Informe N°2

Universidad Nacional de San Cristóbal
de Huamanga
Facultad de Ingenierı́a Minas, Geologı́a y Civil
Escuela Profesional de Ingenierı́a Civil
INFORME N°2: Vertederos y compuertas de descarga
Curso: MECANICA DE FLUIDOS II (IC–338)
Docente: Ing. BENDEZU PRADO, Jaime Leonardo.
Alumno:
Código:
................................................................................................
HILARIO LUCANA, Mahivich Rigoberto. . . . . . . . . . . . . . . . . 16162121
HUAMAN CUBA, Yedir Luciano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16110610
PEREZ HUANACHIN, Diego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16130822
VICAÑA OVANDO, Federico Américo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16170108
QUISPE OCHOA, Adan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16172111
DE LA CRUZ LLALLAHUI, Hernan.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16105561
HUAMAN BELLIDO, Luis Ángel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16130679
FLORES ORE, Rienzo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16120880
CARBAJAL INGA, Roger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16130493
NUÑEZ RAMOS, William Mario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16163303
PALOMINO DIAZ, Deybi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16162109
Índice general
1. INTRODUCCIÓN
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2. OBJETIVOS
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3. MARCO TEORICO
3.1. VERTEDEROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1. CLASIFICACION DE VERTEDERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. COMPUERTAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1. CLASIFICACION DE COMPUERTAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4
4
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9
4. MATERIALES
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5. DATOS EXPERIMENTALES
5.1. DATOS DE CALIBRACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1. DATOS RESUMIDOS PARA LA CALIBRACION . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2. ECUACION LECTURA DE CAUDALIMETRO VS CAUDAL REAL . . .
5.2. DATOS PARA VERTEDERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. DATOS PARA COMPUERTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4. DATOS PARA VERTEDERO RECTANGULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5. DATOS PARA VERTEDERO TRIANGULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6. RESULTADOS
6.1. VERTEDERO DE PARED DELGADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1. Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2. Grafico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.3. Ecuacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2. VERTEDERO CON PERFIL CREAGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1. Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2. Grafico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3. Ecuacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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18
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7. CONCLUSIONES
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Bibliografı́a
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8. anexo
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INTRODUCCIÓN
Los vertederos se usan conjuntamente con las compuertas para mantener un rı́o navegable o para
proveer del nivel necesario a la navegación. En este caso, el vertedero está construido significativamente más largo que el ancho del rı́o, formando una ’U’ o haciendo diagonales, perpendicularmente
al paso. Dado que el vertedero es la parte donde el agua se desborda, un vertedero largo permite
pasar una mayor cantidad de agua con un pequeño incremento en la profundidad de derrame. Esto
se hace con el fin de minimizar las fluctuaciones en el nivel de rı́o aguas arriba.
Se denomina vertedero de pared gruesa a aquel cuyo umbral es de suficiente longitud, como para
que sobre él se establezca un régimen prácticamente paralelo, por tanto, se admite la distribución
hidrostática de presiones. En cierto modo un vertedero en pared gruesa corresponde al caso de un
escalón de altura suficiente como para provocar el paso sobre él con régimen crı́tico, es a partir de
este criterio como vamos a deducir una expresión para determinar el caudal que circula a través de
él Vamos a deducir una expresión para obtener el caudal en un vertedero de pared gruesa, cuando
se ha establecido un régimen crı́tico.
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2
OBJETIVOS
Determinar el caudal para diferentes cargas.
Calibrar el caudalimetro.
El objetivo del experimento es determinar los caudales para diferentes cargas.
3
3
MARCO TEORICO
3.1 VERTEDEROS
3.1.1.
CLASIFICACION DE VERTEDERO
3.1.1.1 SEGUN EL ESPESOR DE LA PARED: Los vertederos de pared delgada sirven
para medir caudales con gran precisión, y los de pared gruesa, como integrantes de una presa u otra
estructura hidráulica, se utilizan para controlar niveles, aunque también se pueden instrumentar
como medidores de caudales.
VERTEDEROS DE PARED GRUESA: También llamada vertedero de cresta ancha. Un
vertedero es considerado de pared gruesa, cuando la cresta es suficientemente gruesa para que en
la vena adherente se establezca el paralelismo de los filetes.
RECTANGULAR: En forma semejante a los orificios, si la cresta del vertedor no es
una arista afilada, se presenta entonces el vertedor de pared gruesa que puede adquirir varias
formas, como se ve en la figura, se presenta la forma más sencilla, la cual consiste en aumentar
el espesor de la cresta en un vertedor rectangular sin contracciones laterales.
Q = Cd ∗ L ∗
Donde:
Q = caudal que fluye por el vertedero en m3 /s.
L = ancho de la cresta, en m.
h = carga del vertedero, en m.
b = ancho de la pared del vertedero, en m
Cd =coeficiente de descarga (Cd=1.45)
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p
3
2g ∗ h 2
Vertederos y compuertas de descarga
UNSCH
DE CRESTA REDONDEADA: Cuando la cresta del vertedor se redondea, el coeficiente
de gasto C aumenta considerablemente respecto del calculado para uno de pared gruesa. Esto
se explica por una baja en la contracción del chorro sobre el vertedor, pues actúa sobre las
partı́culas una aceleración centrı́fuga debido a la curvatura de las lı́neas de corriente.
DE PERFIL CREAGER: Llamados también cimacios, se usan para evacuar caudales de
creciente, pues la forma especial de su cresta permite la máxima descarga al compararlo con
otra forma de vertedores para igual altura de carga de agua. Este vertedero cuyo ancho de
cresta, es igual al ancho del canal está diseñado de modo que coincida con la forma de perfil
inferior de la lámina vertiente, sobre un vertedero de pared delgada hipotético.
3
Q = 1,45 ∗ L ∗ h 2
Donde:
Q = caudal que fluye por el vertedero en m3 /s.
L = ancho de la cresta, en m.
h = carga del vertedero, en m.
Mecanica de Fluidos II
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Ing.
Civil
Vertederos y compuertas de descarga
UNSCH
3.1.1.2 SEGUN SU FORMA GEOMETRICA:
Mecanica de Fluidos II
.
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Civil
Vertederos y compuertas de descarga
UNSCH
3.1.1.3 SEGUN LA ALTURA DE LA LAMINA DE AGUA,AGUAS ABAJO:
acuerdo con el espesor de la lámina de aguas abajo, los vertederos pueden clasificarse en:
De
Vertederos de descarga libre.
Vertederos sumergidos o ahogados.
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3.1.1.3 SEGUN EL ANCHO DE LA CRESTA:
Vertederos sin contracciones laterales (b = B)
Vertederos con contracciones laterales (b < B)
Mecanica de Fluidos II
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Civil
Vertederos y compuertas de descarga
UNSCH
3.2 COMPUERTAS
Una compuerta es una placa móvil, plana o curva, que, al levantarse, forma un orificio entre su
borde inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza
para la regulación de caudales, en la mayorı́a de los casos, y como emergencia y cierre para mantenimiento de otras estructuras, en los otros.
Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios y, cuando están bien calibradas,
también pueden emplearse como medidores de flujo.
p
Q = Cd ∗ b ∗ a ∗ 2g ∗ y1
p
V1 = 2g ∗ H
Qt = V ∗ A
Qreal = Cd ∗ Qt
Qreal = Cd ∗ V ∗ A
3.2.1.
CLASIFICACION DE COMPUERTAS
Las condiciones fı́sicas, hidráulicas, climáticas y de operación, evaluadas apropiadamente, imponen
la selección del tipo y tamaño adecuado de las compuertas. Éstas se diseñan de diferentes tipos
y con variadas caracterı́sticas en su operación y en su mecanismo de izado, los cuales permiten
clasificarlas en grupos generales, de la siguiente manera:
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Vertederos y compuertas de descarga
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SEGUN LAS CONDICIONES DEL FLUJO AGUAS ABAJO
Compuerta con descarga libre.
Compuerta con descarga sumergida o ahogada.
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MATERIALES
El Laboratorio de Hidráulica y Mecánica de Fluidos cuenta con equipos diferentes que permiten
al estudiante realizar pruebas de laboratorio. Los equipos: canales de pendiente variable con pared
de vidrio, prueba de pérdida de carga en tuberı́as; y estructura hidráulicas, se alimentan con el
siguiente sistema de recirculación.
Demostrador de flujo hidraulico
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Vertederos y compuertas de descarga
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Probetas.
Cronometro.
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DATOS
EXPERIMENTALES
5.1 DATOS DE CALIBRACION
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Vertederos y compuertas de descarga
UNSCH
5.1.1.
DATOS RESUMIDOS PARA LA CALIBRACION
5.1.2.
ECUACION LECTURA DE CAUDALIMETRO VS CAUDAL
REAL
L = 59,837 ∗ Q1,1904
DONDE:
L= Lectura del caudalimetro
Q= caudal
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Vertederos y compuertas de descarga
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5.2 DATOS PARA VERTEDERO
5.3 DATOS PARA COMPUERTA
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5.4 DATOS PARA VERTEDERO RECTANGULAR
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Vertederos y compuertas de descarga
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5.5 DATOS PARA VERTEDERO TRIANGULAR
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RESULTADOS
De la calibracion se obtuvo la ecuacion siguiente del caudal:
Q=(
L= lectura del caudalimetro.
Cd =
1
L
) 1,1904
59,837
Q
4,43 ∗ L ∗ h1 ,5
6.1 VERTEDERO DE PARED DELGADA
6.1.1.
Datos
6.1.2.
Grafico
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6.1.3.
Ecuacion
Q = 0,3039 ∗ h1,0803
6.2 VERTEDERO CON PERFIL CREAGER
6.2.1.
Datos
6.2.2.
Grafico
6.2.3.
Ecuacion
Q = 0,219 ∗ h1,2884
Mecanica de Fluidos II
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CONCLUSIONES
Se logró determinar el caudal para distintas cargas con la ayuda de Excel.
Con los datos obtenidos del laboratorio se logró calibrar el caudalimetro, ahorrando mucho
tiempo ya que gracias a la calibración se evitó calcular volúmenes y tiempos.
Se determinaron distintas cargas para el vertedero de pared gruesa, vertedero con perfil
Creager y compuerta de descarga.
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Bibliografı́a
[1] Miranda H. Oscar y Campos A. Dante Problemas de MECÁNICA DE FLUIDOS E
HIDRÁULICA. 2001 – 3ra. Edición.
[2] Asociación fondo de investigadores y editoresLA GUÍA CIENTÍFICA formulario de matemáticas y ciencias, editorial Lumbreras. 2015 primera edición.
[3] V. Giles Ronald MECÁNICA DE LOS FLUIDOS E HIDRÁULICA.
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anexo
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