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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NÚCLEO MARACAY – EDO. ARAGUA

ASIGNATURA: Laboratorio de Mecánica de Fluido

PRACTICA Nº 4 VERTEDERO

REALIZADO POR:Alvarez Moisés Quintero Wuilfredo Solini Paúl Carrillo Geibi Parababi Rafael SECCIÓN:: AER - 501

Fundamento Teórico.

Los vertederos son definido por el Diccionario de la Real Academia Española (DRAE) como: “Desagüe o rebosadero por donde se da salida a los excesos de agua en represas, redes de alcantarillado, cisterna, etc.” (El pequeño Larousse, 2005). Para efectos de ingeniería con aplicaciones de “Mecánica de Fluidos” es un artífice que consiste en una placa que obstruye el paso de una cantidad de fluido, normalmente de posición vertical con forma de placa con una abertura regular o irregular por donde se supone se oriente el paso del fluido y cuyo caudal (Véase: Tabla #1) pueda determinarse partiendo de las dimensiones de dicho orificio. Los vertederos permiten a los hidrólogos un método simple para medir el caudal en flujos pequeños o medianos. Conocida la geometría de la zona alta del vertedero y el nivel del agua sobre el vertedero, se conoce que el líquido pasa de régimen lento a rápido, y encima del aliviadero el agua adopta el calado crítico

Caudales reales cronometrados usados para el experimento:

Qr (L/s) : 0,8

Qr (m3/s): 0,0002222

Qr (L/s): 1,5

Qr (m3/s): 0,000416

Qr (L/s): 2,5

Qr (m3/s): 0,0006944

Tabla #1

Obtención de Caudal Real, Teórico y Coeficiente de Descarga.

Para el Vertedero #1 se procedió con tres (3) tipos de caudales diferentes: 800, 1500 y 2500 Litros por segundos (L/s) los cuales fueron transformados a las unidades de metros cúbicos por segundo (m3/s). Así:

)

(

3 l l 1 h 1 m 8 0 0→ 8 0 0• • = 2,2 2• 12 − 04 h h 3 6s0 0 1 0l 0 0 También, para este caudal, se verifica una H de 0,03m. (Véase: Grafico #2)

L = 12cm → 0,12m Y = 15cm → 0,15m H = ( 0,15 – 0,12 )m → H = 0,03

Grafico #2

Conociendo estas dimensiones, se procede a determinar el Caudal Teórico de este tipo de vertedero de la siguiente manera:

( )

Qt = 2 • l • 2 • g • H 3 3 Qt =  2 • 0,0985m  • 2 • 9,81m 2 • 0,033 3 s 

m3 Qt = 0,001511389

s

Para los demás caudales se procedió de manera similar obteniendo así una tabulación con su respectivo diagrama. (Véase: Tabulación #3)

Qr (L/s) 800 1500 2500

Qr (m3/s) 0,000222 2 0,000416 0,000694 4

h (m)

Vertedero #1 H (m) L (m)

g (m/s2)

Qt (m3/s)

0,15 0,16

0,03 0,04

0,0985 0,0985

9,81 9,81

0,001511389 0,002326936

0,17

0,05

0,0985

9,81

0,003251992

Tabulación #3

Por simple inspección del diagrama, se verifica que el caudal en el vertedero es mayor al predispuesto a fluir en el experimento. Tal hipótesis es verificable determinando el coeficiente de descarga, El coeficiente de descarga es un factor adimensional característico de la válvula, que permite calcular el caudal (Q) con el que desembalsa el vertedero en función del nivel del fluido en el embalse o reserva (y). (Véase: Tabulación #4) Así se tiene la ecuación de Coeficiente de Descarga como:

( 2 • g • y) • A

Q =C•

Entonces:

C= Q

Donde:

g = Gravedad

Q

( 2 • g • y)

= Caudal

y = Altura del nivel del liquido

C = Coeficiente de

descarga

A = Área por donde circula el liquido

Asignando los valores correspondientes a la formula de Coeficiente de Descarga, se obtiene la Tabulación #4:

Vertedero #1

Qr (L/s)

Qr (m3/s)

h (m)

H (m)

L (m)

g (m/s2)

0,8

0,0002222

0,15

0,03

0,0985

9,81

1,5

0,000416

0,16

0,04

0,0985

9,81

2,5

0,0006944

0,17

0,05

0,0985

9,81

Qt (m3/s) 0,00151138 9 0,00232693 6 0,00325199 2

A (m2)

C

0,002955

0,00088101

0,00394

0,00131333

0,004925

0,00178064

Tabulación #4

Análogamente se procedió con los Vertederos #2 (Véase: Tabulación #5) y Vertedero #3 (Véase: Tabulación #6):

Vertedero #2 Qr (L/s)

Qr (m3/s)

h (m)

H (m)

L (m)

g (m/s2)

θ

Qt (m3/s)

800 1500

0,0002222 0,000416

0,163 0,173

0,04 0,05

0,077 0,077

9,81 9,81

60 60

0,00043645 0,00076245

2500

0,0006944

0,183

0,06

0,077

9,81

60

0,00120272

Qr (L/s)

Qr (m3/s)

h (m)

H (m)

L (m)

g (m/s2)

θ

Qt (m3/s)

A (m2)

C

800 1500

0,0002222 0,000416

0,163 0,173

0,04 0,05

0,077 0,077

9,81 9,81

60 60

0,00043645 0,00076245

0,008239 0,009009

0,00024406 0,00041385

2500

0,0006944

0,183

0,06

0,077

9,81

60

0,00120272

0,009779

0,00063473

Tabulación #5

Vertedero #3 Qr (L/s)

Qr (m3/s)

h (m) H (m)

L (m)

g (m/s2)

Qt (m3/s)

800 1500

0,0002222 0,143 0,000416 0,15

0,019 0,026

0,06 0,06

9,81 9,81

0,00046402 0,0007428

2500

0,0006944

0,16

0,036

0,06

9,81

0,00121022

Qr (L/s)

Qr (m3/s)

h (m)

H (m)

L (m) g (m/s2)

800 1500

0,0002222 0,000416

0,143 0,15

0,019 0,026

0,06 0,06

2500

0,0006944

0,16

0,036

0,06

Qt (m3/s)

A (m2)

C

9,81 9,81

0,00046402 0,0007428

0,0051 0,00552

0,00027703 0,00043299

9,81

0,00121022

0,00612

0,00068305

Tabulación #6

Preguntas

1. ¿Qué se conoce como vertedero de cresta ancha, compárelo con los de cresta delgada? Cuando la descarga del líquido a superficie libre es efectuada por encima de un muro o una placa, tendremos lo que se denomina un vertedero. El punto más bajo de la pared en contacto con la lámina vertiente se conoce como cresta. Un vertedero de cresta ancha es una modalidad de vertedero con una cresta lo suficientemente amplia para mantener la distribución de la presión hidrostática a través del flujo según variantes (Véase: Figura #7). El flujo sobre la cresta es crítico y la profundidad del flujo de la cresta del vertedero es igual a la profundidad crítica. Un vertedero de cresta delgada es una muesca en el cual el ancho de la cresta en el sentido longitudinal del flujo, es suficientemente pequeño para no influir en el desarrollo del flujo sobre el vertedero

(A)

(B)

(C)

Situación ideal

Vertedero corto

Vertedero largo

Figura #7

2. ¿Cómo afecta la vena contracta en los vertederos?

Cuando un flujo está obligado a pasar por un orificio, se observa un estrechamiento a partir del orificio; a ese fenómeno se denomina vena contracta. La vena contracta es el segmento del chorro en donde el área transversal es más estrecha (Véase: Figura #8). En un vertedero se aprecia es una cresta de fluido que se hace paso sobre la pared que obstaculiza su trayectoria. A diferencia de un orificio en el cual se observa un chorro, en un vertedero se detalla una cresta.

E En orificio

En vertederos Figura #8