VERTEDERO TIPO CREAGER
INTRODUCCIÓN El vertedero tipo Creager es el más recomendado en cortinas de mampostería o concreto, donde la longitud del vertedor puede quedar alojado en el cuerpo de la estructura. Los cimacios tipo Creager se recomiendan su uso, respecto a vertedores de pared gruesa, ya que eliminan la turbulencia por carecer de aristas. Este tipo también es recomendado en cortinas de tierra donde el vertedor puede situarse en uno de los extremos de la boquilla. Las estructuras de regulación deben controlar la acción erosiva de las corrientes en el fondo y orilla de los cauces. Las estructuras reguladoras no crean como regla general embalses sino que actúan sobre la dirección y la magnitud de las velocidades de flujo. Durante las últimas décadas la regulación de caudales ha adquirido especial importancia a raíz de la construcción de grandes presas y canales de trasvase. Los vertederos son 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. Un 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, etc.
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PRACTICA N° 1 1. TEMA: VERTEDERO CREAGER CON SALTO TIPO ESQUI LIBRE 2. OBJETIVO: 2.1 Objetivo General Observar el comportamiento hidráulico del flujo del agua en el vertedero Creager con salto tipo esquí libre. 2.2 Objetivos Específicos: Calcular el coeficiente de Descarga uniforme. Comparar caudales prácticos con caudales teóricos, extraer datos y, eliminar los que se alejan y consolidar cálculos. Calcular las velocidades de aguas arriba y abajo del perfil Creager. Calcular el número de froude. Comprender la teoría de aforo de canales de forma experimental.
3.
MARCO TEÓRICO
3.1 VERTEDERO CREAGER Llamados también cimacios, se usan para evacuar caudales de creciente, pues la forma especial de su cresta permite la máxima descarga al compararlo con otra forma de vertedores para igual altura de carga de agua. Este vertedero cuyo ancho de cresta, es igual al ancho del canal está diseñado de modo que coincida con la forma de perfil inferior dela lámina vertiente, sobre un vertedero de pared delgada hipotético. Para el caso de las pequeñas obras de excedencias, en nuestro medio, es frecuente utilizar vertederos de perfil tipo Creager.
FIGURA N1: perfil de un vertedero Creager Fuente: http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/2_vertederos.pdf
3.2 Ventajas de un Vertedero Creager . Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Teléfonos 3214-676 - 2524-216 ext.:233 Quito – Ecuador
Entre las ventajas del perfil tipo Creager están las siguientes: Flujo estable, sin vibraciones, sin desprendimiento ni entradas de aire. Reduce la presión sobre el vertedera (parte superior del paramento). El perfil Creager está sometido a una presión casi nula en todos sus puntos. El vertedero tipo Creager es el más recomendado encortinas de mampostería o concreto, donde la longitud del vertedor puede quedar alojado en el cuerpo de la estructura. Los cimacios tipo Creager se recomiendan su uso, respecto a vertederos de pared gruesa, ya que eliminan la turbulencia por carecer de aristas. Este tipo también es recomendado encortinas de tierra donde el vertedor puede situarse en uno de los extremos de la boquilla.
3.3 Cálculo del caudal de diseñ o, m. La descarga sobre la cresta de un vertedero de perfil Creager se calcula con la fórmula de Francis en vertederos: Donde: Q = Gasto de diseño, /s. C = Coeficiente del vertedor, cimacio C= 2.0. L = Longitud de la cresta, m. H = Carga de diseño, m.
FIGURA N2: descarga sobre la cresta de un vertedero de perfil Creager Fuente: http://documents.tips/documents/vertedero-creager.html
4. EQUIPO:
Canal Hidrodinámico
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4.1 INSTRUMENTAL: Vertedero Creager con salida tipo esquí libre.
Limnímetro A= ± 0.001
Vertedero triangular de aforo
5. METODOLOGÍA. Verificar que el canal este completamente limpio Colocar cinta bifásica en el asiento del perfil Creager para evitar el desplazamiento del modelo Creager. Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Teléfonos 3214-676 - 2524-216 ext.:233 Quito – Ecuador
Colocar el vertedero Creager en el canal Los espacios entre el vertedero Creager con las paredes y base del canal deben se llenados con plastilina para evitar fugas de agua En el frente del perfil Creager se deben colocar los topes de arcillo diseñados para la estructura Encender los sistemas de bombeo del laboratorio Abrir la válvula de agua hasta tener el caudal de diseño del prototipo (verificar con el vertedero triangular ubicado en el canal de recirculación) Observar el fenómeno producido en el perfil Creager con salto tipo esquí libre Medir la altura Ho, antes del remanso de depresión (Punto 1 aguas arriba) Medir la altura de aguas abajo, y la velocidad (Punto 2 aguas abajo) Medir la velocidad después del disparados esquí usando el tubo Pitot (Punto 3) Cerrar la válvula y apagar la bomba de agua Retirar la plastilina colocada y guardarla Levantar con cuidado el vertedero Creager para guardarlo y retirarlos topes y la cinta bifásica con ayuda de una espátula Guardar el perfil Creager en el lugar correspondiente
6. REGISTRO DE DATOS. Datos de entrada: P=parámetro aguas arriba del vertedero L=longitud efectiva de la cresta
7. ECUACIONES FUNDAMENTALES Caudal teórico: = ∗
Caudal real: =
Coeficiente de descarga: C real =
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8. CUADRO DE RESULTADOS N°
1
2
L
VOLUMEN TIEMPO QR
QPROM
ho
QTEORICO CREAL
(m)
(L)
(s)
(L/s)
(L/s)
(mm)
(L/s)
0,103
0,420
7,23
0,127
0,126
6
0,0479
2,63
0,770
6,176
0,123
0,698
5,473
0,128
2,882
5,447
0,518
0,5503
17
0,2283
2,43
1,520
2,643
0,575
1,736
3,113
0,558
2,125
2,573
0,826
0,821
22
0,3361
2,44
2,695
3,327
0,810
2,360
2,327
0,827
1,890
1,366
1,417
1,397
30
0,5352
2,61
2,448
1,777
1,378
2,340
1,673
1,399
2,960
1,446
2,047
2,064
35,5
0,6744
3,06
2,935
1,380
2,127
3,370
1,670
2,017
0,103
3
0,103
4
0,103
5
0,103
CÁLCULOS TÍPICOS. AFORO DE CAUDAL 1
Volumen. = 0,420() = 0,770 () Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Teléfonos 3214-676 - 2524-216 ext.:233 Quito – Ecuador
= 0,698 ()
Tiempo. = 7,23 () = 6,176 () = 5,473 ()
Caudal = =
0,420 ()
=
7,23 ()
= 0,127
0,770 () 6,176 ()
= 0,123
=
0,698 () 5,473 ()
= 0,128
Caudal Promedio. =
=
+ + 3
0,127 + 0,123 + 0,128 3
= , ( )
-
Caudal Teórico. = ∗ = 6 − = 0,103
= (0,103) ∗
− (6 )
Q T = 4,78710 −
Q T = (4,78710 − )(1000)
0,0479 ( )
Coeficiente de descarga: C real =
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=
0,126
0,0479
= ,
AFORO DE CAUDAL 2
Volumen. = 2,882() = 1,520 () = 1,736 ()
Tiempo. = 5,447 () = 2,643 () = 3,113 ()
Caudal = =
2,882 () 5,447 ()
= 0,518
=
1,520 () 2,643 ()
= 0,575
=
1,736 () 3,113 ()
= 0,558
Caudal Promedio. =
=
+ + 3
0,518 + 0,575 + 0,558 3
= , ( )
-
Caudal Teórico. = ∗
= 0,017 = 0,103
= (0,103) ∗ (0,017)
Q T = 2,28310 − )(1000)
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0,2283
Q T = 2,28310 −
Coeficiente de descarga: C real =
=
0,5503
0,2283
= ,
AFORO DE CAUDAL 3
Volumen. = 2,125() = 2,695 () = 2,360 ()
Tiempo. = 2,573 () = 3,327 () = 2,327 ()
Caudal = =
2,125 () 2,573 ()
= 0,826
=
2,695 () 3,327 ()
= 0,810
=
2,360 () 2,327 ()
= 0,827
Caudal Promedio. =
=
+ + 3
0,826 + 0,810 + 0,827 3
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= , ( )
-
Caudal Teórico. = ∗ = 0,022 = 0,103
= (0,103) ∗ (0,022)
Q T = (3,36110 − )(1000)
0,3361 ( )
Q T = 3,36110 −
Coeficiente de descarga: C real =
=
0,821
0,3361
= ,
AFORO DE CAUDAL 4
Volumen. = 1,890() = 2,448 () = 2,340 ()
Tiempo. = 1,366 () = 1,777 () = 1,673 ()
Caudal =
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=
1,890 () 1,366 ()
= 1,417
=
2,448 () 1,777 ()
= 1,378
=
2,340 () 1,673 ()
= 1,399
Caudal Promedio. =
=
+ + 3
1,417 + 1,378 + 1,399 3
= , ( )
-
Caudal Teórico. = ∗ = 0,030 = 0,103
= (0,103) ∗
(0,030)
Q T = (5,35210 − )(1000)
0,5352 ( )
Q T = 5,35210 −
Coeficiente de descarga: C real =
=
1,397
0,5352
= ,
AFORO DE CAUDAL 5
Volumen. = 2,960 () = 2,935 () = 3,370 ()
Tiempo.
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= 1,446 () = 1,380 () = 1,670 ()
Caudal = =
2,960 ()
=
1,446 ()
= 2,047
2,935 () 1,380 ()
= 2,127
=
3,370 () 1,670 ()
= 2,017
Caudal Promedio. =
=
+ + 3
2,047 + 2,127 + 2,017 3
= , ( )
-
Caudal Teórico. = ∗
= 0,0355 = 0,103
= (0,103) ∗
(0,0355)
Q T = (6,74410 − )(1000)
0,6744 ( )
Q T = 6,74410 −
Coeficiente de descarga: C real =
=
2,064
0,6744
= ,
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9. GRÁFICAS 2.5
2
1.5
m c Y
CAUDAL REAL
1
CAUDAL TEORICO 0.5
0 0
1
2
3
4
Q l/s
10. ANÁLISIS DE RESULTADOS Con los resultados obtenidos en el laboratorio se observa que obtuvimos un error considerable al mirar los gráficos de caudal Real Y caudal teórico. En el gráfico se observa que las pendientes de Caudal Teórico y Caudal Real no son las mismas. Se observa que la descarga real es mucho mayor a la descarga teórica, se debe a un mal dato de aforo El caudal aforado sobrepasa considerablemente al caudal teórico. No se va a poder plantear la ecuación del vertedero con exactitud debido a la falla en los datos tomados en laboratorio. . 11. CONCLUSIONES
-
(Mena Tania) En la gráfica obtenida las curvas de los caudales son muy parecidos, la curva de caudal real tiene un pequeño error, esto puede ser resultado de no tomar correctamente los aforos.
-
Se pudo observar que la forma especial de su cresta permite la máxima descarga al compararlo con otra forma de vertedores para igual altura de carga de agua.
(Morillo Christian)
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Después de terminar la práctica podemos decir que el coeficiente de descarga para un vertedero creager con las características dadas, está dado en un rango de (2.43-3,06) el ultimo valor (3.06) es un valor muy alejado ya que se tuvo errores en el momento de aforar los caudales. - Se pudo determinar que los caudales reales son mayores a los caudales teóricos, aproximadamente son el doble de los caudales teóricos obtenidos por las fórmulas. -
-
-
-
-
-
(Muñoz Ivan) Al calcular el coeficiente de descarga real nos dio como resultado que es mayor a 2 en las 5 alturas. Al aforar en las 5 alturas diferentes en todas nos dio como resultado el coeficiente de descarga es mayor a dos. (Oña Guido) En la teoría recibida en clase se puede concluir que en la gráfica de caudal real y caudal teórico las dos curvas deben estar muy cerca e incluso interponerse entre ellas, esto quiere decir que la práctica fue bien realizada ya que el caudal teórico coincide con el caudal real. Una aplicación de vertederos es el control de inundaciones, y esto se lo pudo observar en el laboratorio, en la práctica la altura de carga de agua en el vertedero debía estar a la misma altura de la cresta para que el agua empiece a fluir a través del mismo, a mayor altura de carga de agua aumentaba la velocidad, pero la misma era menor a la que si no estaría controlada por el vertedero. (Pullotasig Doris) En la determinación del coeficiente de descarga (Creal), se obtuvieron resultados entre 2,43 y 2,63, los cuales indican que el caudal teórico es entre un 38,01 por ciento y 40,94 por ciento mayor al caudal experimental. Los vertederos de pared gruesa, son los más adecuados para efectuar aforos de caudales grandes, ya que los de pared gruesa aprovechan todo el ancho del cauce o canal.
12. RECOMENDACIONES: (Mena Tania) - Cuando las personas se encuentran aforando, se debe tener cuidado al momento de recolectar cierto volumen de agua con mucha precisión ya que se puede perder volumen y se obtendrán valores erróneos muy altos. - Luego de encerar el limnímetro, se debe esperar cierto tiempo hasta que se estabilice al agua y poder tomar una nueva altura. (Morillo Christian) Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Teléfonos 3214-676 - 2524-216 ext.:233 Quito – Ecuador
-
-
-
-
-
-
Se recomienda que en el momento de aforar sea una sola la persona encargada de manipular el recipiente y realizar el procedimiento, teniendo en cuenta que se debe realizar el procedimiento primero con el recipiente de plástico y después medir el volumen del agua en la probeta graduada para evitar romper la misma en el proceso de aforamiento. (Muñoz Ivan) Al momento de aforar se recomienda utilizar tres cronómetros para comparar los resultados y poder ser más exactos. Esperar a que el agua se estabilice para poder tomar la altura. (Oña Guido) Nuestro grupo realizo la practica en el equipo canal dependiente variable, el mismo que la descarga la tenía por un tubo amplio por lo que se nos complicó en aforar el caudal, se recomienda un recipiente lo suficientemente amplio para recoger todo el líquido para que no se desperdicie y poder tener más exactitud en el aforo. Una vez que se abra la válvula de descarga de agua esperar un momento para que el nivel de agua sea constante y poder tener una lectura con mayor precisión. (Pullotasig Doris) Tomar en cuenta cada una de las indicaciones que se nos proporciona por la ayudante a cargo como es el correcto uso de los instrumentos proporcionados y así también el funcionamiento del CANAL HIDRODINÁMICO DE PENDIENTE VARIABLE para evitar demoras en la realización de la práctica. Tener una buena coordinación con los compañeros encargados de tomar el tiempo y los compañeros que estén aforando el volumen de agua ya que esto nos permitirá tener resultados más confiable y exactos y reduciendo así el máximo de error en la práctica.
13. AGRADECIMIENTO Para el correcto desarrollo del presente informe, nosotros como estudiantes y primeros beneficiados de las experiencias obtenidas en la misma queremos expresar nuestros más sinceros agradecimientos primero al docente Ing. Jaime Gutiérrez por haber compartido sus conocimientos dentro del aula y que podemos aplicarlos en un futuro profesional, además a las respectivas colaboradoras del Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas por habernos dirigido de una manera muy acertada en la utilización de los equipos previamente suministrados así como en darnos a conocer las normas de utilización y disciplina del Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas.
14. BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Teléfonos 3214-676 - 2524-216 ext.:233 Quito – Ecuador
Mott, R. (2006). Mecánica de los fluidos (Sexta ed.). México: Pearson Educación. Sotelo Avila, G. (1997). Hidráulica General (Vol. I). México,DF: Limusa. http://documents.tips/documents/vertedero-creager.html http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/2_vertederos.pdf
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