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DANILO BELTRAN, LUIS SEGUNDO MEZA , JUAN MOSALVE, EDGARDO MENDOZA Y MARIA COTES
UNIVERSIDAD DE LA COSTAFACULTAD DE INGENIERA
PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL
ASIGNATURA: LABORATORIODE HIDRULICA / VERTEDEROS
PRACTICA N 4 VERTEDEROS TRIANGULARES
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ASIGNATURA: LABORATORIODE HIDRULICA / VERTEDEROS
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCION2. OBJETIVOS3. MARCO TEORICO
4. PROCEDIMIENTO5. CALCULOS6. ANALISIS. (PREGUNTAS)7. CONCLUSION8. BIBLIOGRAFIA
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1. INTRODUCCION
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. Como vertedero de medida, el caudal depende de
la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, adems de depender de la
geometra; por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de
caudal en canales abiertos. Hacia esta segunda aplicacin est enfocada la
presente prctica.
2. OBJETIVOS
Realizar la calibracin de dos vertederos de cresta delgada: uno de forma
rectangular y otro de forma triangular.
Estimar el coeficiente de descarga y compararlos con los reportados por otros
investigadores en la literatura.
Reconocer los vertederos de cresta delgada como herramientas de medicin decaudales para flujos sobre canales abiertos.
3. MARCO TERICO
Vertedero triangular
Este tipo de vertedero se emplea con frecuencia para medir caudales pequeos
(inferiores aproximadamente a 6 l/s). En la Figura 7 se muestra un esquema de la
geometra de este tipo de vertedero. El ngulo puede tomar cualquier valor,
aunque es muy frecuente el vertedero con = 90.
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Vertederos triangulares de pared delgada
Igualmente puede determinarse la expresin que relaciona el caudal y la
profundidad de flujo sobre la cresta de un vertedero triangular de pared delgada.
Este tipo de vertederos se emplean tambin para la medicin de caudales,
obtenindose una mejor precisin debido a que presentan mayor carga para un
mismo caudal. Sin embargo por esta misma razn, se limita a la medicin de
caudales pequeos.
Ecuacin 4:
() Donde es el ngulo de abertura para un vertedero simtrico.
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Figura. Esquema tipo de un vertedero triangular.
Igualmente, se determina el coeficiente Cd para hallar el QR, tal como se
especific en la ecuacin 2.
Calibracin de los vertederos
En este apartado se pretende realizar una calibracin de tres tipos de vertederos,a saber: rectangular sin contracciones, triangular y rectangular contrado. La
calibracinconsiste en la obtencin de los coeficientes de descarga
correspondientes. Dichos coeficientes se obtienen a partir de la ecuacin (7),
como el cociente entre el caudal realde la descarga y el caudal terico de la
misma. Por ello, es necesario determinar estos caudales.
Se considera que la descarga del chorro de agua a travs de un vertedero
escorrecta, cuando dicho chorro de agua est suficientemente separado de las
paredes del vertedero. Si el chorro no se separa, debe variarse el caudal hasta
que se consigan las condiciones deseadas. En vertederos reales este proceso seconsigue en ocasiones mediante ventilacin.
Para determinar los caudales tericos es necesario medir la altura de la lminade
agua, aguas arriba de los vertederos, mediante el calibre de gancho. Tal y como
seexplic en la seccin anterior, debe ajustarse el cero en la escala del calibre
para unnivel de agua a ras del vertedero.
En el caso del vertedero rectangular sin contracciones laterales, el caudal terico
se obtiene entonces a partir de la ecuacin (5), para el vertedero triangular apartir
de la ecuacin (10) y para el vertedero rectangular con contracciones laterales
apartir de la ecuacin (13).
( ) ( )
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4. PROCEDIMIENTO
Vertedero Triangular
a) Coloque el canal en posicin horizontal.
b) Mida las dimensiones del vertedero instalado, el ancho de la cresta delgada
para el vertedero rectangular y el ngulo q para el triangular.
c) Instale el vertedero sobre el canal, asegurndose que no se presenten
filtraciones de flujo por debajo de ste. Es decir garantice que todo el caudal pase
por la abertura del vertedero.
5. CALCULOS Y ANALISIS
Realice con los datos hallados experimentalmente, la calibracin del vertedero
empleado, teniendo en cuenta la forma de la expresin: Q = ' Considerando la expresin hallada para el vertedero analizado, calcule elcaudal
experimental, Q experimental.
Calcule el caudal Qt sobre el vertedero rectangular y el vertedero triangular
mediante las ecuaciones 3 y 4 respectivamente.
Calcule el coeficiente Cd, para cada uno de los caudales ensayados.
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TABLA CALCULOS GENERAL
Prueba Vol (m3)tiempo(seg) Q(m3/seg) H(m) h (m) h^B QR Q (t) Cd
1 0,003406 5,70 0,00059755 0,073 0,034 0,445 0,0006113 0,0010071 0,61
2 0,004463 5,98 0,00074626 0,076 0,037 0,454 0,0007325 0,0010071 0,73
3 0,004996 5,58 0,00089533 0,079 0,04 0,463 0,0008655 0,0012239 0,71
4 0,005570 5,48 0,00101637 0,083 0,044 0,474 0,0010612 0,0015531 0,68
5 0,006436 5,17 0,00124494 0,086 0,047 0,481 0,0012220 0,0018316 0,67
6 0,007648 5,28 0,00144858 0,090 0,051 0,491 0,0014553 0,0022465 0,65
DIMENSIONES DEL VERTEDERO TRIANGULAR
= 90 L
L= 0,08 m
A= 0,08 m
L`= 0,039 m
TABLA DE DATOS INICIAL
Volumen (kg/m3) Tiempo (seg) H (m)3,372 5,70 0,073
4,418 5,98 0,076
4,496 5,58 0,0795,514 5,48 0,083
6,372 5,17 0,086
7,572 5,28 0,090
Densidad del agua experimental
B= 90
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Entonces despejamos V de la ecuacin anterior y eliminamos las unidades de kg
para determinar el volumen en m3.
TABLA DATOS BASICA
Prueba Vol (m3)tiempo(seg) Q(m3/seg) H(m)
1 0,003406 5,70 0,00059755 0,073
2 0,004463 5,98 0,00074626 0,076
3 0,004996 5,58 0,00089533 0,079
4 0,005570 5,48 0,00101637 0,0835 0,006436 5,17 0,00124494 0,086
6 0,007648 5,28 0,00144858 0,090
Ahora calculamos el caudal experimental, con el volumen y tiempo.
CAUDALES
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Despus de calibrar el vertedero con la expresin , calculamos el caudalreal, teniendo en cuenta a grafica.
0.00059755
0.00074626
0.00089533
0.00101637
0.00124494
0.00144858y = 0.8464x2.1391
R = 0.992
0.00000000
0.00020000
0.00040000
0.00060000
0.00080000
0.00100000
0.00120000
0.00140000
0.00160000
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Q(m3/seg)
Q(m3/seg)
Power (Q(m3/seg))
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Sacamos los valores de:
Realizamos la operacin (H-h) para ver agua arriba de la cresta
H(m)h (m)
0,073 0,034
0,076 0,037
0,079 0,04
0,083 0,044
0,086 0,047
0,090 0,051
Caudal real
QR0,0006113
0,0007325
0,0008655
0,00106120,0012220
0,0014553
Hallamos el ngulo del vertedero triangular
8 cm
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Entonces aplicamos la funcin tangente para hallar el ngulo interno
Para esto dividimos el triangulo por la mitad, para aplicar la ecuacin de tangente
en los dos lados obtenidos
4 cm
8 cm
Entonces para el primer triangulo rectngulo
Sumamos los dos ngulos para hallar el interno
Caudal terico
() ( )
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( )
( )
( )
( )
( )
Grafique para el vertedero triangular:
Q vs h
Cd vs h
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0.0340.037
0.04
0.0440.047
0.051
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76
cd vs h
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6. CUESTIONARIO
a. Cmo v erific ara que la prctic a se realiz con ver tederos de cr esta
delgada? Uti l ice el cri terio d e la relacin e/h.
El criterio de la relacin e/h dice:
e/h es mayor que la cresta presenta caracterstica ancha.
e/h es menor que () la cresta presenta caracterstica delgada.
Entonces haciendo la relacin entre e/h:
Es decir que el vertedero utilizado en la prctica, teniendo en cuenta la relacin
e/h es de cresta delgada.
b. Compare las ecuacion es de cal ibracin hal ladas experim entalmen te
con las ecuaciones tericas?
En la ecuacin de calibracin hallada experimentalmente:
Q Comparndola con la ecuacin terica:
Podemos inferir que, las dos cumplen con los mismos trminos pero con otros
parmetros, es decir, la ecuacin hallada experimentalmente tambin nos sirve
para calcular cualquier caudal que necesitemos. Porque en al momento de
analizarla nos damos cuenta que la ecuacin experimental esta expresada con
otros trminos y comparndola con la terica cumplen la misma funcin, para
hacerlo mas fcil comparmosla termino por termino.
Por ejemplo la ecuacin experimental
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()
Es la misma que la terica y para demostrarlo la despejamos trmino por
trmino para encontrar sus equivalentes. Observemos que (Y) representa el
caudal (Q) y los trminos representa . As mismo el
trminorepresenta , y en esta ltima vemos que el valor de no puedeser mayor que
, porque la ecuacin nos los dice.
c. Es Cd con stante para el vertedero ensayado ? En qucondic iones
vara?
Como podemos observar, el Coeficiente de derrame calculado en la practica,
Es variable en algunos caudales. Esto quiere decir que el coeficiente Cd
aumenta a medida que el caudal tambin aumenta, como podemos ver en la
tabla, y esto se debe a la velocidad que lleva el flujo de agua, que aumenta
proporcionalmente con el caudal, tambin vemos que en la grafica de Cd vs h,
el cd disminuye a medida que la altura aumenta. Observar grafica.
Q(m3/seg)Cd
0,00059755 0,75
0,00074626 0,73
0,00089533 0,71
0,00101637 0,68
0,001244940,67
0,001448580,65
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d. Quvalo r uti l izara para el co eficien te Cd para fut ur as medic ion es
con este vertedero?
Aplicando la teora de vertederos, se debera utilizar los siguientes valores de
coeficiente de derrame
Angulo Cd15 0.52-0.75
30 0.59-0.72
45 0.59-0.69
60 0.50-0.54
90 0.50-0.60
Comp are el Cd co n los coef ic ientes c alculados en la l i teratura. Ci te las
fuentes c on sultadas . A quse deben las diferenc ias encon tradas?
Valores habituales de los coeficientes de derrame para vertederos triangulares
0.0340.037
0.04
0.0440.047
0.051
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76
cd vs h
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Angulo Cd15 0.52-0.7530 0.59-0.72
45 0.59-0.69
60 0.50-0.54
90 0.50-0.60
Valores calculados del coeficiente de derrame Cd en la experiencia realizada.
Cd
0,75
0,73
0,71
0,68
0,67
0,65
Para nuestro vertedero, tenemos un ngulo de 90 y observamos que los valores
se pasan de los limites, es decir, que en nuestra experiencia los rangos de Cd son
(0,65 0,75), mayores que los de la teora (0,50- 0,60) pero aproximados a su
valor real.
Estas diferencias se deben a pequeas fuentes de errores originados en la toma
de datos de caudal, mas especficamente con el volumen; ya que la densidad del
agua calculada es de 990 kg/m3 y lo normal es de 1000 kg/m3, generando una
fuente de error del 0,10 kg/m3. Lo que al final se ve reflejado con los diferentesvalores del coeficiente de derrame.
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7. CONCLUSION
Al momento de comprobar los vertederos de cresta delgada como herramienta de
medicin de caudal, observamos que son eficaces, pero existen parmetros que
producen una fuente de errores, como es el caso de la densidad del agua que no
fue muy exacta, y al final genera variabilidad en los resultados obtenidos, motivo
por el cual cabe resaltar la importancia de implementar mejores condiciones de
toma de datos, que son la fuente de los clculos y anlisis, para generar mejores
resultados en la practica a realizar.
8. BIBLIOGRAFIA http://www.valvias.com/coeficiente-de-descarga.php
http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fl
uidos_minas/lp5.pdf
Universidad del cauca pdf vertederos
http://www.valvias.com/coeficiente-de-descarga.phphttp://www.valvias.com/coeficiente-de-descarga.phphttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp5.pdfhttp://www.valvias.com/coeficiente-de-descarga.php -
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PRACTICA N 4
VERTEDEROS TRIANGULARES
PREESENTADO AL PROFESOR CAMILO OSORIO, EN LA ASIGNATURA DELABORATORIO DE HIDRAULICA
INTEGRANTES
DANILO BELTRAN
EDGARDO MENDOZA
JUAN MONSALVO
LUIS MEZA
MARIA COTES
UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC
FACULTAD DE INGENIERIAS
INGENIERIA CIVIL
BARRANQUILLA
2013
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