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INFORME DE LABORATORIO VERTEDEROS

Elaborado por:

LABORATORIO DE HIDRÁULICA II

Bogotá, 7 de noviembre del 2020

República de Colombia UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CÍVIL

I.

INTRODUCCION

En este trabajo se desarrollará la práctica correspondiente a vertedero que es un dique o pared que presenta una escotadura de forma regular, son obras diseñadas para permitir por sobre ellos el paso, libre o controlado, del flujo en canales u otro tipo de cuerpos de agua. En general, se disponen como barreras al escurrimiento, generando un efecto de remanso hacia aguas arriba, y la contracción y aceleración del escurrimiento en el paso sobre el vertedero Para este laboratorio se emplearán dos tipos de vertederos de acuerdo a su forma, que son rectangular y triangular

II.

OBJETIVOS

Objetivo general 

En esta práctica se analiza el comportamiento del flujo para un vertedero en el cual se observa la contracción de la lámina de agua y se analizan las ecuaciones de cálculo para diferentes tipos de vertederos

Objetivos específicos.    

Familiarizarse con el manejo de vertederos para la determinación de caudales en canales Determinar el modelo matemático para un vertedero (rectangular , triangular) utilizando el modelo de regresión y el modelo grafico Hallar el valor de C en la ecuación de un vertedero Calibrar un vertedero triangular y obtener su respectiva curva de calibracion

III.

MATERIALES Y EQUIPOS

El dispositivo experimental para la práctica consta de: 1. Válvula reguladora de caudal 2. Vertedero rectangular 3. Vertedero triangular 4. Piezómetros

IV.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO

PROCEDIMIENTO, MÉTODO O ACTIVIDADES 1. Tomar lecturas iniciales (H0) de los vertederos. 2. Abrir la válvula reguladora de caudal suavemente hasta que se estabilice el caudal. 3. Tomar lecturas de HV para cada vertedero. 4. Verificar que para el primer caudal la caída del agua sea libre (es decir que el agua no roce la pared del vertedero). 5. Trabajar con 8 caudales diferentes y tomar la lectura de HV correspondiente a cada caudal.

V.

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

TABLA 1.datos obtenidos en el laboratorio

VI.

CALCULOS

En busca de poder calcular mediante la respectiva formula de cada vertedero el caudal que está pasando por cada sección. Las fórmulas están en función de la abertura del vertedero como se verá a continuación. Q=0.04331∗H 1.05 Q= caudal en m3/s H= altura en m Para vertederos rectangulares (ϴ=90)

Se calculó el valor del coeficiente de descarga Cd para compararlo con los valores de los textos, esto se logró mediante la siguiente ecuación. θ Q=0,041 Cd∗H 2,5∗tan( ) 2 En base a las ecuaciones ya expuestas y el procedimiento ya descrito se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla resultados vertedero rectangular

Imagen 1. Grafica Q VS H

Tabla .Datos vertedero Triangular

Tabla Calibrar vertedero Triangular

De la recta que nos dio en Excel se Obtuvieron los siguientes valores.

C=0,076 n=1.4488 Para el vertedero triangular Por último, se calculó el valor del coeficiente de descarga Cd para compararlo con los valores de los textos, esto se logró mediante la siguiente ecuación

Resultados finales vertedero triangular

Calcule el % de error entre el valor del Cd teórico y Cd experimental.

% error

VII.

0.48− 0.50 ∗100=4.16 % 0.48

ANALISIS DE RESULTADOS



Se pudo analizar que los coeficientes de descarga triangulares no dieron tan cercanos entre ellos



Se pudo evidenciar que para entre menos sea el valor de carga H mayor será el CD

en los vertederos

VIII. CONCLUSIONES. 

Un vertedero triangular permite el doble de paso de una corriente de agua o caudal para la mitad de la altura de lámina de agua que, en un rectangular, ya que para medir pequeñas perdidas el vertedero triangular es más preciso que el rectangular



En los coeficientes de descarga se pude evidenciar que el coeficiente de descarga del vertedero rectangular es mayor que el del vertedero triangular

IX. RECOMENDACIONES  Realizar la respectiva purga de los piezómetros cada que se realice la práctica para asegurarse de que se encuentren libres de burbujas de aire, ya que esto puede incrementar el error en las demás medidas.

 Realizar una limpieza de los tubos empleados para medir la altura del nivel de los piezómetros ejercida por la presión, ya que esto puede inferir en la toma de datos. X. REFERENCIAS  CHOW, Ven Te. Hidráulica de canales abiertos. Santafé de Bogotá: McGraw Hill, 1995.  UMNG. Vertedero. Guía de laboratorio de hidráulica. Bogotá D.C. 2010.

INFORME DE LABORATORIO COMPUERTAS

Elaborado por:

LABORATORIO DE HIDRÁULICA II

Bogotá, 7 de noviembre del 2020

República de Colombia

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CÍVIL

1. INTRODUCCION En este informe se desarrolló la práctica de compuertas, este término corresponde a puertas movibles que se colocan en las esclusas de los canales y en los portillos de las presas de rio para detener o dejar pasar las aguas, esto dependiendo de la altura del orificio que se va abriendo o cerrando. Sirviendo como mecanismo de control del caudal en un canal.

2. OBJETIVOS Objetivo general 

La práctica de compuerta permite la determinación experimental de los coeficientes de descarga ( � ), para la condición de una apertura constante, al tiempo que se determina la distribución de presiones, tanto sobre la compuerta como en el fondo del canal de prueba.

Objetivos específicos.  

Analizar la distribución de presiones de velocidades a lo largo del fondo del canal y sobre la pared de la compuerta. Hallar los coeficientes de descarga, para una compuerta cuando se mantiene una abertura constante.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

El dispositivo experimental para la práctica consta de: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Válvula de entrada (reguladora de caudal). Graduador de pendiente. Tanque de aquietamiento. Desagüe del tanque. Tubo rebosadero. Rejilla estabilizadora. Registro. Tablero de piezómetros (provenientes del fondo del canal y de la pared de la compuerta, permiten determinar la presión en diversos puntos). 9. Compuerta. 10.Carro medidor de gancho desplazable, con medidor de aguja que sirve para determinar la profundidad. 11. Compuerta de persiana. 12.Tanque aforador con vertedero triangular de 60º. 13.Piezómetro del tanque aforador. 14.Válvula de ingreso. 15.Una tubería.

4. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO PROCEDIMIENTO, MÉTODO O ACTIVIDADES

1. Verificar que el nivel del agua esté en toda la cresta del vertedero y tomar la lectura de la cresta del vertedero ( � � ) en el piezómetro (cm) que está ubicado en el vertedero. (anotar en la tabla de toma de datos). 2. Purgar todos los piezómetros (1-10) por un periodo de 1 minuto. 3. Lectura inicial de piezómetros (6-10) 4. Abrir la válvula de entrada procurando obtener una lámina de agua que cubra el piezómetro No 5 ubicado en la compuerta del canal. 5. Estabilizar la lámina de agua del tanque de aquietamiento. 6. Tomar las lecturas iniciales de piezómetros y el valor de “y”. 7. Abrir la compuerta unos dos centímetros y dejar estabilizar el caudal. 8. Abrir la válvula de entrada y tomar las lecturas de H1 – H10 para ese caudal. 9. Tomar la lectura antes (ℎ ℎ ) y después (y) de la compuerta. 10.Abrir nuevamente la válvula de entrada y tomar medidas de H1 – H10 para el segundo caudal. 11. Tomar nuevamente la lectura antes (ℎ ℎ) y después (y) de la compuerta. 12.El procedimiento se repite abriendo la compuerta a 2.5 y 3 cm. Ecuación del vertedero triangular:

Q ( lps ) =0.0172∗H (cm)2.34

5. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Apertura de la Compuerta (cm) Piezómetr Lectura Inicial o N° Piezómetro

a1

2 cm

a2

2,5 cm

a3

3,0 cm

Q1

Q2

Q1

Q2

Q1

Q2

6 NO APLICA H0 = Hv =

28.8 10.8 24

51.9 10.8 25.8

49.6 10.8 25.8

51.1 10.8 26.7

TABLA 1. Datos obtenidos en el laboratorio de compuertas

6. CALCULOS

En base a la formula vista en clase, se establece que

q=Cd∗a∗√ 2 g∗h0 Q = Caudal en L/s h0 = Altura lámina de agua en m L = Ancho del canal en m a = Apertura de la compuerta en m Cd = Coeficiente de descarga

45.4 10.8 26.7

49.1 10.8 27.1

Al despejar Cd de la ecuación anterior, se obtiene que:

Cd=

q a∗√ 2 g∗h 0

Para determinar el valor del coeficiente de descarga, es necesario hallar los caudales en cada caso, teniendo en cuenta que habrá tres aperturas diferentes. Los datos obtenidos de alturas Hv y Ho, nos permitirán hallar la altura H. H =Hv−H 0

Con la ecuación de vertederos, que dice que el caudal

Q=0.0172∗H

2.34

Q= caudal en L/s H= altura en cm

Con ello proseguimos a determinar los caudales.

a1=2 cm 2.34

Q1=0.0172∗(24 cm−108 cm ) Q1=7.206 L/s

2.34

Q2=0.0172∗(25.8 cm−108 cm ) Q2=9.718 L/s

A2 = 2.5 cm 2.34

Q1=0.0172∗(25.8 cm−108 cm) Q1=9.718 L/s

Q 2=0.0172∗(26.7 cm−108 cm)

2.34

Q 2=11.138 L/s

A3 = 3 cm Q 1=0.0172∗(26.7 cm−108 cm)

2.34

Q 1=11.138 L/s

2.34

Q 2=0.0172∗(27.1 cm−108 cm ) Q 2=11.804 L/ s

Una vez determinados los caudales

Sabemos que Q se encuentra en L/s, lo pasaremos a m3/s para respetar las unidades, los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Cd=

q a∗√ 2 g h0

A1 = 2 cm 7.206∗10−3 Cd 1=

√

(

0.02 m∗ 2∗ 9.81

m3 s

)

m ∗( 0.2m ) s2

Cd 1=0.182 9.718∗10−3 Cd 2=

√

(

0.02 m∗ 2∗ 9.81

m3 s

)

m ∗( 0.2m ) s2

Cd 2=0.245

A1 = 2.5 cm 9.718∗10 Cd 1=

√

−3

(

0.025 m∗ 2∗ 9.81

m s

m s

2

3

)∗( 0.2m )

Cd 1=0.196 −3

11.138∗10 Cd 2=

√

(

0.025 m∗ 2∗ 9.81

3

m s

)

m ∗( 0.2 m ) 2 s

Cd 2=0.225

A1 = 3 cm −3

11.138∗10 Cd 1=

√

(

0.03 m∗ 2∗ 9.81

m s

3

)

m 2 ∗( 0.2 m ) s

Cd 1=0.187 11.804∗10 Cd 2=

√

(

0.03 m∗ 2∗ 9.81

−3

3

m s

)

m 2 ∗( 0.2 m ) s

Cd 2=0.199

7. ANALISIS DE RESULTADOS 

 

Al determinar los caudales experimentales del laboratorio, se logra notar que a medida que la apertura aumenta, los caudales de igual manera tienden a hacerlo. Se pudo observar que cuando cambiaba de caudal dos de apertura menor, a caudal uno de apertura mayor, los caudales presentaban similitud. Los valores de los coeficientes cuando pasan de caudal dos a caudal uno, presentan una disminución en el coeficiente de descarga.

8. CONCLUSIONES. 



Los coeficientes de descarga en el momento que cambia la apertura de las compuertas tienden a generar una disminución en este, pero a medida que se mantiene, tiende aumenta. Los caudales a diferencia del coeficiente de descarga, tiene a generar cierta igualdad al aumentar la apertura de la compuerta.

REFERENCIAS

UMNG. (05 de Agosto de 2010). Guia de Practicas de Laboratorio: Compuerta. Bogotá, Colombia.

CUC. (Noviembre de 2018). Hidraulica. Obtenido de Compuertas y vertederos: http://hidraulica-cuc.blogspot.com/2018/11/compuertas-y-vertederos.html

RESALTO HIDRÁULICO.

ESTUDIANTE:

INFORME LABORATORIO.

DOCENTE:

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA. INGENIERÍA CIVIL BOGOTA D.C

2020

1. INTRODUCCIÓN En el presente informe se tratará el tema de salto o resalto hidráulico el cual se define como un fenómeno que se genera cuando una corriente supercrítica, es decir, rápida y poco profunda, cambia súbitamente a subcrítica, esto es, se vuelve una corriente lenta y profunda. Para poder analizar el comportamiento de un salto hidráulico en un canal que presenta la misma pendiente y sección, es necesario medir la altura de la lámina de agua en diferentes puntos para determinar el tipo de resalto que se presenta para las distintas aperturas de la compuerta.

2. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 2.1.

Datos de entrada

Para llevar a cabo esta práctica de laboratorio se tomaron las medidas de las alturas de los piezómetros y la altura de la lámina de agua para diferentes aperturas de la compuerta, con la finalidad de generar tres resaltos hidráulicos distintos.

Obteniendo lo siguientes datos: Piezómetro N°

a1

Apertura de la Compuerta (cm) 2 cm a2 2,5 cm a3 3,0 cm

10 11

1.5 1.6

1.9 2.1

2.2 2.4

12 13

1.7 1.8

2 2.1

2.4 2.5

14 15

2.2 8.5

2.3 2.1

2.6 7

16

9.5

10.2

13.8

17

Apertura de la Compuerta (cm) 2 cm a2 2,5 cm a3 3,0 cm 9.7 13.8 15.5

18 19

9.9 9.9

20 21

10 10

22 23

9.9 10.1

14.8 14.9

16.1 16.2

Hv H0

24 10.8

27.1 10.8

27.1 10.8

Hv-H0

13.2

16.3

16.3

Piezómetro N°

a1

14.5 14.6 14.8 14.8

15.8 15.9 16.1 16

Tabla 1. Datos tomados en el laboratorio.

Ecuación del vertedero

� =0,0172 ∙ � ^2,34

En esta ecuación H está en cm y el caudal da en L/s. Ancho del canal = 0,2 m.

2.2.

Cálculos

En base a las lecturas de los piezómetros se obtuvo la gráfica de la línea piezométrica del canal en cada compuerta.

linea piezometrica 1

altura piexometrica (cm)

12 10 8 6 4 2 0

8

10

12

14

16

18

20

22

24

20

22

24

piezometro

Gráfica 1. Línea piezométrica.

linea piezometrica 2 altura piezometrica (cm)

16 14 12 10 8 6 4 2 0

8

10

12

14

16

18

piezometro

Gráfica 2. Línea piezométrica.

altura piezometrica (cm)

linea piezometrica 3 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

8

10

12

14

16

18

20

22

24

piezometro

Gráfica 3. Línea piezométrica.

A partir de la altura de la lámina de agua en el vertedero se obtiene el caudal, donde se empleó la siguiente fórmula: Q= 0,0172*H2,34 Obteniendo así los siguientes caudales

apertura

Q (L/s)

Q (m3/s)

1

7.2056

0.0072056

2

11.8044

0.0118044

3

11.8044

0.0118044

Tabla 2. Caudales para cada apertura de la compuerta.

XPiezómet ro No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

a1 = 2 30.15 32.16 34.17 36.18 44.22 170.85 190.95 194.97 198.99 198.99 201 201 198.99 203.01

Área (cm2) a2 = 2,5 38.19 42.21 40.2 42.21 46.23 42.21 205.02 277.38 291.45 293.46 297.48 297.48 297.48 299.49

a3 = 3 44.22 48.24 48.24 50.25 52.26 140.7 277.38 311.55 317.58 319.59 323.61 321.6 323.61 325.62

Velocidad (cm/s) a1 = 2 a2 = 2,5 a3 = 3 302.57066 246.598938 199.745931 283.659994 223.113325 183.100436 266.974112 234.268991 183.100436 252.142217 223.113325 175.776419 206.298177 203.712166 169.015787 53.3948224 223.113325 62.7772925 47.7743148 45.9350964 31.8435541 46.7892774 33.9520277 28.3510353 45.8440394 32.3129643 27.8127245 45.8440394 32.0916427 27.6378017 45.385599 31.6579718 27.294475 45.385599 31.6579718 27.4650655 45.8440394 31.6579718 27.294475 44.9362367 31.4455022 27.1259906

Tabla 3. Velocidades y áreas para cada apertura de la compuerta.

Con los datos de la tabla anterior obtenemos lo siguiente para calcular las líneas de energía: XPiezómet ro No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Cabeza de Velocidad (cm) a1 = 2 a2 = 2,5 a3 = 3 46.6610624 30.994412 20.3355947 41.0106994 25.371843 17.0875483 36.3278168 27.9724569 17.0875483 32.4035156 25.371843 15.7478845 21.6916096 21.1511961 14.5598045 1.45311267 25.371843 2.00865874 1.16329518 1.07545009 0.51682566 1.1158188 0.58753323 0.40967442 1.0711906 0.53217516 0.39426485 1.0711906 0.52491006 0.38932114 1.0498739 0.51081915 0.37970865 1.0498739 0.51081915 0.38446984 1.0711906 0.51081915 0.37970865 1.02918724 0.50398553 0.37503535

Línea de Energía (cm) a1 = 2 a2 = 2,5 48.1610624 32.894412 42.6106994 27.471843 38.0278168 29.9724569 34.2035156 27.471843 23.8916096 23.4511961 9.95311267 27.471843 10.6632952 11.2754501 10.8158188 14.3875332 10.9711906 15.0321752 10.9711906 15.1249101 11.0498739 15.3108192 11.0498739 15.3108192 10.9711906 15.3108192 11.1291872 15.4039855

a3 = 3 22.5355947 19.4875483 19.4875483 18.2478845 17.1598045 9.00865874 14.3168257 15.9096744 16.1942649 16.2893211 16.4797086 16.3844698 16.4797086 16.5750354

Tabla 4. Cabezas de velocidad y líneas de energía.

linea de energia 1 60

linea de energia (cm)

50 40 30 20 10 0 8

10

12

14

16

18

20

22

24

20

22

24

piezometro

Gráfica 4. Línea de energía.

linea de energia 2 35

linea de energia (cm)

30 25 20 15 10 5 0 8

10

12

14

16

18

piezometro

Gráfica 5. Línea de energía.

linea de energia 3 25

linea de energia (cm)

20 15 10 5 0 8

10

12

14

16

18

20

22

24

piezometro

Gráfica 6. Línea de energía.

3. ANALISIS DE RESULTADOS 



En las aperturas 2 y 3 (grafica 2 y 3) se puede evidenciar que el resalto hidráulico sucedió aproximadamente en el piezómetro N° 15 mientras que en la apertura 1 (grafica 1) sucedió poco antes de superar el piezómetro N° 14, así mismo las alturas piezómetros de las aperturas 1,2 y 3 fueron de 10cm, 15cm y 16cm respectivamente evidenciando así que los resaltos aumentaron considerablemente de la...