CARACTERSTICAS DEL FLUJO SOBRE UN VERTEDERO DE CRESTA AGUDA

INTEGRANTES:MARA MADERA HERNNDEZEVER OLIVA RHENALSGREY ORTIZ CUREJAHIR POLO VITAL

ING. JAIRO OSORIO NAVARRO

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERAS PROGRAMA DE INGENIERA CIVILSINCELEJO-SUCRE2014INTRODUCCINExisten estructuras que tienen aplicacin muy extendida en todo tipo de sistemas hidrulicos y expresan una condicin especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel, Normalmente desempean funciones de seguridad y control. La estructura que permite la evacuacin de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua. Se denomina 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 conduccin, 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 lmina lquida de espesor limitado, 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, 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, entre otras aplicaciones.En el siguiente informe se mostrara algunos aspectos del funcionamiento de un vertedero de cresta aguda.

OBJETIVOS Determinar la relacin entre la cabeza de aguas arriba del vertedero y el flujo de agua sobre un vertedero de cresta aguda.

Calcular el coeficiente de descarga y observar el modelo de flujo obtenido.

MTODO Usando el vertedero de cresta aguda instalado en el canal y comparando las caractersticas de flujo bajo un rango de flujo, con las condiciones: tubo de aireacin abierto y tubo de aireacin bloqueado.

EQUIPO REQUERIDO Canal abierto Armfield C4-MkII Modelo de vertedero rectangular de cresta aguda Calibrador de nivel (gancho), escala 300 mm Banco hidrulico Armfield F1-10 Medidor de flujo directo Tanque volumtrico Cronmetro

MARCO TERICO

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.

Los vertederos son diques o paredes que se oponen al flujo y que poseen una escotadura con una forma geomtrica regular por la cual pasa el flujo. En general hay dos tipos de vertederos, los de pared delgada y gruesa. Los vertederos de pared delgada se usan bsicamente para determinar el caudal en cualquier momento en una corriente pequea. Los vertederos de pared gruesa se usan principalmente para control de excedencias, y su evacuacin puede ser libre o controlada. Los vertederos que ahora interesan son los de pared delgada y dentro de estos los ms utilizados son: rectangular, triangular y trapezoidal, en este caso se tratar el rectangular.

Para un vertedero rectangular de cresta aguda

; Por lo tanto

Ecuacin de rehbock

Cuando un vertedero rectangular se extiende en todo el ancho del canal se llama vertedero suprimido (rectangular sin contracciones laterales) se determina el Cd as:

PROCEDIMIENTO

Se encendi la bomba, se ajust el flujo de agua en el canal para obtener una profundidad de flujo Y0 inicial, con la lmina adherida a la cara trasera del vertedero; se midi el caudal y se registraron el nivel de referencia Y0; se dibuj el patrn de flujo observado. Se Introdujo un objeto en el espacio detrs del vertedero para crear la condicin (tubo de aireacin abierto) se registr el nivel de Y0, se midi el caudal. Haciendo incrementos en el nivel de alrededor de 0.01 m. se midi el caudal de flujo y se registr el nuevo nivel del agua Y0 por cada incremento, evitando hacer la lectura en la zona de la curva de cada. El caudal de flujo puede ser determinado usando el medidor de flujo directo o el tanque volumtrico con cronmetro.

RESULTADOS

Ancho de vertedero b (ancho del canal): b= 0.075 mAltura de la placa del vertedero: P = 0.1156 mNivel de referencia (cresta vertedero) = 0 m

TUBO DE AIREACIN BLOQUEADO Y0(m)H(m) (directo)Cd

0,13070,15118.97 0,769363

TUBO DE AIREACIN ABIERTO Y0(m)H(m) (directo)CdLog QLog H

10.13240.016818.970,655591-3,5000839-0,8781120

40.14930.033753.420,649813-3,05044737-0,8259402

50.15230.037161.890,651762-2,98653077-0,8161610

60.15460.03967.010,654745-2,95201163-0,8107905

Calculo del coeficiente de descarga (Cd) y las alturas sobre la cresta del vertedero aguas arribas (Y0).

DETERMINACIN DEL CD PARA LA CONDICIN CUANDO LA LMINA DE AGUA NO EST PROPIAMENTE VENTILADA

Para un vertedero de cresta aguda.

QH (m)b (m)Q (m/seg)Cd

10.01680,0753.1617E-40,655591

40.03370,0758.9033E-40,649813

50.03710,0751.0315E-30,651762

60.0390,0751.1168E-30,654745

ahora hallamos Cd por mediante la Ecuacin De Rehbock la cual es de la siguiente manera.

Y obtuvimos el Cd para cada sistemaQP (m)H (m)b (m)Cd

10.11560.01680,0750,6140623

40.11560.03370,0750,6261964

50.11560.03710,0750,6286375

60.11560.0390,0750,6300017

GRAFICA Q VS HCdH(m)

0,61406230.0168

0,62619640.0337

0,62863750.0371

0,63000170.0390

Grafica De Log Q Vs Log HLog QLog H

-3,5000839-0,8781120

-3,05044737-0,8259402

-2,98653077-0,8161610

-2,95201163-0,8107905

GRAFICAMOS Cd vs H

CdH(m)

0,6067958480,0168

0,6116202420,0337

0,612590830,0371

0,6131332180,039

De la grfica Log Q Vs Log H obtuvimos que:

Entonces el LogK es cuando se Presenta el intersecto del LogQ entonces decimos que es

Despejamos y obtenemos que Y el gradiente m es la pendiente de la recta y basndonos de la ecuacin de la recta tenemos que

Por tal razn Para la relacin de Q y H partimos de la ecuacin

Entonces remplazando obtenemos que la relacin entre Q y H es:

ANLISIS DE RESULTADODe los resultados obtenidos en el laboratorio podemos analizar lo siguiente: Al comparar los dos caudales: Directo y terico, notamos que estos son muy similares en ciertos aspectos pero presentan una variacin, Esto se debe al flujo crtico con el que se est calculando, y tambin a que el flujo directo es arrojado cuando pasa por un tubo. La ecuacin que relaciona el caudal con la altura H es la siguiente la cual nos permite determinar para cualquier altura H; el caudal cuando el vertedero esta con aire presenta un caudal mucho mayor a cuando esta sin aire, esto se puede observar en el clculo que se realiz con mismo caudal directo; se observa que el coeficiente de descarga terico o calculado por la frmula es mucho mayor cuando el vertedero esta con aire. La diferencia entre los entre estos es de 0.113772.Se podra mencionar que para poder encontrar el coeficiente de descarga, se puede observar en la grfica Q vs H del vertedero rectangular que existen puntos que no concuerdan con la lnea de tendencia, adems los valores de coeficiente de descarga no son ptimos tal es el caso de los experimentos 1, 2, 3 y 4 respectivamente a los caudales tratados.En teora fue muy importante la realizacin de esta prctica ya que nos permiti generar una destreza en la realizacin de vertedero de cresta delgada, un aporte muy importante a la hora de nuestra vida laboral ya que nos permite obtener conocimientos bsicos sobre este.En la toma de los caudales se pudo observar que en ciertas ocasiones el fluido presentaba adherencia a la pared del vertedero, por los cual la toma del caudal, no era imposible, pero si daba un error grande en los datos; aumentar el caudal abriendo un poco ms la vlvula reguladora, es lo que se debe hacer en estos casos.

CONCLUSIN Los canales que tienen revestimientos nos proporcionan un mejor movimiento de agua y evitan que el canal se erosione.

Se puede concluir que los canales rectangulares dependiendo de su geometra transportaran grandes o moderados volmenes de agua.

En el momento en que la lmina de agua es alterada por la cmara de aire, esta modifica la condicin de la lmina y altera el caudal.

La relacin existente entre la altura aguas arriba del vertedero y el flujo de agua sobre un vertedero de cresta aguda es

RECOMENDACIONESPara llevar a cabo la prctica de laboratorio se recomienda lo siguiente: Tener claro los procedimientos que se van a llevar a cabo durante la prctica, con el fin de no cometer erros. Para evitar accidentes en la realizacin del ensayo es recomendable tener plena conocimiento de la manipulacin de los equipos, as como sus ilimitaciones para evitar daos en estos. Verificar que en el canal no existan fugas o prdidas, pues esto conlleva a errores en los datos. Estar muy atentos a las indicaciones del docente o gua de laboratorio, para realizar la experiencia de manera exitosa. Llevar la vestimenta adecuada y los materiales necesarios para el ensayo.