Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Un análisis detallado de diferentes tipos de vertederos, incluyendo vertederos de cresta delgada y cresta ancha. Se discuten las características y aplicaciones de cada tipo de vertedero, así como los cálculos y ecuaciones utilizados para determinar el caudal y el coeficiente de descarga. Se analizan los resultados experimentales y se comparan con los valores teóricos, destacando la importancia del conocimiento de las características de los vertederos y los factores que influyen en su coeficiente de descarga. El documento también aborda la influencia de la inclinación de la pared del vertedero en la descarga. En general, este documento proporciona una valiosa información técnica y práctica sobre el diseño y análisis de diferentes tipos de vertederos, lo que lo hace relevante para estudiantes y profesionales en campos como la ingeniería hidráulica, la gestión de recursos hídricos y la construcción de infraestructura hidráulica.
Tipo: Resúmenes
1 / 17
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Fecha de realización: 29 de Abril del 202 1 Fecha de entrega: 6 de Mayo del 2021
Presentado a: INGENIERO HELMER EDGARDO MONROY GONZALEZ
Monitor: Bramdon Camilo García Barajas
Disipación de Energía: La descarga supercrítica suele tener una energía de flujo elevada, que se compone por la energía cinética, necesaria para que el flujo continúe fluyendo, y la energía excedente. La energía excedente puede, entre otras cosas, provocar erosión de la base. Por esta razón, es importante disipar la energía excedente. Esto puede realizarse en el resalto hidráulico (de forma natural o intencionada en un cuenco de disipación) o en caídas diseñadas especialmente (con forma escalonada o de salto de esquí).
En un aliviadero con una instalación en forma de salto de esquí se forma un chorro libre, que salpica en el aire y ha disipado su energía después de chocar con la base (Fig.1).
La energía excedente se puede localizar en los lugares siguientes:
Figura 1. Descarga supercrítica en el vertedero de rebose con disipación de energía posterior en el cuenco de disipación.
Fuente: Flujo en Canales Abiertos. Mecánica de Fluidos. (2008)
Vertederos: Los vertederos pueden ser fijos o móviles. Los vertederos fijos no pueden regular el nivel de agua pero, sin embargo, ofrecen la ventaja de que no contienen piezas móviles propensas a averías y que requieren mantenimiento.
Vertederos de cresta delgada: Los vertederos de cresta delgada se utilizan preferentemente como vertederos de aforo. En el vertedero de cresta delgada hay una caída libre y un chorro sumergido. Para la descarga óptima en el vertedero de cresta delgada es importante airear la napa. En la parte superior hay presión ambiente.
Tabla 1. Altura del fluido registrada en cada punto.
Q
LECTURA MILEMETRICA CM TIEMPO (S)
- 1 0 1 2 3 4 5 6 1 (^1) 42.43 42.53 42.89 42.91 42.86 42.74 42.99 42.98 180 (^2) 43.13 43.54 44.96 44.13 44.24 44.40 44.13 43.97 61 (^3) 43.82 44.73 45.37 45.35 45.41 45.34 45.53 45.44 30. (^4) 45.09 46.56 46.87 47.21 47.25 47.29 47.32 47.24 15. (^5) 47.14 47.45 48.23 48.42 48.64 48.78 48.78 48.76 11. L. fondo (cm) (^) 41.6 41.6 35.35 29.1 29.1 29.1 29.1 29. X (cm) (^) 7 14 19 24 29 34 39 44
Fuente: Material Complementario: Calibración de vertederos.
Tabla 2. Datos adicionales para los cálculos. DATOS A UTILIZAR ALTURA CANAL 0.4 m BASE CANAL 0.27 m VOLUMEN CANECA 0.111 m GRAVEDAD 9.81 m/s^2 ALTURA DEL VERTEDERO 0.125 m ESPESOR DEL VERTEDERO 14 m VISCOSIDAD CINEMATICA 0.00000114 m^2 /s Fuente: Material Complementario: Calibración de vertederos.
𝒀 = 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜
𝒀 = 42,43 𝑐𝑚 − 41,6 𝑐𝑚
𝒀 = 0,83 𝑐𝑚
3 ⁄ 𝑠
-1 0 1 2 3 4 H 5 6 Tprom (s) Q (m3/s) H (m) Q ideal (m3/s) Error Q (%) Q1 0.01 0.01 0.08 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 180 0.000617 0.011400 0.000970 36. Q2 0.02 0.02 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 61 0.001820 0.028000 0.003736 51. Q3 0.02 0.03 0.10 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 30.50 0.003639 0.037400 0.005767 36. Q4 0.03 0.05 0.12 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 15.63 0.007102 0.056900 0.010822 34. Q5 0.06 0.06 0.13 0.19 0.20 0.20 0.20 0.20 11.15 0.009955 0.071800 0.015339 35. Profundidad (cm) 41.60 41.60 35.35 29.10 29.10 29.10 29.10 29. Distancia (cm) 7 14 19 24 29 34 39 44
Datos
TIRANTE (m)
Tabla 3. Resultados de tirantes, caudal, profundidad en la cresta del vertedero.
Fuente: Los autores.
Tabla 4. Resultados cabezal de velocidad.
Datos V (^2) /(2g) (m)*
- 1 0 1 2 3 4 5 6 Q1 0.0140 0.0125 0.0015 0.0008 0.0008 0.0009 0.0008 0. Q2 0.0225 0.0177 0.0036 0.0023 0.0023 0.0022 0.0023 0. Q3 0.0309 0.0219 0.0069 0.0042 0.0042 0.0042 0.0042 0. Q4 0.0384 0.0270 0.0116 0.0074 0.0074 0.00 74 0.0074 0. Q5 0.0339 0.0321 0.0146 0.0097 0.0096 0.0095 0.0095 0. Fuente: Los autores.
Tabla 5. Resultados de energia específica.
Datos (^) - 1 0 1 Energía específica (m) 2 3 4 5 6 Q1 0.02 0.02 0.08 0.14 0.14 0.14 0.14 0. Q2 0.04 0.04 0.10 0 .15 0.15 0.16 0.15 0. Q3 0.05 0.05 0.11 0.17 0.17 0.17 0.17 0. Q4 0.07 0.08 0.13 0.19 0.19 0.19 0.19 0. Q5 0.09 0.09 0.14 0.20 0.21 0.21 0.21 0. Fuente: Los autores.
Graficar QEXP vs H, realizar una regresión QEXP = C Hn. Obtener coeficiente C y los correspondientes coeficientes de descarga.
GRAFICA 1. Caudal vs carga sobre el vertedero.
Fuente: Los autores.
A partir de la gráfica 1 se obtuvo la ecuación:
Qexp= 0.5583H1. Donde: C = 0. n = 1.
Calcular el caudal calibrado o teórico.
El caudal teórico se calculó mediante la siguiente ecuación; para un vertedero rectangular:
𝟏 𝟐 (^) 𝒃 ∗ 𝑯
𝟑 𝟐
Qexp= 0.5583H1. R² = 0.
0.000000 0.010000 0.020000 0.030000 0.040000 0.050000 0.060000 0.070000 0.
Q (m3/s)
H (m)
Caudal vs H Potencial (Caudal vs H)
Graficar QEXP Vs QTEÓRICO, realizar regresión QEXP = A + BQ determinar el coeficiente de descarga para cada vertedero.
GRAFICA 2. Caudal experimental vs caudal teórico.
Fuente: Los autores.
El coeficiente de descarga; según la regresión lineal es 0.669, para un vertedero rectangular de cresta ancha.
Establezca y dibuje los perfiles de flujo.
GRÁFICA 3. Perfiles de flujo
Fuente: Los autores.
Qexp = 0.6694Qteo - 0. R² = 0.
0.000000 0.002000 0.004000 0.006000 0.008000 0.010000 0.012000 0.014000 0.016000 0.
Caudal Experimental (m3/s)
Caudal Teorico (m3/s)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.
Tirante (m)
Distancia (m)
Q Q Q Q Q
Calcular los coeficientes de descarga con las formulas experimentales (Tabla 7.1 y 7.2 de la Hidráulica General de Sotelo) y Verificar validez de coeficientes obtenidos experimentalmente en el laboratorio. Analizar comportamiento y comentar.
Tabla 8. Cálculos de los coeficientes de descarga a patir de las tablas 7.1 y 7.2 de la Hidráulica General de Sotelo.
Fuente: Los autores.
Se encuentran discrepancias entre los valores obtenidos dependiendo la fórmula utilizada. Teniendo en cuenta que el valor obtenido para Cd es de 0.669; mediante la regresión lineal en la gráfica Caudal experimental vs caudal teórico, se observa similitud a los obtenidos mediante la fórmula de la sociedad de arquitectos y suizos, Francis y Rehbock; respectivamente. Por el contrario se encuentran grandes diferencias del caudal obtenido en la gráfica respecto a los calculados mediante formula de Hegly y Hamilton Smith; respectivamente.
Qué hipótesis se consideran para la obtención de la expresión de la descarga real en vertederos de pared delgada y que contraposición se encuentra para el cálculo de la velocidad teórica.
Para el cálculo del caudal volumétrico sobre un vertedero de pared delgada de una forma simple, se plantea la ecuación de Bernoulli entre dos secciones transversales, aguas arriba y aguas abajo.
Qué consideraciones se deberían tener en cuenta si el vertedero se encuentra inclinado.
La pared del vertedero puede encontrarse vertical o inclinada, ya sea hacia aguas abajo o aguas arriba, afectando obviamente dicha inclinación, la descarga producida por dicho orificio.
Figura 4****. Pared vertical y pared inclinada
Fuente: Nociones sobre orificios y vertederos, tipos de escurrimiento uniforme en canales, remansos y resaltos, y su relación con la sedimentación y la corrosión en cloacas. 2005.
Así mismo, cuando un vertedero rectangular sin contracciones laterales se encuentra inclinado con un ángulo θ con respecto a la horizontal y se necesita determinar su valor de coeficiente de descarga. Se debe aplicar las ecuaciones estándar para el cálculo del coeficiente de descarga de un vertedero rectangular sin contracciones y esta ecuación debe multiplicarse por el coeficiente de inclinación el cual está dado por la siguiente ecuación:
Se observan grandes porcentajes de error entre el caudal ideal y el caudal experimental. Encontrándose el mayor porcentaje en el segundo dato, siendo este de 51.288 % y el menor en la tercera lectura, siendo este de 34.374%, esto puede deberse a que los datos se obtuvieron de un vertedero de cresta ancha donde se puede ver una pequeña inclinación que va desde el fondo del canal hasta la cresta del vertedero, mientras que la ecuación utilizada para calcular el caudal corresponde a una ecuación de caudal ideal para vertedero rectangular.
Tabla 9. Comparación de caudal teórico y experimental.
Q (m3/s) Q ideal (m3/s) Error Q (%) 0.000617 0.000970 36. 0.001820 0.003736 51. 0.003639 0.005767 36. 0.007102 0.01082 2 34. 0.009955 0.015339 35. Fuente: Los autores.
Respecto a los perfiles de flujo obtenidos, se pudo observar que cada caudal presenta un comportamiento semejante y entre los puntos antes del vertedero no hay gran variación de la profundidad y esta aumenta lentamente por lo que en la gráfica permanece casi constante, pero una vez atravesado el vertedero, la profundidad se disminuye bruscamente y luego tiende a permanecer constante; teniendo en cuenta que nuevamente se amplía el área y el fluido tenderá a estabilizarse nuevamente. Sin embargo el comportamiento de la gráfica; con los caudales utilizados, difiere en gran medida del comportamiento esperado para el montaje utilizado en la toma de datos.
Se encuentra que la gráfica: Caudal vs carga sobre el vertedero, se ajusta al comportamiento potencial esperado, y proporciona un coeficiente de descarga igual
La necesidad de entregas de agua de riego flexibles para satisfacer de manera eficiente las demandas cambiantes de agua de riego creadas por las prácticas de gestión agrícola, la tasa variable de ingesta de suelo y la evapotranspiración del cultivo. A medida que aumenta la flexibilidad de las entregas de agua de riego, también lo hace la variabilidad de los caudales del canal.
Cada vez que se modifica el flujo en el canal para satisfacer los cambios en la demanda en algún punto a lo largo del sistema, todos los desvíos y estructuras de control que intervienen entre la cabecera del canal y la ubicación del cambio requerido deben volver a regularse para asegurar que: 1) el flujo a través de las tasas de flujo de salida individuales permanezcan relativamente constantes, y 2) la modificación de la tasa de flujo se pueda lograr en la ubicación deseada aguas abajo.
La combinación ideal de un vertedero de canal o una estructura de control y el desvío del canal se adaptaría a grandes cambios de caudal en el canal, de hasta un 40 a 50% y, al mismo tiempo, produciría cambios muy pequeños en el caudal a través del desvío. El objetivo sería mantener el cambio en la tasa de flujo del desvío tan pequeño que no sea necesario volver a regular el desvío.
Figura 5****. Aumento del flujo con vertederos y orificios como resultado de un incremento
Fuente: The Irrigation Training & Research Center.
La combinación ideal de un vertedero de canal o una estructura de control y el desvío del canal se adaptaría a grandes cambios de caudal en el canal, de hasta un 40 a 50% y, al mismo tiempo, produciría cambios muy pequeños en el caudal a través del desvío. El objetivo sería mantener el cambio en la tasa de flujo del desvío tan pequeño que no sea necesario volver a regular el desvío. La integración del diseño del desvío con vertederos de cresta larga puede dar como resultado desvíos que son relativamente insensibles a los cambios en el flujo del canal. Esto da como resultado un flujo más estable a la finca, lo que reduce la mano de obra recableada en la finca para controlar el agua y al mismo tiempo permite una aplicación más uniforme del agua. Si no es necesario volver a regular los desvíos y las estructuras de control cada vez que hay un cambio en la tasa de flujo, se necesitará menos mano de obra para operar el sistema. Se puede acomodar una mayor flexibilidad en las entregas de agua con menos mano de obra. (The Irrigation Training & Research Center)
ARIAS, G. (2008). Flujo en Canales Abiertos. Mecánica de Fluidos, 70 – 100. http://mecanicafluidos7mo.blogspot.com/2008/04/flujo-en-canales-abiertos.html
ZAMORA, J. (2004). Estudio teórico experimental de algunos tipos de estructuras de control. Recuperado 7 de mayo de 2021, de https://www.upct.es/hidrom/publicaciones/Tesis_pfc/PFC_JavierZamora_2004.pdf
PEREZ FARRAS, L. (2005, agosto). Nociones sobre orificios y vertederos, tipos de escurrimiento uniforme en canales, remansos y resaltos, y su relación con la sedimentación y la corrosión en cloacas. Recuperado 8 de mayo de 2021, de http://www.fi.uba.ar/archivos/institutos_orificios_vertederos.pdf
Sotelo, G. (1994). Hidráulica General. Mexico: LIMUSA Noriega Editores.
The Irrigation Training & Research Center. (s. f.). LONG CRESTED WEIR DESIGN. Recuperado 8 de mayo de 2021, de https://web.archive.org/web/20070421045540/http://www.watercontrol.org/tech/files/Lo ng%20Crested%20Weir%20Design.pdf
