PRÁCTICA ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS EN CANALES 1. Se tiene un vertedero en pared delgada con cresta aguda. Deducir una expresión para la velocidad media, en función de la carga, para una sección transversal correspondiente a la zona de máxima contracción. 2. En un canal de 7,20 m de ancho se ha colocado un vertedero rectangular en pared delgada de 3,20 m de largo. El umbral es de 2,0 m. Si la carga es 0,61 m calcular el caudal usando varias fórmulas; discutir su aplicabilidad, preparar un cuadro comparativo de los resultados considerando el efecto de la contracción. i. Tomando en cuenta el caudal obtenido de mayor valor. ii. Tomando en cuenta el caudal promedio considerando ±5% de eficiencia. iii. Calcular la longitud adicional que debería tener el vertedero para compensar el efecto de las contracciones. iv. Recalcular el vertedero como si fuera un vertedero de pared gruesa tomando en cuenta que el espesor es de 0.70 m para: 1) la expresión ex presión en función a la energía:
2) para la expresión:
= 1.7ℎ3/2,
y para 3)el criterio del coeficiente Ɛ tomando en cuenta el caudal de las ecuaciones de Francis, Bazin y Rehbock, luego comparar los 5 caudales obtenidos, tomando en cuenta el caudal promedio calculando la eficiencia. 3. En un canal de 1,20 m de ancho que tiene un caudal de 500 l/s se va a instalar una placa como la mostrada en la figura, la que da lugar a un orificio y a un vertedero. Si la placa tiene 0,75 m de alto, calcular la abertura a del fondo para que el orificio y el vertedero descarguen el mismo caudal.
4. El agua que pasa a través de un vertedero triangular de 90º es recogida en un tanque cilíndrico de 0,80 m de diámetro. Se encontró que para una carga de 0,25 m sobre el vertedero el nivel del agua en el tanque cilíndrico aumenta 0,352 m en 4 segundos. Hallar el coeficiente de descarga del vertedero. 5. Se puede observar en la figura del problema, los tirantes a una distancia pequeña, aguas arriba y aguas debajo de una compuerta deslizante que descarga agua de un canal horizontal, son h o=2.40 m y h 1 = 0.60 m. El canal es de sección rectangular de 3 m de ancho. Calcular: i. la abertura que debe tener la compuerta para descargar un gasto de 7m 3/s. ii. con la misma abertura calcular el tirante de descarga aguas abajo es h 2 = 1.80 m.
NOTAS: Apuntes fe de erratas para vertederos de pared gruesa: En el sistema métrico el gasto teórico sobre un vertedero rectangular en pared gruesa es
=./
Para obtener el gasto real deberá introducirse en la ecuación anterior un coeficiente de descarga c0 . Su valor se obtiene experimentalmente y depende de varios factores
= ./
Para completar la pregunta 5: ECUACIÓN CLÁSICA DE RESOLUCIÓN DE COMPUERTAS TOMANDO EN CUENTA EL COEFICIENTE DE CORRECCIÓN POR VELOCIDAD En el estudio de orificios se comprobó experimentalmente que un coeficiente sin dimensiones muy próximo a 1, corrige el error de no considerar la perdida de energía Δh Δ hr , asi como los coeficientes de coreolis a1y a2.. Los resultados obtenidos en la experimentación corrigen la ecuación para el cálculo del caudal, este fenómeno se debe a que la velocidad de las partículas arriba de la línea media del flujo del orificio son menores, y las partículas de agua por debajo son mayores, lo que se corrige aplicando e l coeficiente de velocidad.
Figura19. Compuerta plana o vertical
Por tanto, la velocidad media real en la sección contraída aplicando el coeficiente de velocidad es:
= √ + = √ +
Y el caudal correspondiente aplicando el coeficiente de velocidad será:
= El coeficiente de descarga o desagüe es:
= + = Donde: Q = Caudal (m3/s). a = Abertura de la compuerta (m). b = Ancho de la compuerta (m). CC = Coeficiente de contracción de la compuerta H0 = Carga total aguas arriba de la compuerta (h0 + ha). (m) h0 = Altura aguas arriba de la compuerta V0 = Velocidad aguas arriba de la compuerta V1 = Velocidad aguas abajo de la compuerta Co=Coeficiente de descarga
En base a las experiencias de Gentilini, Knapp propone una ecuación para determinar el coeficiente de velocidad en compuertas verticales y radiales de descarga libre en función de a/ho. Ecuaciones de Knapp:
=.+.
→ ≤
Compuerta radial con descarga libre:
=.+ (.∙−. )
Figura 20. Compuerta plana o vertical
→ ≤
