Vertederos

LABORATORIO # 1

VERTEDEROS DE PARED DELGADA

DANIEL ALEJANDRO GUEVARA ARISTIZÁBAL

Profesor
Francisco Jaime Mejía Garcés

HIDRÁULICA

ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA
ENVIGADO
2010

OBJETIVOS DEL LABORATORIO

* Estudiar y entender el funcionamiento de los vertederos como dispositivos de control hidráulico.
* Determinar la ecuación de calibración del vertedero.
* Determinar elcoeficiente de descarga para cada caudal, por medio de los diferentes métodos teóricos y experimentales.
* Definir la utilización adecuada para cada tipo de vertedor de acuerdo a sus características.

MARCO TEÓRICO

En general, un vertedero se puede interpretar como una barrera que se interpone al flujo, para causar una elevación en el nivel de aguas arriba y una baja aguas abajo. El control en elnivel de embalses, canales, depósitos, aforo o medición de caudales, son dos de las principales funciones de los vertederos en el campo de la ingeniería.
Los vertederos pueden ser clasificados de diferentes maneras, ya sea por su forma geométrica o su finalidad. Un vertedero donde se realiza una descarga sobre una placa de perfil cualquiera, pero con arista aguda, se llama vertedor de pared delgada.Si el contacto entre la lámina de descarga y la pared del vertedero es una superficie, el vertedero será de pared gruesa. Según su forma geométrica, pueden ser triangulares, rectangulares, trapezoidales, circulares, etc., todo depende de la función que este ira a cumplir.

Vertederos de pared delgada
La utilización de este tipo de vertedero está limitada a laboratorios, canales pequeños ycorrientes que no lleven escombros y sedimentos. La forma geométrica más común en estos vertederos es la triangular y la rectangular. Su estructura de pared delgada está propensa a deteriorarse y como consecuencia la calibración por la erosión de la cresta.
El vertedero triangular es preferido cuando la descarga es pequeña, porque la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria lavariación 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=gh).
2.  La superficie libre permanece horizontal hasta el plano del vertedero ytodas 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.
5.  Flujo permanente en el  canal.

Estas suposicionesconducen al siguiente modelo de flujo ideal:

Ecuaciones para el vertedero triangular
Qm = (Qa+Qb+Qc)/3, Caudal medio en cada una de la muestras tomadas en el laboratorio.
Hv = H-href. Altura de vertedero.
Qideal = 815*22g*tanθ2*Hv52 Caudal ideal.
Cdexp. = Qexp.Qideal Coeficiente de descarga experimental.
Qcalibración = 0,00007Hv2,3064 Caudal de calibración.
Cdcal.= Qcal.Qideal Coeficiente dedescarga de calibración.
Cdemp. = µ= 0,5775+0,214Hv1,25*1+ Hv2BHv+P2 Coeficiente de descarga
empírico presentado por Heyndrickx, donde B representa el ancho del canal de llegada y P
el desnivel entre el vértice del vertedor y el fondo del canal. Válida para θ=60° y descargas
normales. Es la ecuación que más se ajusta a las características de la práctica.

APARATOS, INSTRUMENTO Y MATERIALESUSADOS

* Cubeta graduada, usada para recolectar un volumen de agua (precisión 1l).
* Probeta, usada para obtener datos más precisos en el volumen de agua recolectado (precisión 1ml).
* Cronómetro, utilizado para contabilizar el tiempo de recaudo del volumen de agua (precisión 0,01s).
* Transportador, para medir el ángulo en el vértice del vertedero (precisión 60minutos).
*...