86297845-Vertederos.docx

PROFESOR ALUMNA CURSO CICLO PRÁCTICA NºJILLO : – PERÙ KAROL D : ISEÑ IIINOG A. Q-C A. SVERGARA CIA SR TILDOOS PEO SPOLO Q R UCIO VTRUJILLO E MLPUTADOR UNIVERSIDAD NACIONAL DE FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA FACULTAD DEESCUELA INGENIERÍA QUIMICA-UNT 2010 INGENIERÍA QUÍMICA

INTRODUCCIÓN

Los vertederos son dispositivos que se utilizan para medir el caudal a través de un canal abierto y consiste en una obturación en el canal, en el cual el liquido se acumula para después pasar a través de el, por una abertura de forma geométrica determinada y midiendo la altura de la superficie del liquido se puede obtener el caudal. Basándose en esto los objetivos perseguidos en esta práctica son determinar experimentalmente el coeficiente de descarga de dos tipos diferentes de vertederos vertedero rectangular y en !". #eterminar las pérdidas de energ$a de los vertederos y por ultimo comprender el funcionamiento de los vertederos y su utilidad como medidor medidor de flujo. flujo. %l procedimiento procedimiento llevado a cabo en esta práctica práctica para medir flujo mediante mediante vertederos es, en primer lugar nivelar el canal donde se va a colocar el vertedero, luego se establece un nivel cero del ganc&o del calibrador cerrando la válvula del ganc&o de prueba y dejando que la superficie del agua este exactamente a nivel con el bordé inferior del vertedero, luego con la válvula abierta al máximo, esperando que el flujo se encuentre en equilibrio. 'on la ayuda del ganc&o calibrador se mide la altura de la superficie respecto al nivel de referencia. (l mismo tiempo se toma el tiempo empleado en el método gravimétrico, se repite esta operación para los dos tipos de vertederos disminuyendo los caudales &asta llegar aproximadamente a una altura de )* mm. +inalmente con los datos obtenidos se calcula el coeficiente de descarga y se constru construir$ ir$aa varias varias gráfic gráficas as una del Log -r" -r" en funció función n del Log " para encont encontrar rar los exponentes a y b para cada vertedero, también se construirá una gráfica del caudal real vs. la altura altura y otra de las pérdidas pérdidas de energ$a energ$a en función función del caudal caudal real circulante. circulante. %stos resultados resultados permitirán establecer conclusiones acerca de la fiabilidad del método utilizado y la utilidad de los vertederos como medidores de flujo.

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

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FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT

OBJETIVOS

•

'alibración del /otámetro.

•

%stablecer la curva experimental general para un vertedero rectangular.

•

%laborar un programa para determinar la curva experimental dado un conjunto de datos.


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FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT FUNDAMENTO TEÓRICO

0n !%/1%#%/2 es un dique o pared que intercepta una corriente de un l$quido con una superficie libre, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, e s decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda una valor limite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. 'omo vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometr$a3 por ello, un vertedero resulta ser un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos. acia esta segunda aplicación está enfocada la presente práctica.

Los vertederos pueden clasificarse de la siguiente manera

A. 4eg5n la altura de la lamina del fluido aguas abajo, en vere!er"# !e $%&'(% $')re si 6786c +igura 9a", y vere!er"# #*&er+'!"# si 67:6c +igura 9b".

B. 4eg5n la disposición en planta del vertedero con relación a la corriente, en vere!er"# ("r&%$e# +igura ;a", vere!er"# '(,$'(%!"# +igura ;b", vere!er"# -*e)r%!"# +igura ;c" y vere!er"# ,*rv'$(e"# figura ;d".


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C. 4eg5n el espesor de la cresta o pared, en vere!er"# !e ,re#% %/'$%!% +igura )a" y vere!er"# !e ,re#% %(,% +igura )b".

L"# vere!er"# !e ,re#% %/'$%!% sirven para medir caudales con gran precisión, mientras que L"# vere!er"# !e ,re#% %(,% desaguan un caudal mayor. #e aqu$ la diferencia de aplicaciones entre ambos Los de cresta afilada se emplea para medir caudales y Los de cresta anc&a, como parte de una presa o de otra estructura &idráulica, para el control de nivel. %n esta práctica se tratara con vertederos de cresta afilada.


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FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT #ic&os vertederos también se clasifican seg5n la forma de abertura en Re,%(+*$%re# +igura
( su vez, los vertederos se clasifican en Vere!er"# #'( ,"(r%,,'3( $%er%$ , si el anc&o del vertedero es igual al anc&o del canal +igura =a" y Vere!er"# ,"( ,"(r%,,'3( $%er%$ en caso contrario +igura =b".

%n esta práctica se va a utilizar uno de los tres tipos de vertederos de cresta afilada Re,%(+*$%r. ( continuación se expone algunas caracter$sticas de este tipo de vertedero.

 Vere!er" Re,%(+*$%r #'( C"(r%,,'3( L%er%$ 'onsidérese el flujo a lo largo de un canal en las proximidades de un vertedero, con la notación que se muestra en la +igura >, donde L es el anc&o del vertedero.


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FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT (guas arriba el vertedero, punto 9, se supone que la velocidad es insignificante ? 9 @*", y en el punto ;, en la vena contracta, se supone que las l$neas de corriente son paralelas, es decir, que no existe variación de la presión a través de la vena, por lo que la presión es la atmosférica A;@Aatm @ * ". Alanteando entonces la ecuación de Bernoulli entre los puntos 9 y ;, y despreciando las perdidas, se obtiene

P 1 ρg

2

 69 @

υ2 2g

 6;

9"

La geometr$a mostrada en la +igura > pone de relieve que

P 1 ρg

 69 @6*

;"

6* C 6; @&

4ustituyendo las expresiones ;" en la ecuación 9", se obtiene la velocidad en la vena contracta ?; @

√ 2 g h

)"

La descarga o caudal teórico diferencial, atreves de un elemento de área diferencial de longitud L y espesor d&, como el mostrado en la +igura >, viene dada por


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FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT d- @ ?; L d& @ L

√ 2 g h

d&

<"

#e este modo, el caudal teórico que fluye a través de todo el vertedero se obtiene integrando la expresión <"

H

- @ L √ 2 g

∫ √ h 0

d @

2 3

L

√ 2 g &" D )E;"

F- @ F G7 &" D )E;"

´ @ G &" D H" m

´ 5 L"+ 6 7 5 L"+ 6 7 8 L"+  L"+ m

PROCEDIMIENTOS 4 DATOS


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•

•

•

Lo primero que se &izo es escuc&ar las indicaciones para poder realizar un buen experimento. %n el laboratorio se ubicó los materiales a utilizar como probeta, termómetro, baldes, jeringa, placas, entre otros. %l equipo se encendió previa explicación de uso.

F'+*r%9A:. !ista de la descarga del canal sobre el vertedero rectangular

•

La calibración del equipo se realizo con una placa de CCCCC siguientes

anotando los valores

F'+*r%9A. !ista del /otámetro

CALIBRACION DEL ROTAMETRO D%"# %r% ,%$')r%,'3( !e$ R";&er"


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Los datos describen la trayectoria de una recta obedeciendo la ecuación de la misma  @ a  bx - @ a  b L/" La grafica de la calibración es

Calibracion del Rotametro !.$ !.# !L"#$

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•

•

Mota 1odo calculo se efectuara en unidades del 4istema Nnternacional 4N"

Luego de la calibración se procede a anotar los datos para las diferentes placas obteniendo los siguientes datos


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E&') , . / 0

C%adro de Dato# E&'erimentale# en el Si#tema In(le# *+ !'%l($ b,+1$2 b-+#1(2 b.+1"2 b/+%1(2 b0+#1$2 LR 34g 34g 34g 34g 34g "! ."% .! !.( !.' !.' $! .' .$ ." .! .! &! "." .( .$% .# ." (! ".& ".% .'% .%% .$ !! #. ".$ ".! .(! .&

•

'omo se menciono antes, todo calculo será realizado en unidades del 4istema Nnternacional 4N"3 por consiguiente, el cuadro siguiente nos muestra los datos globales con los cuales se realizara el cálculo.

•

Aara realizar dic&o cuadro, se tuvo en cuenta la siguiente relación de unidades 9.*pulg @ *.*;=
(ntes de los cálculos se debe saber las deducciones matemáticas %9 @ %; 2

p1 γ

 69 

2

p2

v1 2 g @

v2  6; 

γ

2g

-9@ -; 2

v2 &@ %cuación de 1orrecelli 

v; @

2g

√ 2 g h - @ !(

dQ= √ 2 g h b d h

∫ dQ =∫ √ 2 g h

1 /2

2

-@

3

bd h

3

b2gh2 3

F - @ F O7

h2 3

m ´ @G

h2

´ @G m

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Mota %n el grafico anterior se omite el dato del experimento <, por que no obedece la relación lineal que debe darse, esto se debe a una falla en el experimento mientras se anotaba los datos3 por consiguiente, con solo estos cuatro puntos se logran resultados muy aproximados. •

+inalmente, la ecuación final que relaciona el flujo másico con & y b, es 

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CONCLUSIÓN


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FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT Aara la medida de caudal con vertederos, la precisión de la medida solamente se puede garantizar si el vertedero está bien ventilado en la zona de descarga, por el lado de aguas abajo. La ventilación o aireación tiene por objeto introducir aire bajo la lamina de agua vertida, de modo que se encontrara a presión atmosférica tanto por arriba como por abajo y as$ su situación será equivalente a la del c&orro de una manguera, por ejemplo La presión estática de todos los puntos de la lamina de agua a partir de la vertical del vertedero será igual a la presión atmosférica es decir, cero en términos de presión relativa". 4i, en cambio, el vertedero no está ventilado, como las l$neas de corriente se van curvando en torno a la cresta del vertedero, se produce una depresión sobre la zona posterior de la pared del vertedero, con lo que al agua tiende a pegarse a la pared. %l efecto final de esta succión es que en conjunto la lámina de l$quido sobre el vertedero baja de nivel y, en definitiva, la relación entre el caudal y la altura de la superficie libre aguas arriba, &, se modifica. Aara evitar este efecto no deseado basta con disponer un tubo de suficiente diámetro entre la zona posterior de la pared del vertedero y la atmosfera exterior, pues la succión interior será suficiente para generar una entrada de aire continua.

RECOMENDACIONES


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•

'alibrar correctamente el equipo

•

1ener más precisión a la &ora de tomar los datos en el método

•

1ener más cuidado en el momento de tomar las alturas del nivel de agua

gravimétrico

en los

vertederos.

BIBLIORAFIA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Página

FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA-UNT •

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Pecánica de fluidos E> 1a ediciónE/obert Pott


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