(al R!al r # Ca%(a Ca%(all T!órico T!órico t !n los gráficos ad%untos se aprecia la relación entre h y el caudal teórico y el experimental.

8 vs =r

: m 9

%,&' %,&+

8 %,&(

%,&& %,&% %,&'( % %,%%

%,%%*% %,%%*&-%.%%*' %,%%% %,%%-% %,%&% =r 9m27se):

8 vs =%

:

%,&'

%,&









. A)!ri'%ar !l co!fici!nt! (! (!$car'a (! lo$ t!5to$ # co&*arar con !l

o"t!ni(o !5*!ri&!ntal&!nt! !5*!ri&!ntal&!nt!

!l coeficiente de descarga en los textos esC e sC 7d textos : 4.*2 Luego de acuerdo a los datos obtenidos en la experiencia se tieneC 7dexperimental : *.-3 7on estos datos calculamos el error en la experienciaC

e

experimental

:

4.*2 @ *.-3 4.*2

x 144 D : 388.*1D

estos errores los obtubimos porque no tubimos una medicion exacta !ste error proviene de la diferencia de valores entre la altura EhF medido con el pie&ómetro y la altura EhF medido con la regla.

". D!&%!$tr! la !c%ación t!órica (!l ca%(al *ara )!rt!(!ro$ trian'%lar!$ Si asumimos (lu%o GdealH h f : : 4 P" < ") $)g < I" : PJ < J) $)g < IJ < hf 0ondeC

P" : PJ : Patm

.







0e la geometría del vertederoC x$b : '>?y+$>

b: )>tg'θ $)+

=t : ∫ ' '√)gy+'xdy+ : 'b$>+. ')g+ 1$). ∫ '>?y+.y '>?y+.y 1$).dy 0esarrollando la Gntegral = : /$12 ')g+1$) . >2$). Kg'θ $)+

9 D!$cr D!$cri"! i"! "r!)!&!n "r!)!&!nt! t! lo$ &!(i(or &!(i(or!$ !$ Par$all Par$all # V!nt%ri V!nt%ri El canal (! aforo Par$all Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense que lo concibió se describe técnicamente técnicamente como un canal venturi o de de onda estacionaria o de un aforador de profundidad crítica. Sus principales venta%as son que sólo existe una peque9a pérdida de carga a través del aforador que de%a pasar fácilmente sedimentos o desechos que no necesita condiciones especiales de acceso o una po&a de amortiguación y que tampoco necesita correcciones para una sumersión de hasta el -4D. !n consecuencia es adecuado para la medición del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturales con una pendiente suave. !l princi principio pio básico básico se ilustr ilustra a en la (igura (igura.. !l aforad aforador or está está consti constitui tuido do por una secc secció ión n de conv conver ergen genci cia a con con un piso piso nive nivela lado do un una a garga gargant nta a con con un piso piso en pendiente hacia aguas aba%o y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba. racias a ello el caudal avan&a a una velocidad crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de divergencia. 7on un flu%o libre el e l nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afec afecta tarr el caud caudal al a trav través és de la garg gargan anta ta y en cons consec ecue uenc ncia ia el caud caudal al es proporcional al nivel medido en el punto especificado en la sección de convergencia.







El -!(i(or V!nt%ri !l medidor enturi 'presión diferencial+ es uno de los dispositivos primarios más preciso precisos s para medir medir el flu%o flu%o de la corrien corriente te en tubos. tubos. !l medidor medidor entu enturi ri es básicamente un segmento de tubo que consta de una sección de entrada una sección convergente una garganta y una sección divergente a la salida como se ilus ilustr trad ada a en la (igu (igura ra 6?/. La veloc velocid idad ad de la agua aumen aumenta ta en la porció porción n estrechada de la sección de entrada resultando en una disminución en la presión estática. estática. La diferencia diferencia en la presión entre entre la entrada entrada del tubo y la garganta es proporcional al cuadrado cuadrado de la corriente. La diferencia en la presión se puede puede medir fácilmente con gran exactitud exactitud resultando en una medida precisa del flu%o. #na de las venta%as del medidor enturi es que causa una pérdida de carga insignificante.

La fórmula para calcular el flu%o con un medidor enturi es la que a continuación se







-

Se pudo apreciar apreciar también también que el 7audal en un vertedero sólo sólo depende depende de la carga en la sección de medición 'h+ por lo tanto para diferentes caudales tendrán diferentes valores de EhF para para un mismo vertedero '7d constante+.

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Se pudo comprobar que el vertedero triangular de pared delgada es una instalación de control para canales de poco caudal. !l vertedero vertedero triangular triangular de cresta cresta aguda es muy y Otil ya que reduce el área de contacto y gracias a esto se puede conocer que área es la que se debe refor&ar más para evitar la erosión.

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6 Dar r!co& r!co&!n(ac !n(acion!$ ion!$ r!$*!c r!$*!cto to a la !5*!ri!n !5*!ri!ncia cia -

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-

Se debe usar una regla para poder hallar las alturas pie&ometricas con cierta aproximación por que con los cálculos reali&ados demuestra que no esta en buen estado. " partir de los valores obtenidos de la altura pie&ométrica se debe tener en cuenta que existe una diferencia entre esta altura y la altura del tirante del canal con lo cual se tendrá un grado de error que influya en los resultados. Se recomienda recomienda que los tornillos que ayudan a empalmar empalmar el vertedero vertedero estén bien a%ustados para así se tenga mayor precisión en los cálculos. Se debe debe tene tenerr en cuen cuenta ta que que para para esta esta expe experi rien enci cia a se debe debe tener tener un conocimiento previo del uso del equipo y en especial con la bomba ya que se debe variar los valores de los caudales y no producir succión ya que esto podría causar una gran da9o a la bomba.

Lab 1 Hidraulica Vertedero Triangular

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