Laboratorio Vertederos de Pared Delgada

8/12/2019 Laboratorio Vertederos de Pared Delgada

1/21

LABORATORIO N3. VETEDEROS DE PARED DELGADA

EDWIN ALBEIRO SUAREZ RETIGA COD 201110756

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA CIVILHIDRULICA I

TUNJA2013


2/21

LABORATORIO N3. VERTEDEROS DE PARED DELGADA.

ANGIE ALEXANDRA PEREZ MOLANO (201110445)CARLOS ANDRES CHAPARRO PULIDO (201110960)

JULIETH CAROLINA BLANCO RIAO (201110951)

Presentado a: Ing. Melquisedec Cortes.En el curso de Hidrulica I.Monitor: Alexander Rojas.

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERA CIVILHIDRAULICA I

TUNJA2013


3/21

INTRODUCCION

Ante la importancia que representa para el estudiante de Ingeniera Civil elconocimiento y el adquirir criterio para la seleccin de un mtodo de aforo enplantas de tratamiento de aguas residuales, se hace necesario que estecomprenda el correcto funcionamiento de los vertederos de pared delgada(rectangular) as como su diseo, construccin, instalacin y el mtodo de ensayode calibracin de vertederos de pared delgada en el laboratorio.

La determinacin del caudal que circula por una canal a superficie libre es de granimportancia en campos como los riegos y drenajes, la regulacin y la conservacin

de agua y el control de crecientes por mencionar algunos. Excepto en condicionesparticulares de flujo, por ejemplo una seccin transversal de canal donde existauna relacin directa entre el caudal y la profundidad de la lmina de agua, esnecesario crear estas condiciones de tal manera que a una profundidad de agua lecorresponda un solo caudal. Para lograr estas condiciones se utilizan estructurashidrulicas cuyo objetivo es la medida del flujo, estas estructuras pueden ser losvertederos de cresta delgada, los vertederos de cresta ancha y los canales deaforo.

En el presente informe se describe de manera breve el funcionamiento de unvertedero de pared delgada (rectangular), as como el mtodo de ensayo usado enlaboratorio para la calibracin de vertederos, obteniendo unos caudales reales oexperimentales que pueden ser comparados con unos tericos, que junto conotras caractersticas del flujo como la carga sobre el vertedero permiten obtenerun coeficiente de descarga, que hace posible caracterizar de alguna manera el(los) flujo(s) estudiado(s).


4/21

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar el valor de las velocidades y los caudales terico y experimentalpara obtener el coeficiente de descarga, a partir del cociente entre estoscaudales.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Medir las alturas limnimetricas aguas arriba para obtener la velocidad y loscaudales.

Hallar el caudal experimental y terico del ensayo para el vertederorectangular.

Obtener la velocidad de cada intento con el caudal aumentado, a partir deluso del micro-molinete.

Analizar el comportamiento del vertedero frente a la situacin de si se usarapara un canal abierto.


5/21


6/21

MARCO TERICO

Vertederos de pared delgada.

El caudal en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedor, que es unaobstruccin hecha en el canal para que l liquido retroceda un poco atrs y fluyasobre o a travs de ella. Si se mide la altura de la superficie liquida de la corrientearriba es posible determinar el caudal. Los vertederos, construidos con una hojade metal u otro material, que permitan que el chorro o manto salgan librementereciben el nombre de vertederos de pared delgada.

Debe haber una posa de amortiguacin o un canal acceso aguas arriba paracalmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y

suavemente.Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler aocho veces el ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces laprofundidad de la corriente sobre el vertedero.

La utilizacin de vertederos de pared delgada est limitada generalmente alaboratorios, canales pequeos y corrientes que no lleven escombros ysedimentos. Los tipos ms comunes son el vertedero rectangular y el triangular.La cara de aguas arriba debe ser instalada verticalmente y el borde de la placadebe estar cuidadosamente conformado. La estructura delgada est propensa a

deteriorarse y con el tiempo la calibracin puede ser afectada por la erosin de lacresta.

El vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeas, porque laseccin transversal de la lmina vertiente muestra de manera notoria la variacinen altura.

La relacin entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero, puedeobtenerse matemticamente haciendo las siguientes suposiciones delcomportamiento del flujo:

1. Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme y la presin vara con laprofundidad de acuerdo con la hidrosttica (p=rgh).

2. La superficie libre permanece horizontal hasta el plano del vertedero y todas laspartculas que pasan sobre el vertedero se mueven horizontalmente (en realidad lasuperficie libre cae cuando se aproxima al vertedero).


7/21

3. La presin a travs de la lmina de lquido o napa que pasa sobre la cresta delvertedero es la atmosfrica.

4. Los efectos de la viscosidad y de la tensin superficial son despreciables.

Estas suposiciones conducen al siguiente modelo de flujo ideal.

Ecuacin para un vertedero rectangular de pared delgada:

Terminologa relativa a los vertederos. A continuacin se definen los trminoscomnmente utilizados en la descripcin de los flujos a travs de vertederos lafigura ilustra dichos trminos, donde:

b: Longitud de la cresta del vertedero.B: Ancho del canal de accesoh: Carga del vertedero. es el desnivel entre la superficie libre de aguasarriba y la cresta del vertederoa: carga sobre la cresta


8/21

P: Altura o cota de la cresta, referida al fondo del canalZ: Espesor de la lmina de agua, aguas abajo del vertederoL : Distancia mnima, aguas arriba del vertedero, a la cual se coloca elmedidor de niveles (limnmetro). L. mayor o igual que 5h.

e: Espesor de la pared del vertederoH: Espesor de la lmina de agua, aguas arriba del vertedero.

El chorro descargado a travs de la escotadura del vertedero, modelado por lacresta, forma una hoja llamada napa o lamina vertiente.

Aplicando la ecuacin de Bernoulli entre los puntos 1 y 2 sobre una misma lneade corriente, se obtiene:

ya que segn la suposicin 3, y llamando, entonces se tiene:

Es decir,

La descarga terica a travs de una faja de espesor dZ es: dQ = V2bdZ, entonces:


9/21

Ya que V1 depende de Q, la solucin de esta ecuacin debe obtenerse por

ensayo y error; sin embargo, la velocidad de aproximacin V 1 es en general muy

pequea y la ecuacin anterior se puede simplificar.

Un coeficiente Cd determinado experimentalmente, se involucra para considerar eluso de las suposiciones, entonces:

Cd es conocido como Coeficiente de Descarga.

Un vertedero rectangular sin contraccin es aquel cuyo ancho es igual al del canalde aproximacin. Para este tipo de vertedero es aplicable la frmula de Rehbockpara hallar el valor de Cd:

Donde p es la altura de la cresta del vertedero medida desde el piso del canal. Unvertedero rectangular con contraccin es aquel en el cual el piso y los muros delcanal estn lo suficientemente alejados del borde del vertedero y por lo tanto noinfluyen en el comportamiento del flujo sobre l. Para este tipo de vertedero esaplicable la frmula de Hamilton-Smith para hallar el valor de Cd


10/21

EJEMPLOS DE CLCULOS

Clculo del tirante:Para Q2 en el punto -1:

Clculo de H:Para Q2:

Clculo del caudal real:Para Q2.Base del vertedero= 0.282 mVelocidad (Q2) = 0.14 m/sTirante en el punto -2= 0.2385 m

Clculo del caudal terico:

Para Q2.H = 0.0545 m


11/21

Clculo de v2/ 2gPara Q2, en el punto -2

rea en el punto -2 = 0.062604 m2

Qreal= 0.006698837 m3/s

Ahora :

Clculo de energa.

Para Q2, en el punto -2.Tirante en el punto -2 = 0.222 mV^2/2g = 0.00058 m


12/21

CUESTIONARIO.

1. Graficar Qexp vs. H, realizar una regresin Qexp. = CHn. Obtener elcoeficiente C y los correspondientes coeficientes de descarga.

2. Calcular el caudal calibrado o terico.

El caudal terica calibrado o terico se encuentra en la tabla de clculosadjunta.

QQ terico(m/s)

1 0.0240680432 0.0375710213 0.0680747054 0.074474212

3. Comprobar con los valores obtenidos por el mtodo de aforo de caudales.

Qreal = 0.1693*H0.9994

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Qreal(m/s)

H (m)

Qreal Vs. H


13/21

4. Graficar Qexp. vs. Qterico, realizar la regresin Qexp = A + BQTDeterminar el coeficiente de descarga para cada vertedero.

5. Establezca y dibuje los perfiles de flujo.

Perfiles de flujo para cada uno de los cuatro caudales.

Qreal = 0.1487QT + 0.0035

00.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Qreal(m/s)

Qterico (m/s)

Qreal vs. Qterico.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Tirante(m)

Punto

Perfil de flujo (Q1)


14/21

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Tirante(m)

Punto


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Tirante(m)

Punto


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Tirante(m)

Punto



15/21

6. Calcular los coeficientes de descarga con las formulas experimentales(Tabla 7.1 y 7.2 de la Hidrulica General de Sotelo) y verificar la validez decoeficientes experimentales obtenidos experimentalmente en el laboratorio.

Analizar comportamiento y comentar.

Ecuacin de Sociedad de Ingenieros y Arquitectos Suizos: como elvertedero es rectangular sin contracciones, se dice que B=b, as:

Para Q1

Para Q2


16/21

Para Q3

Para Q4

7. Qu hiptesis se considera para la obtencin de la expresin de ladescarga real en vertederos de pared delgada y que contraposicin seencuentra para el clculo de la velocidad terica.

La velocidad terica se calcula conociendo previamente el gasto o ladescarga y luego por medio de tanteos se obtiene. Sin embargo, paraobtener este gasto se considera que la velocidad de llegada es nula odespreciable, comparado con la magnitud de la descarga.

8. Qu consideraciones se deberan tener en cuenta si el vertedero seencuentra inclinado.

En caso de que el vertedero se encuentre inclinado las condiciones a teneren cuenta han de ser las variaciones en la velocidad, ya que esta aumentadependiendo de la inclinacin del vertedero con respecto a la horizontal.


17/21

Las caractersticas de l flujo como el caudal y la geometra del vertederovan a ser constantes.


18/21

ANLISIS DE RESULTADOS.

Observando las tablas y el comportamiento del flujo en un canal se llega aver que el caudal es igual en todo el canal, pero la velocidad no. Se puedellegar a considerar que el flujo aguas arriba del vertedero es constante yuniforme debido a esto tomamos las lecturas de velocidad con el micro-molinete en esta seccin.

Se puede afirmar o inferir que cuando sea mayor le tirante mayor sera elcaudal que se traporta sobre le canal , esto apoyando en que el valor deltirante aumenta aumneto de igual forma el valor de caudal, es decir queestas dos valores tiene un a relacion directa .se comenta que la carga sobre

el vertedero H aumenta de manera exponecial estrictamente crecientedonde aumenta el 15 % aproximadamente respect al caudal.

Continuando con la observacion de caudales se llega a considerar que elcuadal teorico es el 15 % mayor al real debido a que no considera lasprdidas por friccin en el tramo, ni los efectos de tensin superficial.obviemnete estos caudales tiene una relacion lineal.

Viendo los perfiles de flujo Q4 y analizando el nivel de agua abajo delvertedero es lo suficientemente elevado para afectar la descarga, por lotanto se dice que el vertedero puede estar ahogado.

Analizando los perfiles de flujo ,es pobible onsevera que el Q1 tiene unafuncion de condicones de flujo aguas arriba antes del vertedero sinremanso dado a que se forma un tipo de resalto hidraulico debido al bajocuadal que se trasporta. En los otros perfiles Q2,Q3 y Q4 la condicion deflujo que forma son con remanso debido al cuadal.

De manera experimental se observa que despues del vertedero osea aguas

abajo se observa la creacion de burbujas debido a que lasparticulas pasan a gran velocidad por una arista afilada, produciendo unadescompresin del fluido.

Otro efecto observado en la prctica ;se logra a ver que el vertedero formauna cierta compuerta al cual al descargar el caudal est ocasiona una serie


19/21

de olas las cuales se disipan a lo largo de la longitud aguas arriba debido alos cambios de presin y velocidad ocasionado por una descarga brusca .

Para todos los casos se ve que el vertedero forma un tipo de lmina

deprimida debido a que el aire es arrastrado por el agua, ocurriendo unvaco parcial aguas abajo de la estructura, que modifica la posicin de lavena.

Normalmente el coeficiente de descarga suele tomar valores comprendidosentre 0.64 y 0.79, debido a efectos de vena contracta e incluso de tensinsuperficial hay variaciones y esto causa que la relacin entre los caudalesexperimental y terico no sean similares en su totalidad, sin embargo en elensayo realizado los valores varias bastante y no son coincidentes en su

magnitud. Por ejemplo para el caso del caudal 3 el valor del caudal tericoes 0,068 y el del caudal real es 0,014 lo que dara un coeficiente dedescarga de 0,199 que es un valor atpico para un vertedero rectangular.

Contra mayor es el valor del coeficiente de descarga, a una mismadiferencia de altura del embalse, ms caudal y por lo tanto ms rpidopodr desembalsarse el depsito a travs de la vlvula, en este casoparticular los coeficientes tomaron valores significativamente bajos, lo queindicara un caudal bajo y un desembalsado menos rpido.

Los caudales hallados con la frmula experimental de Hegly, se aleja unpoco de los caudales reales hallados inicialmente, esto se puede deber acaractersticas propias del flujo o a imprecisiones/errores cometidos en elensayo. Otro factor que puede influir es el mal uso de las variablesexpuestas en dicha ecuacin experimental.


20/21

CONCLUSIONES.

A partir de ensayos como este, hechos en laboratorio se puede llegar ainvestigaciones macro conocidas como curva de calibracin o patronamiento.

El vertedero rectangular es un buen elemento de investigacin paramedicin del flujo de agua libre de sedimentos. Es fcil de construir, pero surango de descarga es ms restringido que el de otros tipos.

http://www.fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2013/02/05/Manual_de_Hidraulica_de_Canales.pdf


21/21

BIBLIOGRAFA.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertpareddelg/vertpareddelg.html (Marco Terico).

http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3356_C.pdf

Guas de Laboratorio Hidrulica I. Universidad Pedaggica y Tecnolgicade Colombia.

SOTELO VILA, Gilberto. Hidrulica General. Volumen 1. Editorial Limusa,S.A de C.V. GRUPO NORIEGA EDITORES. BALDERAS 95, MXICO D.F.1997.
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertpareddelg/vertpareddelg.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertpareddelg/vertpareddelg.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertpareddelg/vertpareddelg.htmlhttp://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3356_C.pdfhttp://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3356_C.pdfhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertpareddelg/vertpareddelg.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertpareddelg/vertpareddelg.html

Documents

Laboratorio Vertederos de Pared Delgada