4. Ensayo Vertederos Rectangulares

2014

VERTEDEROS RECTANGULARES

ASIGNATURA: Mecnica de fluidos I

PROFESORA: Ing. Wilmer Zelada Zamora

INTEGRANTES:

Barboza Samaniego Renato

Echegaray Garca Carlos

Salazar Esqueche Kevin

Valladolid Pravia Joel

Velsquez Reque Jaime


MECNICA DE FLUIDOS I

INTRODUCCIN

El lquido que fluye en los canales tiene una superficie libre y sobre l no acta

otra presin que la debida a su propio peso y a la presin atmosfrica. El flujo en

canales abiertos tambin tiene lugar en la naturaleza, como en ros, arroyos, etc.,

en general con secciones rectas de cauces irregulares.

El conocimiento de la cantidad de agua disponible en un predio, es de

fundamental importancia para decidir el establecimiento de un sistema de

riego. La determinacin de la cantidad de agua que se disponen en un predio

se denomina aforo y puede ser realizado de diferentes maneras.

Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un lquido con

superficie libre, causando una elevacin del nivel del fluido aguas arriba de la

misma.

Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un

nivel aguas arriba que no exceda un valor lmite, o bien para medir el caudal

circulante por un canal.

El propsito de la prctica de laboratorio fue determinar el flujo en los canales de

forma rectangular adems de realizar otras mediciones como la superficie libre,

la profundidad, teniendo en cuenta la velocidad y el tiempo



OBJETIVOS:

El principal objetivo de este ensayo es comprobar cuan exacto es el clculo

del caudal o gasto utilizando un vertedero rectangular y expresarlo en forma

general en funcin de las dimensiones del vertedero.

Comparar las mediciones reales con las tericas (laboratorio), las reales

siempre divergen de las tericas esto debido a muchas circunstancias ya sea

de quienes realicen el laboratorio como tambin de la precisin del equipo.

Determinar experimentalmente el coeficiente de descarga Cd para

vertederos rectangulares.

Graficar la curva altura h Vs. gasto Q.



FUNDAMENTO TERICO:

VERTEDEROS HIDRAULICOS

Concepto :

Un vertedero es una placa cortada de forma regular a travs de la cual

fluye el agua. Son utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medicin

del caudal de pequeos cursos de agua y conductos libres, as como en el

control del flujo en galeras y canales, razn por la cual su estudio es de

gran importancia.

Funciones del vertedero

En general las principales funciones de un vertedero son:

Control del nivel en embalses, canales, depsitos, estanques, etc.

Aforo o medicin de caudales.

Elevar el nivel del agua.

Evacuacin de crecientes o derivacin de un determinado caudal a

estas estructuras se las denomina aliviaderos.

Permitir el control del flujo en estructuras de cada, disipadores de

energa, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de

carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.

En una obra de toma, el vertedero se constituye en el rgano de

seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en

exceso generadas durante los eventos de mximas crecidas.



Clasificacin de los Vertederos

Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:

Por su localizacin en relacin a la estructura principal:

-Vertederos frontales

-Vertederos laterales

-Vertederos tulipa: este tipo de vertedero se sita fuera de la presa y la

descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo

Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal

vertido:

-Vertederos libres, sin control.

-Vertederos controlados por 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 hidrulico

Desde el punto de vista de la seccin por la cual se da el vertimiento:

-Rectangulares

-Trapezoidales

-Triangulares

-Circulares

-Lineales: en estos el caudal vertido es una funcin lineal del tirante de agua

sobre la cresta.



VERTEDERO RECTANGULAR

A) VERTEDEROS DE PARED DELGADA SIN CONTRACCIONES

Aplicando la ecuacin de energa entre los puntos 1 y 2, se obtiene una expresin

para el caudal:

=2

32 ( +

2

2)

32

En donde:

QT : caudal terico

L: longitud del vertedero.

P: altura del vertedero.

H: carga hidrulica sobre la cresta.

V: velocidad de llegada al vertedor.

g: aceleracin debida a la fuerza de la gravedad.

La ecuacin no considera las prdidas por friccin en el tramo, ni los efectos de

tensin superficial, por lo tanto el caudal real es menor que el caudal terico, por

tal razn se introduce un coeficiente que permita incluir estas consideraciones,

como se indica en la ecuacin.

=2

32 ( +

2

2)

32



Cd = coeficiente de descarga

Despreciando la influencia de la velocidad de llegada al vertedor, la ecuacin se

simplifica de la siguiente forma:

=2

32

32

Sotelo (1982) presenta ecuaciones que permiten calcular los coeficientes de descarga para vertederos rectangulares con contracciones o sin ellas y tambin

para vertederos triangulares.

B) VERTEDEROS DE PARED DELGADA CON CONTRACCIONES

En la Figura se presenta un esquema con las diferentes posibilidades de un

vertedero rectangular, con o sin contracciones. Para esta situacin, la longitud

efectiva del vertedero es L.

=2

32

32 . 5

El efecto de la contraccin se tiene en cuenta restando a la longitud total de la

cresta del vertedero L, el nmero de contracciones multiplicada por 0.1H.

= (0.1) . 6

L: longitud contrada de la lmina de agua en el vertedero.

L: longitud real del vertedero.

n: nmero de contracciones laterales, obsrvese la Figura.

Reemplazando la ecuacin (II.6) en la ecuacin (II.5) se obtiene:

=2

32( 0.1)

32



Para el caso del vertedero sin contracciones laterales (n = 0), se requiere de una

zona de aireacin en los extremos de la estructura que permita el ingreso de aire

y as para garantizar que la presin aguas abajo de la estructura sea la

atmosfrica, vase la Figura.



EQUIPOS NECESARIOS:

EQUIPO DE FLUJO SOBRE VERTEDEROS:

Canal pequeo rectangular de vidrio con un juego de tres vertederos:

rectangular. Lleva un medidor digital de nivel de gancho y trabaja junto al banco

bsico.

Prcticas Realizables:

Calibracin de vertederos

Determinacin del coeficiente de descarga en vertederos de distinto tipo.

Especificaciones Tcnicas:

Elemento Dimensin

1 vertedero rectangular de 30 cm

1 vertedero rectangular 200 x 250 mm

Un juego de tres vertederos

1 tanque de adaptacin al banco hidrulico + aquietadores

INSTALACION DEL EQUIPO

El equipo consta de cinco sencillos elementos que se emplean en combinacin

con el canal del banco hidrulico.

La boquilla de impulsin del banco debe sustituirse por la embocadura

especial (1).

Situar una pantalla rgida (2) como indica la figura, deslizndola entre las dos

ranuras existentes en las paredes del canal. La forma de estas ranuras asegura

la correcta orientacin de la pantalla, pues solo puede introducirse en una

nica posicin.

El conjunto formado por la embocadura y la pantalla proporciona las

condiciones necesarias para obtener una corriente lenta en el canal.

Un nonius (3) que se ajusta en un mstil y seala en un calibre las alturas de

carga , va montado en un soporte (4) que se acopla apoyando sobre la pared

horizontal del escaln moldeado en las paredes del canal, Este soporte puede

desplazarse a lo largo del canal para ocupar la posicin necesaria segn la

medicin a realizar.



El calibre va provisto de un tornillo de ajuste aproximado y bloqueo (5) y de una

tuerca de ajuste fino.

Un pequeo garfio o lanceta (segn se precise) (9), se acopla a la base inferior

del mstil (6) y se sujeta con ayuda de una pequea tuerca (10).

Los vertederos a estudiar, con escotadura rectangular, se montara en un

soporte, al que quedaran enclavados por unas tuercas. Las placas incluyen los

esprragos se sujecin de facilitar la labor de montaje.



BANCO HIDRAULICO:

El banco hidrulico est diseado como mesa de trabajo, sobre la que se

pueden utilizar una gran variedad de equipos didcticos, en los que sea

necesario un aporte de caudal. Cuenta con dos depsitos volumtricos de

diferentes tamaos, para la medida de pequeos y grandes caudales con

gran exactitud. El banco cuenta con conexiones mediante tuercas de unin y

un enchufe rpido (suministrado con 2 metros de manguera flexible), de

forma que la instalacin de los diferentes equipos de trabajo es gil y sencilla.

El banco cuenta adems con un tramo intercambiable, donde se pueden

acoplar gran cantidad de equipos DIKOIN.

EQUIPO DE FLUJO SOBRE VERTEDEROS FME02 (placa con escotadura

triangular) PROBETA Y CRONOMETRO.



PROCEDIMIENTO:

Montar el equipo (pantalla, embocadura y placa vertedero) como se indica

en la figura.

Emplazar el soporte portador del nonius en la mitad, aproximadamente, de la

distancia que separa el vertedero de la pantalla

Suministrar agua al canal hasta que esta descargue por el vertedero.

Cerrar la vlvula de control de suministro y parar la bomba.



Dejar que el nivel del agua en el canal se estabilice.

Tras establecer con precisin un minuto contacto entre la punta de la lanceta,

o del punto de tangencia del grfico, y la superficie libre del agua, proceder

ajustar e inmovilizar el nonius del calibre a cero.

Suministrar agua al canal ajustando la vlvula de control del caudal para ir

obteniendo, sucesivamente incrementos escalonados de altura de carga h.

En cada variacin escalonada del caudal, y una vez que se hallan estabilizado

las condiciones del rgimen, medir y anotar el valor de la altura de carga h, as

como del caudal utilizando las escalas del tanque volumtrico y el cronometro.



TABLA DE MEDICIONES:

H referencial: 92.9mm

VOLUMEN TIEMPO:

SERIE V (ml) T (s)

1

707 8.02

989 11.38

742 8.5

2

779 3.81

668 3.25

789 3.9

3

800 3.48

889 3.86

842 3.64

4

788 1.7

808 1.75

846 1.84

5

930 1.66

946 1.7

922 1.66

ALTURAS:

N ALTURA

REFERENCIAL()

ALTURA

LEIDA() ALTURA

CARGA

HIDRAULICA

() 1

92.9

83.9 9

2 74.6 18.3

3 72.4 20.5

4 59.2 33.7



CLCULOS REALIZADOS

A. CALCULAMOS LOS CAUDALES(Q):

Para calcular el caudal empleamos la siguiente frmula:

Dnde:

Q: Caudal en (ml/s, l/s)

V: Volumen del fluido (ml)

t: Tiempo en segundos

Con los datos obtenidos en el laboratorio los caudales resultan:

Procedimiento para hallar el caudal 1 Q1 y luego se realizara el mismo

procedimiento para los dems caudales:

Con:

CAUDAL VOLUMEN

(ml)

VOLUMEN

(m3)

TIEMPO (S)

Q1

707 0,000707 8.02

989 0,000989 11.38

742 0,000742 8.5

Hallamos un caudal para cada volumen y tiempo

1 1

0.0007070.000088155

8.02Q

1 2

0.0009890.000086907

11.38Q

1 30.000742

0.0000872948.5

Q

VQ

t



Luego para hallar el primer caudal

1 1 1 2 1 31

1

3

1

3

0.000088155 0.000086907 0.000087294

3

0.000087452 /

Q Q QQ

Q

Q m s

sacamos el promedio de los cuatro anteriores por lo tanto:

As mismo realizamos este procedimiento para los dems caudales donde

obtenemos la siguiente tabla:

B. CALCULAMOS LA ALTURA DE CARGA h:

Lo calculamos con la siguiente frmula:

Nro Volumen (m3) Tiempo(s) Caudal(m3/s) Caudal

promedio(m3/s)

1

0.000707 8.02 0.000088155

0.000087452 0.000989 11.38 0.000086907

0.000742 8.5 0.000087294

2

0.000779 3.81 0.000204462

0.000204103 0.000668 3.25 0.000205538

0.000789 3.9 0.000202308

3

0.000800 3.48 0.000229885

0.000230505 0.000889 3.86 0.000230311

0.000842 3.64 0.000231319

4

0.000788 1.7 0.000463529

0.000461675 0.000808 1.75 0.000461714

0.000846 1.84 0.000459783

5

0.000930 1.66 0.000560241

0.000557378 0.000946 1.7 0.000556471

0.000922 1.66 0.000555422



C. CLCULO DE COEFICIENTE DE DESCARGA Cd

a) Clculo de coeficiente de descarga

Se sabe que el caudal a travs de un orificio rectangular viene dado por la

expresin:

=2

32

32 , = 3 = 0.03

Despejando

=

2232

A continuacin presentamos la siguiente tabla en la que se calcula el

coeficiente de descarga para cada caudal y su valor promedio:

Nro Caudal

promedio(m3/s)

Altura(m) Cd Cd promedio

1 0.000087452 0.009 1.156182748

0.9350484058

2 0.000204103 0.0183 0.930664732

3 0.000230505 0.0205 0.886482285

4 0.000461675 0.0337 0.842387685

5 0.000557378 0.0377 0.859524579

N ALTURA

REFERENCIAL()

ALTURA

LEIDA() ALTURA

CARGA

HIDRAULICA

()

ALTURA DE

CARGA h (m)

1

92.9mm

83.9 9.0 0.009

2 74.6 18.3 0.0183

3 72.4 20.5 0.0205

4 59.2 33.7 0.0337

5 55.2 37.7 0.0377

Altura referencial Altura le da h altura de carga



D. CALCULO DE LOS CAUDALES TEORICOS

Con el promedio hallamos los caudales tericos

=2

32

32

= 0.08283494532

Nro Caudal

promedio(m3/s)

Altura(m) Cd Cd promedio Q terico

1 0.000087452 0.009 1.156182748

0.9350484058

0.000070726

2 0.000204103 0.0183 0.930664732 0.000205064

3 0.000230505 0.0205 0.886482285 0.000243133

4 0.000461675 0.0337 0.842387685 0.000512458

5 0.000557378 0.0377 0.859524579 0.000606353

DIFERENCIA ENTRE CAUDAL EXPERIMENTAL Y

TEORICO

N CAUDAL

PRACTICO m3/s

CAUDAL TEORICO

m3/s

1 0.000087452 0.000070726

2 0.000204103 0.000205064

3 0.000230505 0.000243133

4 0.000461675 0.000512458

5 0.000557378 0.000606353



1. TABLA DE RESULTADOS :

Nro Volumen

(m3)

Tiempo(s) Caudal(m3/s) Caudal

promedio(m3/s)

Altura(m) Cd Caudal Terico

1

0.000707 8.02 0.000088155

0.000087452

0.009

0.9350484058

0.000070726

0.000989 11.38 0.000086907

0.000742 8.5 0.000087294

2

0.000779 3.81 0.000204462

0.000204103

0.0183

0.000205064

0.000668 3.25 0.000205538

0.000789 3.9 0.000202308

3

0.000800 3.48 0.000229885

0.000230505

0.0205

0.000243133 0.000889 3.86 0.000230311

0.000842 3.64 0.000231319

4

0.000788 1.7 0.000463529

0.000461675

0.0337

0.000512458

0.000808 1.75 0.000461714

0.000846 1.84 0.000459783

5

0.000930 1.66 0.000560241

0.000557378

0.0377

0.000606353 0.000946 1.7 0.000556471

0.000922 1.66 0.000555422



2. GRFICOS:

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006

h vs Q

CAUDAL m3/s ALTURA h (m)

0.000087452 0.009

0.000204103 0.0183

0.000230505 0.0205

0.000461675 0.0337

0.000557378 0.0377



3. CONCLUSIONES

El caudal de un fluido depende mucho del nivel del agua es por eso que se

crea una un coeficiente de descarga que acompae al caudal terico, de

tal manera que se acerque al caudal real.

El coeficiente de descarga es variable ya que existe un margen error.

El coeficiente de descarga promedio es: 0.9350484058Cd

Observamos en el laboratorio que mientras aumentaba el caudal aumenta la

altura de carga.

Al final obtenemos una grfica de la curva h vs Q en la cual podremos

obtener cualquier caudal a una altura determinada, determinada la siguiente

ecuacin :

= 0.08283494532



4. BIBLIOGRAFIA

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertederos/vertederos.html

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vert_rect/index.html

www.erivera-2001.com

WWW.WILKIPEDIA.COM

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