LABORATORIO DE HIDRAULICA CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO SOBRE UN VERTEDERO DE CRESTA AGUDA
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA AGRICOLA SINCELEJO-SUCRE 2012
INTRODUCCION Existen estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel, Normalmente desempeñan funciones de seguridad y control. La estructura que permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua. Se denomina vertedero. Puede tener las siguientes misiones: lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de requerido para el funcionamiento de la obra de conducción, Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina líquida de espesor limitado, En una obra de toma, el vertedero se constituye en el órgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas crecidas, Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, entre otras aplicaciones. En el siguiente informe se mostrara algunos aspectos del funcionamiento de un vertedero de cresta aguda.
OBJETIVOS
Determinar la relación entre la cabeza de aguas arriba y el caudal de aguas abajo.
Calcular el coeficiente de descarga y observar el patrón de flujo obtenido.
MÉTODO Usando el vertedero de cresta aguda instalado en el canal y comparando las características de flujo bajo un rango de flujo, con las condiciones: tubo de aireación abierto y tubo de aireación bloqueado.
EQUIPO REQUERIDO . Canal abierto Armfield C4-MkII . Modelo de vertedero rectangular de cresta aguda . Calibrador de nivel (gancho), escala 300 mm . Banco hidráulico Armfield F1-10 . Medidor de flujo directo . Tanque volumétrico - Cronómetro
PROCEDIMIENTO Se encendió la bomba, se ajusto el flujo de agua en el canal para obtener una profundidad de flujo Y0 inicial, con la lámina adherida a la cara trasera del vertedero; se midió el caudal y se registraron el nivel de referencia Y0 ;se dibujo el patrón de flujo observado. Se Introdujo un objeto en el espacio detrás del vertedero para crear la condición (tubo de aireación abierto) se registre el nivel de Y0 , se midió el caudal. Haciendo incrementos en el nivel de alrededor de 0.01 m. se midió el caudal de flujo y se registre el nuevo nivel del agua Y0 por cada incremento, evitando hacer la lectura en la zona de la curva de caída.. El caudal de flujo puede ser determinado usando el medidor de flujo directo ó el tanque volumétrico con cronómetro.
FUNDAMENTOS TEORICOS Se llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efectúa una descarga a superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas según las finalidades a las que se destine. Si la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse como dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pequeñas dimensiones. El vertedero de pared gruesa se emplea además como obra de control o de excedencias en una presa y como aforador en grandes canales. Tiene varias finalidades entre las que se destaca:
Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo
Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por su forma
Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo.
Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no produzca daños. Esto se hace mediante saltos, trampolines o cuencos.
Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse.
Dado que el vertedero es la parte donde el agua se desborda, un vertedero largo permite pasar una mayor cantidad de agua con un pequeño incremento en la profundidad de derrame. Esto se hace con el fin de minimizar las fluctuaciones en el nivel de río aguas arriba.
RESULTADOS Tubo de aireación bloqueado Y0 (m)
H(m)
0.0468
0.0171
Q ( /) (directo) 4.53e-4
Q ( /) V/t
Cd
4.67e-4
0.043
Ancho del vertedero b = 0.075(m) Altura de placa del vertedero p = 0.126(m) Nivel de referencia (cresta del vertedero) = 0.0297 (m)
Tubo de aireación abierto
0.0488 0.0191 4.37 10−4
4.5 10−4
Cd Cd log Q (/) (Ecuación) (general) (rehboc Q(T) k) −4 0.038 0.615 -3.35 4.37 10
0.0603 0.0306 8.92 10−4
9.3 10−4
8.92 10−4
0.055
0.622
-3.05
0.0699 0.0402 1.31 10−3
1.3 10−3
1.31 10−3
0.066
0.628
-2.88
Y0 (m) H(m)
Q ( /) (directo)
Q (/) V/t
GRAFICAS
Q vs H y = 24.186x + 0.0087 R² = 0.9992
0.045 0.04 0.035 0.03 ) 0.025 m ( H 0.02
H(m)
0.015
Lineal (H(m))
0.01 0.005 0 0.00E+00
5.00E-04
1.00E-03
Q(m3/seg)
1.50E-03
Log H 1.72 1.51 1.39
H(m) Q ( /) (directo) Vs 4.37 10−4 0.0191 8.92 10−4 0.0306 1.31 10−3 0.0402
Log Q Vs LogH 0 -4
-3
-2
-1
-0.2 0 y = 0.7004x + 0.599 -0.4 -0.6 -0.8
H g o L
-1 -1.2
Log H Lineal (Log H)
-1.4 -1.6 -1.8 Log Q
-2
log Vs Log Q(T) H -3.36 -1.72 -3.05 -1.51 -2.88 -1.39 Ecuación de Cd según Rehbock
CD Vs H 0.06
y = 1.6236x - 0.9794 R² = 0.9999 Series1
0.04
H
0.02 0 0.61 0.615 0.62 0.625 0.63 CD
Lineal (Series1)
Cd 0.615
H(m) 0.0191
0.622
0.0306
0.628
0.0402
Cd para la condición cuando la lamina de Agua no está propiamente ventilada
CD Vs H y = 0.747x - 0.0096 R² = 0.9949
0.06 0.04
H
0.02
H
0
Lineal (H) 0
0.02
0.04 CD
Cd 0.615
H(m) 0.0191
0.622
0.0306
0.628
0.0402
0.06
0.08
CALCULO DE RESULTADO Tabla 1 Calculo del coeficiente de descarga ( Cd) y las alturas sobre la cresta del vertedero aguas arribas(H).
Tubo de aireación bloqueado H = ▼Y0 - ▼PH = 0.0468 –0.0297m = 0.0171m
=
4.53−4
= (.75)√ (.)(.7)
0.043
Tabla 2 Tubo de aireación abierto H = ▼Y0 - ▼P
H = 0.0488 – 0.0297m = 0.0191m
Formula de rehbock
Cd = 0.602+0.083 Cd = 0.602+0.083
. = 0.615 .6
Formula general
=
4.37−4
= (.75)√ (.)(.)
0.038
Q = cdb√ /Q = 3(0.038)(0.075)√ 2(9.8)(0.0191)3/ = 4.37e-4 m3/s
CONCLUSIÓN Del siguiente laboratorio podemos concluir que: Los canales y los vertederos los podemos ver en un sinfín de aplicaciones que nosayudan en la vida diaria, tales como los canales de distribución, por lo mismo es devital importancia el estudia del fluido cuando se transporta por medio de estos.Durante toda la historia se han visto como los canales y vertederos han sidomejorados a partir de que se ha logrado comprender cada vez más como se comportan los fluidos. Es importante también debido que hay que tomar en cuenta que con buenos cálculospodemos optimizar la elección de un vertedero o tipo de canal, para que sea maseconómico y nos de la características que necesitamos, es decir, si se hace unamala elección podemos recurrir en que la velocidad obtenida no sea la adecuada, oque haya muchas perdidas de energía.
BIBLIOGRAFÍA Mecánica de Fluidos, Víctor L. Streeter, 9 Ed, editorial Mc Gram Hill Mecánica de Fluidos e Hidráulica, Renald V. Giles, editorial Mc Gram Hill Hidráulica General, Gilberto Sotelo Ávila, 2 Ed, editorial Noriegas Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, 6 Ed, editorial Prentice Hal http://vagosdeunisucre.wordpress.com/
