Flujo Sobre Vertederos Rectangulares De Pared Delgada

LABORATORIO 8

FLUJO SOBRE VERTEDEROS RECTANGULARES DE PARED DELGADA

OBJETIVOS

Observar el comportamiento del flujo en un canal que pasa por encima de un vertedero rectangular de pared delgada.

Identificar los parámetros que intervienen en la determinación de las velocidades y el control que se ejerce sobre el vertedero.

Aplicar e interpretar aplicación de la ecuación de energía entre aguas arriba y una altura del agua sobre la cresta del vertedero, así como aguas arriba y aguas abajo con base en los datos obtenidos en un canal de laboratorio.

Determinar el valor del caudal que es trasportado en el canal y control del flujo.

INTRODUCCIÓN

A través de la historia se ha hecho necesario herramientas que permitan la regulación de los cuerpos de agua así como la medición de caudales trasportados por los canales, es por ello que surgieron estructuras que se denominan medidores de flujo y aforadores.

Entonces medidores se basan en el principio de flujo crítico, y se han desarrollado estructuras, en las que a menudo la profundidad crítica se crea mediante la construcción de pequeñas elevaciones en el fondo como lo son los vertederos, o mediante construcciones como lo son las canaletas.

GENERALIDADES

Concepto de vertedero de pared delgada

Cuando la descarga es realizada encima de un muro o una placa, con el borde superior horizontal y libre, la estructura se denomina vertedero, ahora bien, cuando se realiza sobre una arista aguada, el vertedero se denomina de pared delgada. El vínculo entre la longitud del vertedero y su carga, permite identificar a un vertedero de pared delgada o cresta delgada de la siguiente manera:

e/H≤0,67 (1)

Donde e corresponde al espesor o ancho de la cresta de la pared y H la diferencia entre la cota de la superficie libre (aguas arriba) y la cresta del vertedero.

Expresiones para el cálculo de caudales mediante vertederos de pared delgada

Formula de rehbock

Con base en las condiciones ideales, se determinan los coeficientes de descarga, la ecuación de rehbock se emplea para esto:

Cd=[0,6035+0,0813*(H+0,0011)/P]*[1+0,011/H]^(3⁄2) (2)

Donde P corresponde a la altura de la cresta o de la pared.

La expresión anterior fue establecida mediante procedimiento experimental. Por lo cual su aplicación se ciñe a unos rangos de validez:

0,01m≤H≤0,8 m

H≤0,3m

H≥0,06m

H/P≤1

Basado en lo anterior el autor elaboro una gráfica con el objetivo de ilustrar la variación del coeficiente de descarga se tiene que;

Q=2/3*K*Cd*√2g*BH^(3⁄2) (3)

Dónde:

K=[1+2/3*〖Cd〗^2 (B/b)^2 (H/(H+P))^2 ] (4)

Siendo B w ancho de la cresta, b el ancho del canal

Formula de la sociedad suiza de ingenieros y arquitectos

Esta fórmula para los vertederos de pared delgada fue adoptada en 1924 y se encuentra dada de la siguiente forma:

Q=2/3*Cd*√2g*B*H^(3⁄2) (5)

Al no presentarse contracciones el coeficiente de descarga está dado por;

Cd=0,615⌊1+1/(1000H+1,6)⌋⌊1+1/2 〖*(H/(H+P))〗^2 ⌋(6)

Formula de Bazin aplicada a Hegly

Esta fórmula es aplicada para los vertederos con carga H entre 0,10m y 0,60m, cuyas longitudes están comprendidas entre 0,10m y 0,60m, y la altura se encuentra etre 0,20m y 2m.

Q=2/3*Cd*√2g*B*H^(3⁄2) (7)

Donde el co3ficiente de descarga está dado por:

Cd=⌊0,6075+0,00405/H⌋⌊1+0,5〖*(H/(H+P))〗^2 ⌋(8)

MATERIALES Y MÉTODOS

Metodología para la práctica en el laboratorio

Tome un canal hidráulico artificial con sección rectangular (necesariamente con una compuerta en la parte central del canal) para la realización de este laboratorio

Encienda la bomba para que suministre un caudal constante dentro del canal

Seleccione una altura en la compuerta, la cual no se tendrá en cuenta, espere durante el lapso de tiempo aproximadamente 20 segundos para que se estabilice el canal

Registre las lecturas del venturimetro

Mida 3 tirantes aguas arriba y aguas abajo como mínimo, con

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