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1. FICSA-UNPRG
MEDICIÓN DE CAUDALES
CON VERTEDERO
TRIANGULAR
EQUIPO FME 02
MECANICA DE FLUIDOS I
MEDICIÓN DE CAUDALES

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MEDICIÓN DE CAUDALES CON VERTEDERO TRIANGULAR
I. OBJETIVOS
• Estudiar las características del flujo a través de un vertedero de
escotadura triangular, practicado en una pared delgada y con el
umbral afilado.
• Verificar si el coeficiente de gasto o descarga se mantiene
constante a lo largo del experimento.
II. FUNDAMENTO TEORICO
El vertedero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre
o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales.
Cuando el borde superior del orificio por donde se vacía un depósito no
existe, o en caso de existir, está por encima del nivel del líquido, se dice
que el desagüe tiene lugar por Vertedero.
El primero que se ocupo de esta cuestión fue G. Poleni, quien consideró el
vertedero como un gran número de orificios continuos, y de este modo
trato de calcular tanto el vertedero completo con salida al aire libre, como
el incompleto o sumergido, en el que una parte del derrame tiene lugar
bajo una lamina de agua (llamado por dicho autor motus mixtus).
Los vertederos son utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medición
del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en el
control del flujo en galerías y canales.
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DETERMINACION TEÓRICA DEL CAUDAL DE UN VERTEDERO
Para el cálculo del caudal, se considera un vertedor de pared delgada 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, V02/2g 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
TERMINOLOGIA
El borde superior se denomina cresta, pared o umbral.
Los bordes verticales constituyen las caras del vertedero.
La carga del vertedor, H, es la altura alcanzada por el agua, a partir de la
cresta del vertedor.
Los niveles a ambos lados del vertedor se llaman niveles, aguas arriba y
aguas abajo, respectivamente.
Debido a la depresión de la lámina vertiente junto al vertedor la carga H
debe ser medida aguas arriba, a una distancia aproximadamente igual o
superior a 5H.
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Vertedero Triangular: Hacen posible una mayor precisión en la medida de
carga correspondiente a caudales reducidos. Estos vertedores
generalmente son construidos en placas metálicas en la practica,
solamente son empleados los que tienen forma isósceles, siendo más
usuales los de 90º.
Las
figuras anteriores muestran un vertedero triangular y su sección
transversal; la escotadura de este tipo de vertedero es de forma triangular.
El ángulo que forman sus paredes puede ser de 60 a 90 grados.
El vertedero triangular es el más preciso para medir caudales
pequeños.
ECUACIÓN PARA UN VERTEDERO TRIANGULAR DE PARED DELGADA
Siguiendo el mismo procedimiento anterior y despreciando el valor de
v2/2g puesto que el canal de aproximación es siempre más ancho que el
vertedero, se obtiene la descarga a través de:
Condiciones De Flujo Adoptadas Para La Fórmula De Poleni-Weisbach
Considerando la Ecuación de la Energía, a lo largo de una línea de flujo se
presenta un incremento de la velocidad y correspondientemente una
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2
5
)( .
2
.2
15
8
)( htggempiricoQ mE
θ
µ=

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caída del nivel de agua. En el coronamiento del vertedero queda el límite
superior del chorro líquido, por debajo del espejo de agua, con una
sección de flujo menor al asumido por Poleni-Weisbach.
COEFICIENTE DE GASTO O DESCARGA
Los valores límites aproximados del coeficiente de descarga, resultan de la
hipótesis de presencia del tirante crítico sobre el coronamiento del
vertedero y de las velocidades aguas arriba y aguas abajo definidas por la
ecuación de Torricelli. Consideremos el siguiente esquema:
Para obras de gran magnitud es usual realizar estudios sobre modelos
hidráulicos, para determinar el valor del coeficiente de descarga, sin
embargo para el diseño de pequeñas obras se contará únicamente con la
referencia bibliográfica y la experiencia del proyectista.
FUNCIONES DE UN VERTEDERO:
Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la
elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo.
Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba.
Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por su forma
Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de
requerido para el funcionamiento de la obra de conducción.
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CORONAMIENTO O CRESTA DE
VERTEDERO.

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Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma,
permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle
con una lámina líquida de espesor limitado.
En una obra de toma, el vertedero se constituye en el órgano de seguridad
de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante
los eventos de máximas crecidas.
Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía,
transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras,
sistemas de alcantarillado, etc.
III. EQUIPOS Y MATERIALES
• Banco hidráulico FME00
• Equipo de flujo sobre vertederos FME02(placa con escotadura
triangular)
• Cronometro
• Probeta Graduada, Usado para medir la cantidad de fluido que
obtenemos en un determinado lapso de tiempo.
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INSTALACÍON DE EQUIPO
El equipo consta de cinco sencillos elementos que se emplean en
combinación con el canal del banco hidráulico.
La boquilla de impulsión del banco debe sustituirse por la
embocadura especial, situar una pantalla rígida, deslizándola
entre las dos ranuras existentes en las paredes del canal. La forma
de estas ranuras asegura la correcta orientación de la pantalla,
pues sólo puede introducirse en una única posición.
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El conjunto formado por la embocadura y la pantalla proporciona
las condiciones necesarias para obtener una corriente lenta en el
canal. El lignimetro se ajusta en un mástil y señala en un calibre las
alturas de carga va montado en un soporte que se acopla
apoyando sobre la parte horizontal del escalón moldeado en las
paredes del canal. Este soporte puede desplazarse a lo largo del
canal para ocupar la posición necesaria según la medición a
realizar.
El calibre va provisto de un tornillo de ajuste aproximado y
bloqueo y de una tuerca de ajuste fino. El lignimetro se fija la
mástil mediante el tornillo y de utiliza en conjunto con la escala;
un pequeño garfio o una lanceta se acopla a la base inferior del
mástil y se ajusta con ayuda de la pequeña tuerca.
El vertedero rectangular se montara en un soporte, al que
quedaran enclavados por unas tuercas. Las placas del vertedero
incluyen los esparragas de sujeción a fin de facilitar la labor de
montaje.
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IV. PROCEDIMIENTO
Colocaremos el equipo FME02 para la medición de caudales con vertedero
y colocaremos dos disipadores de energía para así poder tener un flujo
laminar el cual nos permitirá trabajar.
Tomaremos el nivel cero con
respecto al flujo laminar, luego aumentaremos el caudal.
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Una vez aumentado el caudal ubicamos la nueva altura, es decir, el
lignimetro lo subiremos hasta el nivel de agua.
La válvula de vaciado permite, actuando el accionador manual, cerrar o
abrir un orificio dispuesto en la base del tanque volumétrico.
En fase de funcionamiento, es decir, con el banco hidráulico suministrando
el caudal a medir, se procederá al vaciado del tanque volumétrico
levantando la válvula de vaciado, con lo que el agua retornará al tanque
sumidero. Cuando se observe que el flujo se halla estabilizado, es decir que
el caudal de agua es sensiblemente constante a la salida del tubo flexible,
se bajará la válvula de vaciado para retener el líquido en el tanque
volumétrico.
A continuación se irán registrando lecturas en el tubo de nivel a medida
que este vaya ascendiendo en el tanque. La lectura de pequeños
volúmenes se realiza en la escala situada en la zona más alta y hace
referencia al volumen existente en el tanque por debajo del escalón. Los
volúmenes mayores se pueden visualizar en la escala superior, que se
corresponde con el volumen recogido en la zona más ancha del tanque.
Mientras se van realizando las lecturas de los volúmenes, el cronómetro se
pondrá en marcha en el momento en que el agua alcance una marca de
nivel arbitrariamente elegida, que se tomará como referencia y a la que se
hará corresponder con el origen de tiempos, y se deberá detener cuando
se alcance otra marca de nivel de conveniente. Con el fin de, en la medida
de lo posible, mejorar la precisión deberán tomarse marcas de referencia
suficientemente alejadas.
Aumentaremos el caudal y seguiremos el mismo procedimiento.
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V. DATOS TOMADOS
H referencial= 72.1
h2 mm
Volume
n
registra
do
(litros)
Tiempos
registrad
os
(Segundo
s)
Q(m3/s) Q(m3/s)
A
1
49.6
2
3
B
1
37.52
3
C
1
28.4
2
3
4
5
Una vez obtenida el Um promedio podremos obtener la constante C
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C= 2/3 Um b (2g)1/2
C=0.01528
Una vez obtenido el valor de C podremos remplazarla en la fórmula general
Q = 0.01528 h3/2
Realizar a la escala conveniente los siguientes gráficos:
Q2/3
en función de h
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Log Q en función del log h
Um en función de h
Preguntas:
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• En este vertedero ¿se mantiene constante el valor de Um? Si
es variable sugerir una relación funcional entre Um y h/b?
En el ensayo realizado con el vertedero rectangular el valor de Um no se
mantiene constante.
la relación funcional que podemos sugerir es y = 5,2637x + 0,0795
• Estimar el valor medio en el intervalo del ensayo.
El valor medio de Um será 0,172473223
• La relación entre Q y h ¿puede expresarse mediante una
formula del tipo Q=Khn
? en caso afirmativo, determinar los
valores de K y de n.
Si se puede expresar de esta forma Q=Khn
, donde
K= 2/3 Um b (2g)1/2
K=0.01528
Y la expresión quedaría expresada en :
Q = 0.01528 h3/2
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VI. BIBLIOGRAFÍA
• SOTELO ÁVILA, Gilberto. HIDRÁULICA GENERAL.
• AZEVEDO, J.M. MANUAL DE HIDRÁULICA.
• WWW. Construaprende. Com
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b=0.03m
volumen
m3
tiempo
s
Caudal m3
/s Altura
m
Q2/3
LogQ Logh h/b Um
5/103
9,84
0,000508725
0,039 0,006372679 -
2,195677957
-1,408935393 0,013 0,14724467
5/103
5,49
0,000913500
0,0566 0,009414683 -
2,026194298
-1,247183569 0,019 0,18215037
5/103
4,82
0,001037725
0,0623 0,010249945 -
1,989278480
-1,205511953 0,021 0,18802463
En la formula :
Q=2/3 Um..b.(2.g)1/2
h2/3
Um= (11.28809102)Q/h
Reemplazando obtenemos los valores de Um
Um= (11.28809102) Q/h =0,14724467
Um= (11.28809102) Q/h =0,18215037
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Um= (11.28809102) Q/h =0,18802463
El Um promedio será = 0,172473223
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