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• Eduardo Cordero

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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA DE OCCIDENTE DEPARTAMENTO DE INGENÍERIA Y ARQUITECTURA.

TEMA: “DETERMINACIÓN DEL CAUDAL A TRAVÉS DEL VERTEDERO TRIANGULAR DE PARED DELGADA”.

CÁTEDRA: HIDRÁULICA.

CATEDRÁTICO: ING. CARLOS WILVER SERRANO LÓPEZ.

ALUMNOS: ARAUJO MARTÍNEZ, JOSÉ MARIO AYALA VALENCIA, KAREN GABRIELA. CORDERO CORTEZ, JOSÉ EDUARDO. GONZÉLEZ RIVAS, CARLOS MOISÉS. MENDEZ CARDONA, JAIME RUTILIO. TRUJILLO MORALES, KAREN FABIOLA VALIENTE RIVERA, RAÚL ARMANDO.

FECHA DE ENTREGA: MIÉRCOLES 28 DE NOV. 2018

ÍNDICE. I. INTRODUCCIÓN. .........................................................................................................................iii II. OBJETIVOS. .................................................................................................................................iv 3. MARCO TEÓRICO. ..................................................................................................................... 5 3.1. Vertedero hidráulico. ............................................................................................................ 5 3.2. Clasificación de los vertederos hidráulicos....................................................................... 5 3.3. Vertedores triangulares. ...................................................................................................... 6 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ..................................................................................... 8 5. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA. .................................................................................................. 9 6. MEMORIA DE CÁLCULO......................................................................................................... 13 7. MATERIALES Y EQUIPO......................................................................................................... 14 8. CONCLUSIONES. ..................................................................................................................... 17 9. RECOMENDACIONES. ............................................................................................................ 18 10. BIBLIOGRAFÍA. ....................................................................................................................... 19

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I. INTRODUCCIÓN.

La medición práctica del caudal líquido en las diversas obras hidráulicas, tiene una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidráulico como un todo, y en muchos casos es fundamental para garantizar la seguridad de la estructura. Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo. Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la ecuación de continuidad y la de energía se calcula la velocidad. El caudal en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedor, que es una obstrucción hecha en el canal para que él liquido retroceda un poco atrás y fluya sobre o a través de ella. Los vertederos de cresta aguda son generalmente usados en laboratorios de hidráulica, para fines didácticos y de investigación, y para el aforo de pequeños caudales. Siendo este nuestro caso de importancia, ya que por este método realizaremos las distintas pruebas para la determinación del caudal en la sección de estudio.

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II. OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL:  Conocer el procedimiento que se lleva a cabo ante la determinación de un caudal a través de un vertedero.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Determinar los parámetros que se requieran para medir el flujo de agua que circula en dicho lugar.  Obtener el conocimiento para la elaboración e instalación de un vertedero triangular de pared delgada.

 Establecer la relación a cerca de la velocidad con la que el agua recorre su cauce rio abajo, a través de los datos obtenidos.

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3. MARCO TEÓRICO.

3.1. Vertedero hidráulico.

El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a propiciar el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales, siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. Para modelar los vertederos se deben tener en consideración los siguientes aspectos:  Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie del fluido paralela al fondo del canal.  Se cumple la ley de presiones hidrostáticas.  Los efectos de la viscosidad y la tensión superficial se consideran despreciables.  El correcto funcionamiento de un vertedero de pared delgada debe garantizar que la lámina de agua vertida esté siempre a presión atmosférica. 3.2. Clasificación de los vertederos hidráulicos.

Los vertederos son clasificados de diversas maneras:  Según su localización en torno a la estructura principal. 

Los Vertederos frontales.



Los Vertederos laterales.

 Según los instrumentos con que se controla el caudal vertido. 

Vertederos libres, es decir que no son controlados.



Vertederos controlados por medio de compuertas. 5|Página

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 Según la pared en que se vierte. 

El Vertedero con perfil hidráulico.



El Vertedero de pared gruesa.



El Vertedero de pared delgada.

 Según la sección por donde se vierte. 

Rectangulares.



Circulares.



Trapezoidales.



Triangulares.

3.3. Vertedores triangulares. O de escotadura en V, permiten la medición exacta de gastos muchos menores que los que se pueden medir con vertedores rectangulares y trapeciales. Estos generalmente son construidos en placas metálicas, en la práctica los más usuales son los de 90o de ángulo en vértice. Determinación teórica del caudal de un vertedero Para el cálculo del caudal, se considera un vertedor de pared delgada y sección geométrica como se muestra en la figura 5, cuya cresta se encuentra a una altura W, medida desde la plantilla del canal de alimentación.

El

desnivel

entre

la

superficie

inalterada del agua, antes del vertedor y la cresta, es h y la velocidad uniforme de llegada del agua es V0, de tal modo que: Si W es muy grande, V0 2 /2g es despreciable y H=h. La ecuación general para el perfil de las formas usuales de vertedores de pared delgada puede representarse por: X=f (y), que normalmente será conocida. Para medir caudales muy pequeños (menos de 6 litros por segundo), se obtiene mejor precisión utilizando aliviaderos de pared delgada de sección triangular, pues la presión varía con la altura, dándose una gran velocidad entre 6|Página

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la parte inferior del triángulo y la superior. El caudal sobre un aliviadero triangular es dado por la fórmula: Donde:  = ángulo del vértice del triángulo. Si = 90° entonces = aproximadamente a 0.58 variando ligeramente con la carga y el ángulo de la abertura. Según Thomson Si  = 90º, tan ( /2) = 1, para 0.05 m < h< 0,25m, Cd = 0.593. Por lo que la ecuación se convierte en:

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4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En la ingeniería civil, se realizan numerosas y variadas obras, siempre de servicio a la sociedad, que por más pequeñas que sean, deben realizarse con sumo cuidado para garantizar que el producto o datos que se obtengan, sean de fiar y puedan utilizarse para mejorar la calidad de vida de las personas a beneficiar. Uno de los campos de mayor utilidad para con la sociedad es la Hidráulica, y dentro de ella, los aforos de afluentes es de las tareas más comunes y accesibles de llevar a cabo. Un aforo es aquella estructura, fabricada con las medidas y dimensiones pertinentes, que permite encausar de mejor manera el caudal de un río, a la vez que proporciona datos de utilidad a la comunidad que viva en las zonas aledañas, que podrán servir para prevenir inundaciones, sequías, derrumbes, entre otras cosas. Por lo tanto, son proyectos pequeños pero de gran utilidad y beneficio para todos. A partir de lo anterior nos planteamos la siguiente interrogante: ¿Cómo realizar de manera correcta y efectiva un aforo con vertedero triangular?

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5. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA.

CONSTRUCCIÓN: Con la ayuda del nivel de burbuja nos percatamos de que el corte triangular sea perfectamente horizontal y que el ángulo sea efectivamente de 90ª, el bisel del corte triangular es de 1mm para asegurar de que se forma la caída de agua evitando que el agua se pegue a las pared del vertedero al momento de pasar por él. Hacemos la mención de que el vertedero fue elaborado por un carpintero al cual se le dieron todas las medidas antes expresadas y que al concluir el trabajo cumplió con lo que se le solicitó perfectamente. INSTALACION: Una vez construido el vertedero y escogido el lugar de colocación, se procede a instalarlo. Se limpió el lugar cortando las ramas y los arbustos espinosos a los cortados del río, removiendo las piedras del fondo así como otros obstáculos cercanos al lugar donde se colocará el vertedero y que incidirían en cambiar la trayectoria del río.

Ya limpio sitio, se escaba un poco a los lados del río donde ira encajado en vertedero por así decirse, asegurándose de que éste vaya perpendicular al flujo del río. Se colocan estacas clavadas que en primero momento servirán de línea de guía para la colocación del elemento y luego como apoyo a este debido a la fuerza del rio sobre la madera, además de ayudar a mantener la verticalidad en la estructura. Colocado el vertedero y apoyado con pilotes contra el flujo del río se procede a tapar todas las filtraciones de agua por debajo y a los costados del 9|Página

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vertedero, estos se rellenaron principalmente con barro extraído de un lugar cercano, además de bolsas de plástico y muchas rocas de diversos tamaños, todo esto con el fin de que toda el agua para solo por encima de la Cresta.

Por último, con el nivel de burbuja se revisó tanto la verticalidad como la horizontalidad del vertedero sean las correctas.

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TOMA DE MEDIDAS: Concluida la instalación correcta del vertedero, dejamos pasar cerca de 5 minutos para asegurarnos la estabilidad de este y que no hayan fugas de agua que no se observasen a simple vista, alcanzando el río un caudal constante, se formó como se esperaba la vena líquida y el salto de agua en el bisel de la cresta triangular.

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Luego se coloca la cinta métrica, donde “h” de agua en la cresta será la lectura que marca, se realizó numerosas veces con un lapso de tiempo de 3 minutos, siendo el promedio por ende la Altura “h” formada por el agua sobre la Cresta de nuestro vertedor triangular es de Con esto se realizan los cálculos pertinentes.

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6. MEMORIA DE CÁLCULO.

Para el cálculo del caudal se procedió a medir la altura (H) del agua en la sección del vertedero, reportándose así 8 pulg. Con este valor podremos determinar el flujo de agua, con la formula siguiente: 𝑄 = 1.4𝐻 5/2 8 ∗ 2.54 5/2 𝑄 = 1.4 ( ) ∗ 1000 100 𝑄 = 26.057 𝑙𝑡𝑠/𝑠𝑒𝑔 Este fue el caudal que se reportó en la sección del vertedero triangular.

Diseño de vertedero por medio de HCanales.

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7. MATERIALES Y EQUIPO.

Plywood de media pulgada: Cuerpo de madera totalmente homogéneo con una de sus dimensiones aplanada en su totalidad, puede existir en muchas medidas en pulgadas que van desde media pulgada en adelante. Desempeño el papel más importante en la elaboración del vertedero ya que fue de este material del cual se construyó el vertedero triangular.

Martillo: Herramienta de composición solida de acero que se ocupa para dar fiabilidad incrustando el material sobre otro objeto por medio de golpes. La utilidad que se le dio al martillo fue para fijar las regletas al suelo que permitieron dar sostenimiento al vertedero para que pudiese resistir las fuertes fuerzas que el agua ejercía a la cara expuesta al remanso.

Machete: Herramienta común de acero de apariencia delgada y aplanada utilizada para realizar cortes puros. La utilidad que se le dio fue en campo este nos ayudó a abrir espacio en el lugar de trabajo, eliminando con este desechos de árboles o arbustos que contenían espinas que hacían dificultoso el trabajo.

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Estacas: Cuerpo alargado de madera con dos dimensiones pequeña a comparación de la dimensión longitudinal. Se utilizaron para dar estabilidad al vertedero colocándolos del lado donde no se hacia el remansó de agua así se podría dar más estabilidad y que el vertedero mantuviera una posición vertical y horizontal.

Cinta métrica: Instrumento de medición que consiste en una cinta flexible graduada y que puede enrollar, haciendo que el transporte sea más fácil. Con este se midieron todas las dimensiones del vertedero y las lecturas de elevación del agua en el lugar donde se llevó a cabo la prueba lecturas que por lo consiguiente se utilizaron para hacer los respectivos cálculos.

Pala: herramienta que se utiliza para remover porciones pequeñas de tierra. Se utilizó mayoritariamente para coger porciones lodo para colocarlo en la base y orillas del vertedero esto con la finalidad de bloquear el paso del agua por debajo y por las orillas del vertedero.

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Azadón: Apero de labranza parecida a la azada pero de pala algo curva y más larga que ancha; se emplea para cavar en tierras duras o para cortar raíces.

Nivel de pita: Es un instrumento que posee un tubito lleno de agua con una burbuja de aire adentro, el cual se coloca en una pita y nos ayuda a ver si esa pita se encuentra totalmente horizontal.

Bolsas de plástico: Nos sirvieron para ayudar a taponear los costados del vertedero para que no pasara el agua.

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8. CONCLUSIONES.  El caudal puede ser medido de una manera empírica y si se hace de una manera ordenada y correcta el resultado de esta medición puede ser de una muy buena exactitud.  El vertedero es una herramienta de gran utilidad a la hora de querer conocer el caudal de una manera exacta, aunque hay que tener en cuenta que solo se mide el caudal para ese momento exacto de medición ya que muchos factores afectan a la magnitud del caudal tales como: lluvia, sequias, nacimientos de agua recientes, etc.

 A la hora de construir el vertedero es de vital importancia tomar las medidas exactas del lugar donde se colocará y construirlo tomando de bases estas medidas para que este cumpla con su máxima eficiencia posible.  Un caudal de 0.0328 m3/seg es un caudal acorde a las dimensiones del riachuelo donde se midió este y ya conociendo este dato se puede hacer uso de esto en diversas obras de ingeniería civil, como analizar si se puede tratar y ver a cuanta gente se le puede llevar de esta agua para su uso diario.

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9. RECOMENDACIONES. 

Leer teoría sobre el tema e informarse con un experto antes de realizar una tarea como un aforo con vertedero triangular.



Utilizar materiales resistentes para su fabricación. Recordemos que el agua en movimiento ejerce una gran presión y destruye todo a su paso.



Llevar herramientas y materiales extra. En el campo nunca se sabe que pueda pasar, es por ello que se debe ser precavido y siempre llevar material extra y herramientas que puedan sacarte de apuros.



Repartir tareas de forma ordenada. A la hora de trabajar en equipos es importante saber distribuir las tareas para asegurar que el proyecto se lleve a cabo de la mejor forma, de lo contrario, de nada servirá que hayan montón de personas haciendo nada y el proyecto sin terminar.



Prevenir cómo puede encontrarse el lugar de aforo por distintas variables, como el clima o época del año, especies de animales y vegetales, y así pensar en maneras de mitigar cualquier problema.



Prevenir en cómo es la topografía del terreno, así como sus características de suelo, esto ayuda a saber cómo se actuará en campo y a hacer planes de ejecución.



Llevar ropa adecuada. Esto permite realizar las tareas de manera más efectiva y rápida.



Anotar todos los datos en el momento y de forma ordenada, para garantizar un buen trabajo de gabinete y un excelente análisis de resultados.

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10. BIBLIOGRAFÍA.

Artículos

hidráulica

Recuperado

(s.f).

Medidores,

vertedero

triangular.

Fluidos. de

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertedortriang2/vert triang2.html

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