Práctica Aforo en La Bocatoma Canal Sta Teresa en El Río Chonta (1)

ÍNDICE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2: AFORO EN LA BOCATOMA – CANAL SANTA TERESA

EN EL RÍO CHONTA

CURSO : MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE : ING. LUIS LEÓN SÁNCHEZ.

CICLO : VACACIONAL

INTEGRANTES:

CUEVA BUSTAMANTE, EBERT LUIS.

Díaz Castañeda, José Daniel.

Díaz León, Miguel Ángel.

Fernández cruzado, Kelvin.

Huamán Yopla, Henry.

CAJAMARCA, 18 DE FEBRERO DEL 2015


Facultad de IngenieríaEscuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica

ÍNDICE

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2:...................................................................................1

I. REVISION LITERARIA.................................................................................................1

1.1. DEFINICIÓN DE VERTEDERO...........................................................................1

1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS........................................................2

1.3. LA LONGITUD DE LA CRESTA..........................................................................5

1.4. INFLUENCIA DE LAS CONTRACCIONES.......................................................5

1.5. INFLUENCIA DE LA FORMA DE LA VENA......................................................6

1.6. DETERMINACION TEÓRICA DEL CAUDAL DE UN VERTEDERO.............7

1.7. INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE LLEGADA............................................9

II. OBJETIVOS...................................................................................................................9

2.1. GENERAL...............................................................................................................9

2.2. ESPECÍFICOS.......................................................................................................9

III. MATERIALES............................................................................................................9

IV. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PRÁCTICA.................................................10

V. PROCEDIMIENTO Y DATOS....................................................................................10

5.1. PROCEDIMIENTO..............................................................................................10

5.2. DATOS REGISTRADOS....................................................................................11

VI. CÁLCULOS..............................................................................................................13

6.1. VERTEDERO GRANDE.....................................................................................13

6.2. VERTEDERO PEQUEÑO..................................................................................14

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................................15

7.1. CONCLUSIONES................................................................................................15

7.2. RECOMENDACIONES.......................................................................................15

VIII. BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................15

IX. ANEXOS...................................................................................................................16

9.1. FOTOGRAFÍAS...................................................................................................16



RESUMEN

Dadas las instrucciones y recomendaciones en el aula, por parte del ingeniero

a cargo, la presente práctica se realizó a la altura del Puente Unión, ubicado

geográficamente en el distrito de Los Baños del Inca, a unos 4.5 kilómetros de

la Ciudad de Cajamarca.

Concentrados en la Bocatoma de Santa Teresa, procedimos a la toma de datos

del vertedero para los cálculos, que nos darán como resultado el caudal del río.

Se tomaron datos como: la altura de carga (H), ancho del vertedero (b), altura

de cresta (p).

Así mismo, cabe señalar que los datos y los cálculos fueron divididos, pues el

vertedero presentaba la compuerta rota, de tal modo que el agua escapaba por

tal zona y se determinaron dos caudales.

Las complicaciones que se presentaron para la realización de este trabajo

fueron las condiciones climáticas, pues a medida que llovía, el caudal del río

iba incrementándose, lo que impedía la toma de datos al 100%.

Finalmente con los datos recogidos procedimos a realizar los cálculos

correspondientes para cumplir con el objetivo de determinar el caudal del río

Chonta.



INTRODUCCIÓN

Los vertederos son estructuras complementarias utilizadas para diferentes

funciones; por ejemplo, en la ingeniería de presas se utilizan para pasar el

agua de las inundaciones de una manera segura aguas abajo cuando el

embalse está lleno, también se utilizan para obras de desagüe en presas y en

obras de desviación en ríos, donde los vertederos son presas con niveles

relativamente bajos construidas para elevar suficientemente el nivel y desviar la

totalidad o parte del flujo hacia un canal de suministro o conducto de irrigación,

generación hidroeléctrica, usos domésticos e industriales, etc. Los vertederos

también se utilizan para desviar inundaciones repentinas hacia áreas de

irrigación o para recarga de acuíferos subterráneos.

Para los canales lo vertederos se emplean como estructuras para controlar y

medir caudales.



PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2:

AFORO EN LA BOCATOMA – CANAL SANTA TERESA EN EL RÍO CHONTA

I. REVISION LITERARIA.

I.1. DEFINICIÓN DE VERTEDERO.

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 ocupó 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 lámina 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.

I.1.1. 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.

Orificio bajo carga variable – Mecánica de Fluidos Página 1



I.2. CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS.

Aceptando las más variadas formas y disposiciones, los vertederos presentan

los más diversos comportamientos, siendo muchos los factores que pueden

servir de base para su clasificación, entre estos están:

I.2.1. SU FORMA.

Según sus formas pueden ser simples o compuestos.

A. Dentro de los simples están:

Rectangulares:

Para este tipo de vertederos se recomienda que la cresta del

vertedero sea perfectamente horizontal, con un espesor no mayor a 2

mm en bisel.

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 práctica,

solamente son empleados los que tienen forma isósceles, siendo más

usuales los de 90°.




Trapezoidal de cipolleti:

Cipolleti procuro determinar un vertedor trapezoidal que compense el

decrecimiento del caudal debido a las contracciones. La inclinación

de las caras fue establecida de modo que la descarga a través de las

caras fue establecida de modo que la descarga a través de las

paredes triangulares del vertedor corresponda al decrecimiento de la

descarga debido a contracciones laterales, con la ventaja de evitar la

corrección en los cálculos. Para estas condiciones, el talud resulta 1:4

(1 horizontal para 4 vertical).

Circular:

Se emplean rara vez, ofrecen como ventajas la facilidad de

construcción y que no requieren el nivelamiento de la cresta.




Proporcionales:

Son construidos con una forma especial, para el cual varia

proporcionalmente a la altura de lámina liquida (primera potencia de

H). Por eso también se denominan vertedores de ecuación lineal.

Se aplican ventajosamente en algunos casos de control de las

condiciones de flujo en canales, particularmente en canales de

sección rectangular, en plantas de tratamiento de aguas residuales.

B. Compuestos:

Están constituidos por secciones combinadas.

I.2.2. SU ALTURA RELATIVA DEL UMBRAL.

Pueden ser vertedores completos o libres, cuando el nivel de aguas

arriba es mayor que el nivel aguas abajo, es decir p>p'.

O incompletos o ahogados, en estos el nivel de aguas abajo es superior

al de la cresta, p´> p, en los vertedores ahogados el caudal disminuye a

medida que aumenta la sumersión.

I.2.3. EL ESPESOR DE LA PARED

Según el espesor de la pared los vertedores se clasifican en:

Vertedores de pared delgada:

La descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier

forma, pero con arista aguda.




Vertedores de pared gruesa:

e>0.66H, la cresta es suficientemente gruesa para que en la vena

adherente se establezca el paralelismo de los filetes.

I.3. LA LONGITUD DE LA CRESTA

Pueden ser vertedores sin contracciones laterales (L=B), cuando la longitud de

la cresta es igual al ancho del canal y vertedores con contracciones laterales

(L<B), la longitud L es menor que el ancho del canal de acceso.

I.4. INFLUENCIA DE LAS CONTRACCIONES.Como ya se había mencionado las contracciones ocurren en los vertedores

cuyo ancho es inferior al del canal en que se encuentra instalado.

Francis, concluyo después de muchos experimentos que todo pasa como si en

el vertedor con contracciones el ancho se hubiera reducido, según él, se debe

considerar en la aplicación de la formula en valor corregido para L.




Para una contracción: L´=L-0.1H

Para dos contracciones: L´=L-0.2H

Las correcciones de Francis también han sido aplicadas a otras expresiones

incluyéndose, entre estas, la propia formula de Bazin.

I.5. INFLUENCIA DE LA FORMA DE LA VENA.

FIGURA 1.

En los vertedores en el que el aire no penetra en el espacio W, debajo de la

lámina vertiente puede ocurrir una depresión, modificándose la posición de la

vena y alterándose el caudal.

Esta influencia se puede verificar en vertedores sin contracciones o en

vertedores con contracciones, en los cuales la prolongación de las caras

encierra totalmente la vena vertiente, aislando el espacio W.

En estas condiciones la lámina vertiente puede tomar una de las siguientes

formas:

· Lámina deprimida: el aire es arrastrado por el agua, ocurriendo un

vacío parcial en W, que modifica la posición de la vena.

· Lámina adherente: ocurre cuando el aire sale totalmente. En

cualquiera de estos casos el caudal es superior al previsto o dado por

las formulas indicadas.




· Lámina ahogada: cuando el nivel aguas abajo es superior al de la

cresta p´> p.

I.6. DETERMINACION 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 2, 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

FIGURA 2.

Aplicando la ecuación de Bernoulli para una línea de corriente entre los puntos

0 y 1, de la figura 2, se tiene:




Si V02/2g, es despreciable, la velocidad en cualquier punto de la sección 1 vale:

El gasto a través del área elemental, de la figura 2, es entonces:

Donde m considera el efecto de contracción de la lámina vertiente

El gasto total vale:

Que sería la ecuación general del gasto para un vertedor de pared delgada, la

cual es posible integrar si se conoce la forma del vertedor. En la deducción de

la formula se omitió la perdida de energía que se considera incluida en el

coeficiente m, se supuso que las velocidades en la sección 1 tienen dirección

horizontal y con distribución parabólica, y por otra parte al aplicar Bernoulli

entre los puntos 0 y 1 se supuso una distribución hidrostática de presiones.

I.7. INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE LLEGADA

La fórmula de Francis, que considera la velocidad del agua en el canal de

acceso, es la siguiente:




Dónde: V es la velocidad en el canal.

En muchos casos prácticos esa influencia es despreciable. Ella debe ser

considerada en los casos en que la velocidad de llegada del agua es elevada,

en los trabajos en que se requiere gran precisión, y siempre que la sección del

canal de acceso sea inferior a 6 veces el área de flujo en el vertedor

(aproximadamente LxH).

II. OBJETIVOS.

II.1. GENERAL.

Medir y registrar los datos del Vertedero de la Bocatoma de Santa

Teresa, ubicado en los Baños del Inca.

II.2. ESPECÍFICOS.

- Determinar el caudal del vertedero.

III. MATERIALES.- Soga.

- Flexómetro y wincha (50 m.).

- Cámara digital

- Una varilla o palo.

IV. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PRÁCTICA.




FIGURA. Ubicación geográfica del lugar de práctica en Los Baños del Inca.

V. PROCEDIMIENTO Y DATOS.

V.1. PROCEDIMIENTO.

Ubicándonos en la Bocatoma de Baños del Inca, procedimos a registrar

los datos en todas sus dimensiones:

a. Primero: ubicándonos cuidadosamente entre los extremos del muro

del vertedero, medimos el ancho del mismo.

b. Segundo: haciendo uso de una varilla lo suficientemente resistente a

la fuerza del río, para evitar que se la lleve, colocamos desde el techo

del muro, para medir la altura de carga (H), el palo o varilla marcará

hasta donde está el nivel del agua.

c. Tercero: medimos desde la base del muro hasta el techo para

determinar la altura de cresta.

Observaciones:




- Para la determinación del caudal total, se realizaron dos cálculos, puesto

que la Bocatoma, no se encuentra en condiciones ideales para realizar

un solo cálculo, debido a que la compuerta en esta ocasión se encuentra

rota, y existe un escape de fluido (por donde debería estar la

compuerta).

- Para el caso del vertedero grande se tuvo que realizer las medidas cada

dos metros (debido a su ancho), para mejor exactitud en las medidas (en

total fueron 10 medidas de donde se sacó un promedio).

V.2. DATOS REGISTRADOS.Para tal caso, explicado en las observaciones, tenemos:

Vertedero pequeño.

Ancho del muro (b): 1.5 m.

Altura de carga (H): 0.57 m.

Altura de cresta (p): 1.0 m.

VISTA DE PERFIL DEL VERTEDERO PEQUEÑO

Vertedero grande.

Ancho del muro (b): 23.9 m.

Altura de carga (H): 0.27 m.




Altura de cresta (p): 1.6 m.

VISTA DE PERFIL DEL VERTEDERO DE MURO LONGITUDINALMENTE GRANDE

VISTA EN PLANTA DE LOS VERTEDEROS. AL LADO IZQUIERDO LA COMPUERTA.




VI. CÁLCULOS.

VI.1. VERTEDERO GRANDE.

1 2 3 4 5 6 7 8 PROMEDIO

altura de carga (H)-cm. 27.00 26.00 25.60 27.20 25.40 25.40 28.00 28.20 26.60

Ancho del muro (b): 23.9 m.Altura de carga (H): 0.27 m.Altura de cresta (p): 1.6 m.

Q = 6.14


APLICANDO FÓRMULA:



VI.2. VERTEDERO PEQUEÑO.


Ancho del muro (b): 3.2 m.Altura de carga (H): 0.57 m.Altura de cresta (p): 0.9 m.

APLICANDO FÓRMULA:

Q = 2.52



VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

VII.1. CONCLUSIONES.

Se calculó el caudal experimentalmente, según la Fórmula de

Francis, cuyo resultado es 6.14 m3/s (vertedero grande), y 2.52 m3/s

(vertedero chico).

VII.2. RECOMENDACIONES

Estudiar bien los modelos de diseño para cada tipo de vertedero.

Registrar bien los datos para cálculos exactos.

Llevar el equipo necesario para trabajos que impliquen riesgos,

como una soga, en este caso.

VIII. BIBLIOGRAFÍA.

Bibliografía

SOTELO AVILA, Gilberto. Hidráulica General, Vol I, Fundamentos, México Limusa, 1977. 551 p

DE AZEVEDO NETTO, J.M.; ACOSTA ALVAREZ, Guillermo Manual de Hidráulica, Harper & Row Latinoamericana, México, 1975. 578 p

POTTER, Merle C. y Wiggert, David C. Mecánica de fluidos, 3ª Ed. México. Thompson, 2002. 769 p. http://www.thomsonlearning.com.mex

SHAMES, Irving H. Mecánica de fluidos, 3ª Ed. Santafé de Bogotá. McGraw Hill, 1998. 825 p




Linkografía.

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/vertedores.pdf

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertederos/vertederos.html

http://www.uaemex.mx/pestud/licenciaturas/civil/hidraulica1/Pr%E1ctica%20HI%207.pdf

http://www.bvcooperacion.pe/biblioteca/bitstream/123456789/3956/6/BVCI0003320_20.pdf

http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/2_vertederos.pdf

http://www.bdigital.unal.edu.co/12697/31/3353962.2005.Parte%206.pdf

http://www2.alterra.wur.nl/Internet/webdocs/ilri-publicaties/publicaties/Pub38/pub38-h7.0.pdf

http://www.fi.uba.ar/archivos/institutos_orificios_vertederos.pdf

IX. ANEXOS.

IX.1. FOTOGRAFÍAS.

FOTO N°1: Vertedero vista aguas abajo.


Ancho de vertedero grande

Ancho de vertedero chico

http://www.fi.uba.ar/archivos/institutos_orificios_vertederos.pdf

http://www2.alterra.wur.nl/Internet/webdocs/ilri-publicaties/publicaties/Pub38/pub38-h7.0.pdf

http://www.bdigital.unal.edu.co/12697/31/3353962.2005.Parte%206.pdf

http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/2_vertederos.pdf

http://www.bvcooperacion.pe/biblioteca/bitstream/123456789/3956/6/BVCI0003320_20.pdf

http://www.uaemex.mx/pestud/licenciaturas/civil/hidraulica1/Pr%E1ctica%20HI%207.pdf

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertederos/vertederos.html

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/vertedores.pdf



FOTO N° 2: Vertedero en toda su dimensión. Vista aguas arriba.

FOTO N° 3: Caida del agua del vertedero en forma cimacea.




FOTO N° 4: Equipo de trabajo en la realización de la práctica.


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Práctica Aforo en La Bocatoma Canal Sta Teresa en El Río Chonta (1)