REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA

U. N. E. F. A.NÚCLEO MARACAY – EDO. ARAGUA

INFORME DE LABORATORIODE FLUIDOS Nº 4(VERTEDEROS)

Integrantes:

VICTOR SALVATIERRAC.I:18702277

VICTOR MENDOZA CESAR FERNANDEZ

C.I:19.067.227 MELANIO ESPINAL

C.I: 2119113AED- 502

Maracay, junio 2011.

Total. Asignado.Portada. 1

Introducción. 2

Marco Teórico. 3

Procedimiento. 2

Datos Experimentales. 1

Cálculos. 4

Análisis. 4

Conclusión. 1

Recomendaciones. 1

Bibliografía. 1

TOTAL

INTRODUCCIÓN

El caudal en canales abiertos puede medirse colocando una placa transversalmente en el

canal de forma que el líquido se acumule y luego pase por arriba de ella. Esa placa recibe el

nombre de vertedero de pared delgada y puede tener varias formas; los rectangulares y

triangulares son los más empleados, estos últimos son buenos para medir caudales

pequeños.

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.

VERTEDEROS

Se llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efectúa una descarga a

superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas según las finalidades a las que se

destine. Si la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de

arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre

una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse

como dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pequeñas dimensiones. El

vertedero de pared gruesa se emplea además como obra de control o de excedencias en una

presa y como aforador en grandes canales.

Vertederos de pared delgada (Sharp-crested weirs)

La utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente a laboratorios,

canales pequeños y corrientes que no lleven escombros y sedimentos. Los tipos más

comunes son el vertedero rectangular y el triangular. La cara de aguas arriba debe ser

instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. La

estructura delgada está propensa a deteriorarse y con el tiempo la calibración puede ser

afectada por la erosión de la cresta.

El vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeñas, porque la sección

transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura.

La relación entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero, puede obtenerse

matemáticamente haciendo las siguientes suposiciones del comportamiento del flujo:

1. Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme y la presión varía con la profundidad de

acuerdo con la hidrostática (p=ρgh).

2. La superficie libre permanece horizontal hasta el plano del vertedero y todas las

partículas que pasan sobre el vertedero se mueven horizontalmente (en realidad la

superficie libre cae cuando se aproxima al vertedero).

3. La presión a través de la lámina de líquido o napa que pasa sobre la cresta del vertedero

es la atmosférica.

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

Estas suposiciones conducen al siguiente modelo de flujo ideal:

Ecuación para un vertedero rectangular de pared delgada:

Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2 sobre una misma línea de

corriente, se obtiene:

Un coeficiente Cd determinado experimentalmente, se involucra para considerar el uso

de las suposiciones, entonces:

Cd es conocido como Coeficiente de Descarga.

Un vertedero rectangular sin contracción es aquel cuyo ancho es igual al del canal de

aproximación. Para este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de Rehbock para hallar el

valor de Cd:

Donde p es la altura de la cresta del vertedero medida desde el piso del canal.

Un vertedero rectangular con contracción es aquel en el cual el piso y los muros del

canal están lo suficientemente alejados del borde del vertedero y por lo tanto no influyen en

el comportamiento del flujo sobre él. Para este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de

Hamilton-Smith para hallar el valor de Cd:

Ecuación para un vertedero triangular de pared delgada:

Siguiendo el mismo procedimiento anterior y despreciando el valor de v1/2g puesto que

el canal de aproximación es siempre más ancho que el vertedero, se obtiene la descarga a

través de

:

Condiciones de flujo adoptadas para la Fórmula De Poleni-Weisbach

Considerando la Ecuación de la Energía, a lo largo de una línea de flujo se presenta un

incremento de la velocidad y correspondientemente una caída del nivel de agua. En el

coronamiento del vertedero queda el límite superior del chorro líquido, por debajo del

espejo de agua, con una sección de flujo menor al asumido por Poleni-Weisbach.

Vertedero de pared delgada

En la sección contraída X, ubicada aguas abajo de la cresta del vertedero, la distribución

de presiones se desarrolla con ambos extremos iguales a la presión atmosférica. En estos

sectores las velocidades coinciden con las determinadas a través de la ley de Torricelli,

considerando únicamente las pérdidas de energía. En el mismo chorro, las velocidades

adquieren valores menores a las definidas por la indicada ley.

Vertederos de pared delgada en función de las condiciones de flujo aguas arriba

OBJETIVO:

Determinar teórica y experimentalmente el caudal en un canal por medio de varios

vertederos diferentes; calcular el coeficiente de descarga para cada vertedero.

REQUISITOS:

Vertederos, regla graduada y canal de inclinación variable.

PROCEDIMIENTO:

1. Se verifico que el equipo estuviera correctamente instalado.

2. Se instalaron los vertederos correspondientes.

3. Se Abrieron las válvulas correspondientes.

4. Se ajustó la inclinación del canal a una posición horizontal, utilizando el nivel que

está en el borde superior del canal. Abriendo por completo la compuerta del deposito

del canal.

5. La bomba se encendió y la tubería se purgo.

6. La válvula que conecta con el depósito del canal se cerró completamente.

7. Se Ajustó la válvula del caudal para mantener la altura constante del líquido del

canal.

8. Se midió el valor de (H) aguas arriba del vertedero.

9. Se cronometro el volumen del líquido que pasa por el contador.

H

Vertedero

7,7 cm 9,8 cm

Aplicando las formulas:

Vertedero tipo 1: Qt=8√2 g H 5

15 (tg ⱷ/2)

Vertedero tipo 2: Qt=2L√2 g H 3

3

Vertedero tipo 3: Qt=2L√2 g H 3

3

Se obtienen los siguientes resultados:

Cuadrado

Q=800caudal

Hvertice=19cm-6,6cm=12,4cm

Hh20=14,3-12,4=2,1H

Q=1500

H=15-12,4=2,5cmH

Q=2500

Vertedero 1 Vertedero 2 Vertedero 3

1 3 c m1 9 , 7 c1 9 , 7 c

6,6 c

6,0 cm

6,7 c

H=16-12,4=3,6cmH

Vertedero2 cuadrado

Vertedero2 Qexp ht(mm) Qt(c m3/seg) ht

(cm)

800 21 539,185 2,1

cuadrado 1500 25 700,35 2,5

2500 36 1210,216 3,6

Vertedero1 triangular

Q=800

Hcompleta:=19cm-6.7=12,3cm

Hh20=17-12,3=4,7cmH

Q=1500

H=18cm-12,3=5,7cmH

Q=2500

H=18,5-12,3=6.2cmH

Vertedero triangular

Vertedero1 Qexp ht(mm) Qt(c m3/seg) ht

(cm)

800 47 4,7

triangular 1500 57 7,7

2500 62 6,2

Nota: desconozco el valor de Angulo.

Vertedero 3 de cresta

Q=800

Hcompleto=12,5cm

Hcresta=12,5cm-14,5=2cm

Q=1500

15,5-12,5=3cm

Q=2500

17,5-12,5=5cm

Vertedero3 Qexp ht(mm) Qt(c m3/seg) ht

(cm)

cresta 800 20 697,325 2

1500 30 1281,075 3

2500 50 2756,434 5

ANÁLISIS DE RESULTADOS

El caudal medido en la experiencia fue muy parecido al calculado según las fórmulas

para ello, según el tipo de vertedero, a excepción del vertedero numero 3 el cual se le

tomaron dos medidas, en la medida que llamamos prima el resultado del caudal medido y el

calculado fue muy aproximado. Esto nos indica que la primera medición tomada estuvo

errónea.

CONCLUSIONES

Se ha observado que para cualquier vertedero la superficie del agua sobre la cresta e

inmediatamente atrás de ella, asume la forma de una curva, originando una superficie de

contracción, llamada curva de remanso. Se define la carga H como la distancia vertical

entre la cresta del vertedero y la superficie del agua en un punto donde esta no sea afectada

por la curvatura.

Se recomiendo que H se mida a una distancia igual o superior a 5H, otros autores

recomiendan que esta distancia sea por lo menos 6H, en general puede dejarse a criterio del

ingeniero buscando en todos los casos el mayor remanso.

Además de respetar los limites de aplicación de las formulas, para obtener mejores

resultados en la medición de caudales con vertedores rectangulares se recomienda que la

cresta del vertedor sea perfectamente horizontal, con un espesor no mayor de 2mm en bisel

y la altura desde el fondo del canal 0.30m a 2h. El plano del vertedor debe ser normal al

flujo y la cara, aguas arriba, perfectamente vertical, plana y lisa. El vertedor deberá

instalarse al centro de un canal recto que tenga una longitud mínima de diez veces la

longitud de la cresta del vertedor y un área de por lo menos, 8hb, si el vertedor tiene

contracciones, la distancia entre los extremos del vertedor y el costado del canal no debe

ser menor que 0.30m.

RECOMENDACIONES:

Para obtener mejores resultados en la experiencia hace falta que todos los factores

presentes no influyan en las mediciones, en este caso hace falta equipos calibrados que

tomen las mediciones a fin de evitar el error humano.

Así mismo también se recomienda que el fluido este sin contaminantes ya que influye en

los resultados.

La vieja data de los equipos hace que estos modifique los valores, que aunque sean

insignificantes influyen de manera determinante.

Otras que el instructor tenga a bien recomendar.

BIBLIOGRAFIA

Hidráulica general, Gilberto Sotelo Ávila

Fundamentos para la práctica de laboratorio de hidráulica; ramiro Marbello Pérez.

Laboratorio de hidráulica: escuela de ingeniería de Antioquia.