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 Julio Delgad CI. 18.885.015

Preparador Shirlyn Yedallah CI. 20.059.455

Carlos. 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

Esquema del equipo

Formulas empleadas

Nomenclatura empleada

Muestra de cálculos

Asignaciones

Bibliografía

INTRODUCCION

Los vertederos se utilizan para contralar el nivel de agua (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 aliviadero es una estructura hidráulica destinada a permitir el

pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. 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:

Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la

elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (ver: 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.

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 descarga de 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

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 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 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.

1.1. Se instalo el vertedero pared gruesa en el canal.

2.2. Se encendió la bomba para llenar el tanque y comenzar el ensayo.

3.3. Se hizo una abertura adecuada hasta que el agua que salia por el vertedero

estuviera despegada de la pared.

4.4. Se tomo la altura con el vernier que posee el ensayo.

5.5. 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.

6.6. Lugo se cerro la salida de agua del tanque y se midió el volumen y el

tiempo para calcular el caudal medido.

7.7. 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 observar los valores de caudal medido, caudal de aforo y caudal

calculado se aprecia diferencias entre estos valores, éstas pueden ser

causadas por: la pérdida de volumen al momento de realizar la 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

inversamente proporcional, es decir, a medida que aumenta el 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 sea necesario tomar el tiempo en que tarda en alcanzar dicho

volumen.

Los resultados obtenidos de Qmed y Qaforo, son inversamente

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)   Qmed Qaforo Qcali Qcalc Qreal

    x10-4 m3/s x10-4 m3/s x10-4 m3/s x10-4 m3/s x10-4 m3/s

0,0285 0,72248 11,9 5,82 15,13 15,4 13,52

0,0255 0,78321 14,8 8,62 11,18 10,17 13,03

0,0155 0,84684 18,5 17,7 6,15 7,24 12,33

0,012 0,92333 18,8 12,7 5,74 5,38 12,27

NOMENCLATURA EMPLEADA

Qaforo: caudal de aforo (m3/s)

Qmed: caudal medido (m3/s)

Qcal: Caudal calculado (m3/s)

Qcali: Caudal calibrado (m3/s)

Qreal: Caudal real (m3/s)

µ: coeficiente de descarga del vertedero de pared delgada (adimensional)

V: Volumen de agua (m3)

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 vertederos son los que se utilizan para contralar el nivel de

agua (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

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 Y MAQUINAS HIDRAULICAS2a

edición Oxford. Editorial Alfaomega.

González, Luis Beltrán. CURSO DE HIDRÁULICA DE CANALES

ABIERTOS. Universidad de Oriente. Barcelona. 1.997._