Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Departamento de Ingeniería civil Cátedra: laboratorio de Hidráulica
Descarga por Vertedero pared gruesa
Profesora
Bachilleres:
Belkis Sebastiani
Preparador Carlos.
Julio Delgad CI. 18.885.015 Shirlyn Yedallah CI. 20.059.455 Andres mantelli CI. 19716830
Barcelona, Marzo 2010
Índice Introducción Objetivos: Marco teórico Materiales y Equipos Procedimiento experimental Tabla de datos y resultados Graficas Conclusiones y recomendaciones Apéndice: •
Hoja de datos
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Esquema del equipo
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Formulas empleadas
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Nomenclatura empleada
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Muestra de cálculos
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Asignaciones
Bibliografía
INTRODUCCION Los vertederos vertederos se utilizan utilizan para contralar contralar el nivel de agua agua (vertederos (vertederos de presa) o para la medición de caudales (vertederos de medida), estos funcionan como una pared rectangular (de chapa ladrillo, hormigón, tablones de madera, etc.) que intercepta la corriente causando elevaciones en el nivel de aguas arribas En los vertederos el caudal es función de la única variable, “h” que es el espesor de la lámina d agua medida desde la cresta del vertedero, esta cresta suele ser de bronce, acero inoxidable, etc., lo que simplifica la medida, así como la adaptación del instrumento a integradores.
OBJETIVO Estudiar el comportamiento de un vertedero de pared gruesa rectangular para diferentes aberturas de la válvula.
El vertedero: o aliviade aliviadero ro es una estruct estructura ura hidráulica dest destin inad ada a a perm permit itir ir el pase, pase, libre libre o controla controlado, do, del agua agua en los escurri escurrimie mientos ntos superficial superficiales. es. Existen Existen diversos tipos según el uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. Tiene varias finalidades entre las que se destaca:
Gara Garant ntiza izarr la seguri segurida dad d de la estru estructu ctura ra hidráu hidráulic lica, a, al no perm permiti itirr la
elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (ver: Embalse Embalse))
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 arroyo..
Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no produzca
daños. Esto se hace mediante saltos, trampolínes o cuencos. En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua. Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la descarg descarga a de fondo, fondo , la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse. Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:
Por su localización en relación a la estructura principal:
Vertederos frontales
Vertederos laterales
Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y
la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo
desd desde e el punt punto o de vista vista de los instru instrume mento ntos s para para el contro controll del del caudal caudal
vertido:
Vertederos libres, sin control.
Vertederos controlados por compuertas compuertas..
desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento:
Vertedero de pared delgada
Vertedero de pared gruesa
Vertedero con perfil hidráulico
desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento:
Rectangulares
Trapezoidales
Triangulares
Circulares
Lineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante
de agua sobre la cresta
desde el punto de vista de su funcionamiento, en relación al nivel aguas
abajo:
Vertedero libre, no influenciado por el nivel aguas abajo
Vertedero ahogado
VERTEDEROS DE PARED GRUESA
Este tipo de vertederos es utilizado principalmente para el control de niveles en los ríos o canales, pero pueden ser también calibrados y usados como estructuras estructuras de medición de caudal. Son estructuras fuertes que no son dañadas fácilmente y pueden manejar grandes caudales. Algunos tipos de vertederos de borde ancho son:
Figura 1. Tipos de Vertederos de Borde Ancho El vertedero horizontal de bordes redondeados y el triangular, pueden utilizarse para un amplio rango de descarga y operan eficazmente aún con flujo con carga de sedimentos. El vertedero rectangular es un buen elemento de investigación para medición del flujo de agua libre de sedimentos. Es fácil de construir, pero su rango de descarga es más restringido que el de otros tipos. Ecuación para un vertedero de borde ancho (no ahogado): En estas condiciones se presentará un flujo crítico en algún punto sobre la cresta del vertedero.
Figura 2. Flujo Crítico sobre Vertederos de Borde Ancho
Siendo q la descarga por unidad de ancho del canal:
entonces,
y la descarga total será:
El coeficiente Cd es introducido para expresar el caudal real:
donde, como se muestra en la figura, H es la cabeza total aguas arriba sobre la cresta del vertedero. En el laboratorio la velocidad de aproximación V puede ser
obtenida mediante la medición del caudal y del área de la sección transversal, permitiendo así el cálculo de H. Sin embargo en el campo, la profundidad h es la única medida tomada y la ecuación del caudal debe modificarse así:
Ecuación del vertedero triangular al final del canal principal: Q= 1,32 h 2,48 (Q en m3/s, h en m)
Materiales Y Equipos Banco básico para la hidráulica
Marca: Gunt Hamburg. Made in Germany.
Voltaje Spanmung 115 V
Frecuencia: 60 Hz
Poder Nominal: 0.3 Kw
Consta De:
Tanque de Alimentación
Tanque de Medición
Motobomba
Escala para medir volumen de agua
Tuberías
Válvula
Vernier:
Marca: STORM.
Aprec: 0.001 mm.
Capacidad: 24cm.
Cronómetro:
Marca: Ultrak 330.
Aprec: 0.2 seg.
Capacidad: 24hr.
Cilindros graduados:
Marca: LMS Germany
Capacidad: 1000ml
Aprec: 10 ml
Jarra plástica: •
Marca: manaplas.
•
Capacidad: 2lts.
Agua. Vertedero rectangular.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
1 . Se instalo el vertedero pared gruesa en el canal.
2 . Se encendió la bomba para llenar el tanque y comenzar el ensayo. 3 . Se hizo una abertura adecuada hasta que el agua que salia por el vertedero estuviera despegada de la pared.
4 . Se tomo la altura con el vernier que posee el ensayo.
5 . Con el cronometro y una jarra de plástico se midió el volumen de agua que se obtenía en un tiempo determinado para calcular el caudal.
6 . Lugo se cerro la salida de agua del tanque y se midió el volumen y el tiempo para calcular el caudal medido.
7 . Los pasos 3,4,5 y 6 se realizaron 4 veces, para 4 aberturas.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Al comparar las lecturas de los caudales medidos con los caudales de aforo se tiene una diferencia entre los caudales del aforo y los medidos se nota que los resultados son parecidos.
Al obse observ rvar ar los los valo valore res s de caud caudal al medi medido do,, caud caudal al de afor aforo o y caud caudal al calcula calculado do se aprecia aprecia diferenc diferencias ias entre entre estos estos valores, valores, éstas éstas pueden pueden ser causadas causadas por: la pérdida de volumen al momento de realizar la recolección recolección del agua con la jarra, y la falta de precisión en el momento de realizar los aforos; tales diferencias se pueden observar en la Tabla (Caudal de aforo, medido, calculado, calibrado).
En tabla se noto que el coeficiente de descarga y el caudal medido son
inversa inversamen mente te proporci proporciona onal, l, es decir, decir, a medida medida que aumenta aumenta el caudal caudal medido disminuye el coeficiente de descarga.
Se recomienda tomar un volumen constante, en el tanque de descarga para calcular el caudal medido (Qmed) de manera tal, facilitar el procedimiento y solo solo sea sea nece necesa sari rio o toma tomarr el tiem tiempo po en que que tard tarda a en alca alcanz nzar ar dich dicho o volumen.
Los Los
resul esulta tado dos s
obte obteni nido dos s
de
Qmed Qmed y
Qafor aforo, o, son son
inv inversa ersame ment nte e
proporcionales al Qcalculado, lo que indica que pudo haber un error en la toma de datos durante la práctica.
TABLA DE DATOS Y RESULTADOS
h (m) 0,0285 0,0255 0,0155 0,012
0,72248 0,78321 0,84684 0,92333
Qmed Qaforo Qcali Qcalc Qreal -4 3 -4 3 -4 3 -4 3 x10 m /s x10 m /s x10 m /s x10 m /s x10-4 m3/s 11,9 5,82 15,13 15,4 13,52 14,8 8,62 11,18 10,17 13,03 18,5 17,7 6,15 7,24 12,33 18,8 12,7 5,74 5,38 12,27
NOMENCLATURA EMPLEADA Qaforo: caudal de aforo (m 3/s) Qmed: caudal medido (m 3/s) Qcal: Caudal calculado (m 3/s) Qcali: Caudal calibrado (m 3/s)
Qreal: Caudal real (m 3/s) µ: coeficiente de descarga del vertedero de pared delgada (adimensional) V: Volumen de agua (m 3) t: tiempo (s) B: Base mayor del vertedero (m) b: Base menor del vertedero (m) h: Altura del nivel de agua en la escala del vertedero (m) w: Altura desde el fondo del canal hasta la cresta del vertedero (m) g: Aceleración de gravedad (m/s²). n: numero de muestra para cada abertura.
MUESTRA DE CALCULO.
Coeficientes de descarga:
Calculo del caudal calculado
Calculo del caudal real Caudal de Aforo: Qaforo = 4.6*10 -4m3/0.79seg. = 5.82*10 -4 m3/s
h:2.85
Qaforo = 8.62*10-4 m3/s Qaforo = 1.77*10-3 m3/s Qaforo = 1.27*10-3 m3/s
h:1.2
Caudal medido: Qmed = 0.013m3/10.88seg. = 1.19*10 -3 m3/s Qmed = 1.48*10-3 m3/s Qmed = 1.85*10-3 m3/s Qmed = 1.88*10-3 m3/s
Arrojando el siguiente ajuste: Y=-0.735x +23.02 Del cual se despeja la variable x que es la que representa el valor del caudal calibrado para un caudal medido dado, nos queda: X= (Y-23.02)/-0.735 Qcali=(11.9-23.02)/-0.735=15.13x10 -4
Qcali=11.18x10 -4 Qcali=6.15x10 -4 Qcali=5.74x10 -4
Calculo del caudal real: Qreal = 11.9x10 -4 + 15.13 x10 -4 = 13.52x10 -4 m3/s 2 Qreal =12.99x10 -4 m3/s Qreal = 12.33x10 -4 m3/s Qreal = 12.27x10 -4 m3/s
Definir: •
Caudal: El caudal se define como el volumen de agua que pasa por una sección por unidad de tiempo.
•
Vertedero: Los verted vertederos eros son los que que se utilizan utilizan para contra contralar lar el nivel de agua agua (ver (verte tede dero ros s de pres presa) a) o para para la medi medici ción ón de caud caudal ales es (ver (verte tede dero ros s
de
medid edida) a),,
esto estos s
func funcio iona nan n
como como una una
pare pared d
rectangular (de chapa ladrillo, hormigón, tablones de madera, etc.) que que interc intercept epta a la corrie corriente nte causa causand ndo o elevac elevacio iones nes en el nivel nivel de aguas arribas
•
Cresta: La cresta es el borde o superficie sobre el cual circula el agua.
•
Tipos de vertederos:
Según la altura de la lámina aguas abajo:
vertederos de lámina libre. vertederos sumergidos.
Según la disposición en planta del vertedero con relación a la corriente
vertederos normales
vertederos inclinados.
Vertederos quebrados.
vertederos curvilíneos.
Por su localización en relación a la estructura principal:
Vertederos frontales
Vertederos laterales
Vertederos tulipa.
Según el espesor de la pared:
vertedero de pared delgada.
vertederos de pared gruesa.
•
Coeficiente de descarga del vertedero: El coeficiente de descarga del vertedero es la relación que pasa por el aparato y el caudal ideal se denota por la letra.
BIBLIOGRAFIA. ATAIX CLAUDIO. MECANICA DE FLUIDOS FLUIDOS Y MAQUINAS MAQUINAS HIDRAULICAS2 HIDRAULICAS2 a edición Oxford. Editorial Alfaomega.
Gonz Gonzál ález ez,,
Luis Luis
Belt Beltrá rán. n.
CURSO RSO DE HIDRÁULICA DE CANALES
ABIERTOS. Universidad de Oriente. Barcelona. 1.997._
