Ensayo de Vertederos

U.E.C. LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Dr. HUATUCO GONZALES, Mario Miguel
VERTEDEROS
1. DATOS GENERALES:
1.1 Facultad : Ingeniería
1.2 E.A.P : Ingeniería Civil
1.3 Asignatura : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica
1.4 Tema : Vertederos
1.5 Fecha : 13 de mayo de 2018
1.6 Docente : DR. HUATUCO GONZALES, Mario Miguel
Catedrático del Curso Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil
Universidad Peruana los Andes
1.7 Participantes : EST. REYNOSO LÓPEZ, Percy
EST. DÍAZ HUARACA, Carlos
Estudiantes del Curso de Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil
Universidad Peruana los Andes

2. OBJETIVOS DEL ENSAYO:
2.1 General:
• Evaluar técnicamente dos tipos de vertederos para medir flujos y canales.
2.2 Específicos:
• Determinar el coeficiente de descarga de dos tipos de vertederos, uno
triangular y otro rectangular.
• Analizar que el coeficiente de descarga sea < a 1.
• Comprender el funcionamiento de los vertederos y su uso para medir
flujos en canales abiertos.
• Realizar los respectivos gráficos que ayuden a comprender y analizar los
datos tomados y procesados en laboratorio.
3. SOPORTE TEÓRICO:
3.1 Vertederos:
Un vertedero es una represa, sobre la cual se obliga que líquidos fluyan.
Los vertederos se utilizan para medir el flujo de los líquidos en canales abiertos
o en ductos que no fluyen llenos; es decir, en donde hay una superficie liquida
libre. Los vertederos se usan casi exclusivamente para medir el flujo de agua,
aunque algunos pequeños se emplean para medir otros líquidos.
3.2 Terminología Referente a Vertederos
Figura N° 1

Donde:
• 𝑏𝑏 : Longitud de la cresta del vertedero
• 𝐵𝐵 : Ancho del canal de acceso
• ℎ : Carga del vertedero. Es el desnivel entre la superficie libre de aguas
arriba y la cresta del vertedero
• 𝑎𝑎 : Carga sobre la cresta
• 𝑃𝑃 : Altura o cota de la cresta, referida al fondo del canal
• 𝑧𝑧 : Espesor de la lámina de agua, aguas abajo del vertedero
• 𝐿𝐿 : Distancia mínima, aguas arriba del vertedero, a la cual se coloca el
medidor de niveles (limnímetro). 𝐿𝐿 ≥ 5ℎ
• 𝑒𝑒 : Espesor de la pared del vertedero
• 𝐻𝐻 : Espesor de la lámina de agua, aguas arriba del vertedero
El chorro descargado a través de la escotadura del vertedero, modelado
por la cresta, forma una hoja llamada napa o lámina vertiente.
3.3 Tipos de Lámina Vertiente:
Existen distintos tipos de lámina vertiente
• Lámina Libre
• Lámina Abatida
• Lámina Adherente
• Lámina Ahogada Inferiormente
• Lámina Ahogada Superiormente
3.4 Clasificación de los Vertederos:
Existen diferentes clasificaciones para los vertederos (revisar el Manual De
Prácticas de Laboratorio De Hidráulica - Ramiro Marbello Pérez), sin embargo,
nos importa definir las dos utilizadas en el ensayo:
Según su forma geométrica:
• Vertederos de pared delgada (𝑒𝑒/ℎ < 0.67)
 Rectangulares
 Triangulares
 Etc.
• Vertederos de pared gruesa o ancha (𝑒𝑒/ℎ ≥ 0.67)

3.5 Cálculo de Caudal a través de Vertederos de Pared Delgada:
Expresión del Caudal en Vertederos Rectangulares
Figura N° 2
La exactitud obtenida con esta fórmula y otras análogas depende del
conocimiento del valor que, en cada caso, tome el coeficiente 𝐶𝐶𝑑𝑑, para lo cual
es preciso, ante todo, distinguir el caso en que el vertedero consista en una
escotadura mucho más estrecha que el canal, y aquel otro en que, como ocurre
en muchas obras hidráulicas (presas, aliviaderos, etc.) son las mismas paredes
del canal, depósito o embalse, las que limitan el vertedero.
𝑄𝑄 =
2
3
𝐶𝐶𝑑𝑑 𝑏𝑏�2𝑔𝑔 ℎ3/2
Expresión del Caudal en Vertederos Triangulares
Este tipo de vertedero se emplea con frecuencia para medir caudales
pequeños (inferiores aproximadamente a 6 𝐿𝐿/𝑠𝑠). En la Figura 3, 4, 5 se muestra
un esquema de la geometría de este tipo de vertedero. El ángulo 𝜃𝜃 puede
tomar cualquier valor, aunque es muy frecuente el vertedero con 𝜃𝜃 = 90°.
Figura N° 3

Figura N° 4
Figura N° 5
Caudal Teórico:
𝑄𝑄𝑇𝑇 =
8
15
�2𝑔𝑔 tan �
𝜃𝜃
2
� ℎ5/2
Caudal Real:
El caudal real se obtiene multiplicando el caudal teórico por el
correspondiente coeficiente de descarga, 𝐶𝐶𝑑𝑑, así:
𝑄𝑄𝑅𝑅 = 𝐶𝐶𝑑𝑑 ∗ 𝑄𝑄𝑇𝑇
O:
𝑄𝑄𝑅𝑅 =
8
15
∗ 𝐶𝐶𝑑𝑑 ∗ �2𝑔𝑔 ∗ tan �
𝜃𝜃
2
� ∗ ℎ5/2

4. ENSAYO DE VERTEDERO RECTANGULAR:
4.1 Equipos e Instrumentos:
 Banco de prueba hidráulico
 Vertedero rectangular
 Nivel tubular
 Altímetro
 Agua
 Otros
4.2 Procedimiento:
 Instalación del vertedero rectangular, verificando inexistencia de
filtraciones debajo de este.
 Encendido del banco hidráulico, verificando el flujo regulado de agua.
 Garantizar que todo el flujo del agua pase por la abertura del vertedero.
 Toma de datos: tiempo de llenado del agua de un cierto volumen conocido
a una altura antes colocada.
4.3 Tabla de Registro de Datos en Laboratorio:
TABLA DE DATOS
Nro 𝑯𝑯(𝒎𝒎𝒎𝒎) 𝒕𝒕 (𝒔𝒔) 𝑽𝑽 (𝑳𝑳)
1 20.00 11.90 2.00
2 29.00 6.98 2.00
3 41.80 7.96 5.00
4 47.40 7.29 5.00
5 51.60 6.52 5.00
6 58.70 4.99 5.00
4.4 Tabla de Datos Procesados:
TABLA DE DATOS PROCESADOS
Nro 𝑯𝑯 (𝒎𝒎) 𝒕𝒕 (𝒔𝒔) 𝑽𝑽 (𝒎𝒎𝟑𝟑
)
1 0.0200 11.90 0.002
2 0.0290 6.98 0.002
3 0.0418 7.96 0.005
4 0.0474 7.29 0.005
5 0.0516 6.52 0.005
6 0.0587 4.99 0.005

4.5 Cálculos en Gabinete:
Tabla de Cálculos:
TABLA DE CÁLCULOS
Nro 𝑸𝑸𝒕𝒕𝒆𝒆ó𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓 (𝒎𝒎𝟑𝟑
/𝒔𝒔) 𝑪𝑪𝒅𝒅
1 1.6807E-04 0.67
2 2.8653E-04 0.66
3 6.2814E-04 0.83
4 6.8587E-04 0.75
5 7.6687E-04 0.74
6 1.0020E-03 0.80
4.6 Gráficas:
Q vs H:
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00
H*E-3 (m)
Q*E-5 (m3/s)
Q vs H

Q vs Cd:
5. ENSAYO DE VERTEDERO TRIANGULAR:
5.1 Equipos e Instrumentos:
 Banco de prueba hidráulico
 Vertedero triangular
 Nivel tubular
 Altímetro
 Agua
 Otros
5.2 Procedimiento:
 Instalación del vertedero triangular, verificando inexistencia de filtraciones
debajo de este.
 Encendido del banco hidráulico, verificando el flujo regulado de agua.
 Garantizar que todo el flujo del agua pase por la abertura del vertedero.
 Toma de datos: tiempo de llenado del agua de un cierto volumen conocido
a una altura antes colocada.
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00
Cd*E2
Q*E5 (m3/s)
Q vs Cd

5.3 Tabla de Registro de Datos en Laboratorio:
TABLA DE DATOS
Nro 𝑯𝑯 (𝒎𝒎𝒎𝒎) 𝒕𝒕 (𝒔𝒔) 𝑽𝑽 (𝑳𝑳)
1 20.10 16.16 2.00
2 23.20 13.69 2.00
3 25.90 10.00 2.00
4 29.40 7.34 2.00
5 32.80 5.46 2.00
6 34.30 5.30 2.00
5.4 Tabla de Datos Procesados:
TABLA DE DATOS PROCESADOS
Nro 𝑯𝑯 (𝒎𝒎) 𝒕𝒕 (𝒔𝒔) 𝑽𝑽 (𝒎𝒎𝟑𝟑
)
1 0.0201 11.90 0.002
2 0.0232 6.98 0.002
3 0.0259 7.96 0.002
4 0.0294 7.29 0.002
5 0.0328 6.52 0.002
6 0.0343 4.99 0.002
5.5 Cálculos en Gabinete:
TABLA DE CÁLCULOS
Nro 𝑸𝑸𝒕𝒕𝒕𝒕ó𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓 𝒓𝒓 (𝒎𝒎𝒎𝒎/𝒔𝒔) 𝑪𝑪𝒅𝒅
1 1.6807E-04 1.24
2 2.8653E-04 1.48
3 2.5126E-04 0.99
4 2.7435E-04 0.78
5 3.0675E-04 0.67
6 4.0080E-04 0.78

5.6 Gráficas:
Q vs H:
Q vs Cd:
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00
H*E-3 (m)
Q*E-5 (m3/s)
Q vs H
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00
Cd*E-2
Q*E-5 (m3/s)
Q vs Cd

6. CONCLUSIONES:
• Se determinó que los dos tipos de vertederos para medir flujos y canales,
tienen distinta forma de escote al escurrir el fluido.
• Los coeficientes de descarga se encuentran dentro de lo permisible pues estos,
no son > a 1.
• En el ensayo de vertedero rectangular se nota una mayor precisión en la toma
de datos, ya que se muestra reflejado en los gráficos Q vs H y Q vs Cd, mientras
que en el ensayo de vertedero triangular hay cierta varianza en los gráficos.
7. RECOMENDACIONES:
• Posicionar y nivelar bien los vertederos en su instalación, verificando que no
haya filtraciones, y por ende, no haya errores en la toma de datos.
• Ser precisos al tomar el tiempo relativo a la altura posicionada con el altímetro.

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