Lab. Vertedero Cresta Ancha.docx

Universidad de la Costa Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Laboratorio de Hidráulica Medidores de flujo

CARACTERÍSTICAS DE FLUJO EN VERTEDERO DE CRESTA ANCHA 1

RESULTADOS DE APRENDIZAJE

b. Capacidad para diseñar y realizar experimentos, así como para analizar e interpretar datos

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OBJETIVO

Determinar la relación entre la cabeza aguas arribas y el caudal para flujos a través de un vertedero de cresta ancha.

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METODOLOGIA

Mediante el uso del vertedero de cresta ancha instalada en el canal se trabajará bajo un rango de condiciones de flujo.

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EQUIPOS 1. 2. 3. 4. 5.

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Canal Armfield C4-Mkll. Vertedero de cresta ancha. 2 medidores escala 300 mm. Banco hidráulico F1-10. Cronómetro.

EQUIPO OPCIONAL 1. Medidor de caudal de lectura directa. 2. Tubo C4-61 y manómetro.

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TEORÍA

Figura 1. Montaje experimental vertedero con pared gruesa.

A partir de conservación de energía y despreciando las pérdidas: 𝐻𝑜 = 𝐻1 = 𝑦𝑜 +

𝑉𝑜 2 𝑉12 = 𝑦1 + 2𝑔 2𝑔

Por lo tanto: 𝑉1 = √2𝑔(𝐻𝑜 − 𝑦1)

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El caudal está en función de y1, V1 y b1, como se muestra a continuación: 𝑄 = 𝑏√2𝑔(𝐻𝑜 ∗ 𝑦12 − 𝑦13 ) Dado de que el vertedero no está sumergido (nivel de agua aguas abajo es baja), el flujo a través del vertedero de cresta ancha puede suponerse que es crítico a medida que pasa sobre el vertedero. Por lo tanto: 2

H0y1 – y1³ = máximo En el máximo, 𝑑𝑞 = 0 = 2𝐻𝑜 ∗ 𝑦1 − 3 ∗ 𝑦12 𝑑ℎ En consecuencia, 2 𝑦1 = 𝐻𝑜 3 4 8 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑏√2𝑔 ∗ ( 𝐻𝑜 3 − 𝐻𝑜 3 ) 9 27 3

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 1.705𝑏𝐻𝑜 2 El flujo actual a través del vertedero de cresta ancha será menor que el teórico, entonces se introduce un coeficiente en la ecuación, así: 3

𝑄𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 = 1.704𝐶𝑑𝑏𝐻𝑜 2 Donde Cd es el coeficiente de descarga y puede ser determinado como: 𝐶𝑑 =

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𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

PROCEDIMIENTO 

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Ajuste el flujo en el canal para obtener cabezas (Yo), incrementando cada 0.01 m. Para cada uno mida el caudal actual, la profundidad aguas arribas del flujo por encima del vertedero (Yo) y la profundidad del flujo a través del vertedero (Y1) donde el flujo llega a ser paralelo al vertedero. El caudal actual se puede determinar usando medidores de caudales de lectura directa o medidores de volúmenes con cronómetro. Para resultados adecuados, el medidor de nivel debe estar alejado lo suficiente aguas arribas. En cada ajuste también observe y grafique el flujo patrón a través del vertedero.

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Incremente gradualmente la profundidad total del agua aguas abajo del vertedero. Para cada paso, mida el caudal actual, la profundidad aguas arribas (Yo) y la profundidad del flujo a través del vertedero (Y1). Observe y grafique el flujo patrón.

RESULTADOS

Tabule sus lecturas y cálculos como sigue: Ancho del vertedero: b (m) = Altura del vertedero: Hw(m)= Yo(m)

Y1(m)

Qreal (m3/s)

Ho

Teórico (m3/s)

Cd

Grafique Q actual contra Ho y Cd contra Ho.

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CONCLUSIONES 1. ¿La magnitud del caudal afecta el coeficiente de descarga Cd? ¿Cd incrementa o decrece al aumentar el caudal? 2. ¿Cuál es el patrón del flujo sobre el vertedero? 3. ¿La altura del vertedero afecta el coeficiente de descarga? 4. ¿Esperarías a que la longitud de la cresta del vertedero afecte al coeficiente de descarga Cd? 5. ¿Cuál es el efecto de aumentar la profundidad aguas abajo? ¿Cómo afecta el ahogamiento la exactitud de los resultados?