UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CURSO: MECANICA DE FLUIDOS PROFESOR: ING. MANUEL CASAS VILLALOBOS TEMA: DESCARGA A TRAVES DE VERTEDEROS
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ALUMNO: HERENCIA PRIETO, JOSEPH CODIGO: 201020574
2015 1
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ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ........................................... Error! Bookmark not defined. 2. OBJETIVO .................................................... Error! Bookmark not defined. 3. EQUIPOS ................................................................................................... 4 4. FUNDAMENTO TEORICO ........................................................................... 5 5. PROCEDIMIENTO ..................................................................................... 10 6. PROCEDIMIENTO DE GABINETE............................................................... 12 7. CALCULOS ................................................... Error! Bookmark not defined. 8. GRAFICOS .................................................... Error! Bookmark not defined. 9. CONCLUSIONES ........................................... Error! Bookmark not defined. 10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................... Error! Bookmark not defined.
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INTRODUCCION
En este laboratorio trataremos de simular el comportamiento del flujo en canales de pequeñas dimensiones (con desembocadura rectangular y triangular), además de comprender el comportamiento de vertederos de pared gruesa los cuales se utilizan en presas y canales grandes. En el presente informe analizaremos las descargas a través de vertederos, calculando el caudal experimental para luego obtener el coeficiente de descarga. Un vertedero de medición de caudales es una barrera que se coloca en una canalización sobre la que escurre un flujo subcrítico. De acuerdo a sus características los vertederos utilizados como herramientas de aforo ofrecen una determinada relación empírica que facilita el estimado del caudal que vierte sobre la barrera.
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OBJETIVO Encontrar la ecuación que relaciona la altura o carga de agua sobre la cresta del vertedero (H) y la descarga (Q) para vertederos de contracción.
Obtener experimentalmente la relación empírica de aforo de un vertedero de placa delgada, montada sobre el canal de pendiente variable del Laboratorio. Las características de dicho vertedero serán precisadas por el profesor de laboratorio en cada grupo.
EQUIPO
o
Canal de pendiente variable.
Limnímetro.
o
Rotámetro.
o
Cronómetro.
o
o
Vertedero de contracción.
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FUNDAMENTO TEORICO Los vertederos pueden ser de varias formas, de acuerdo a la sección de contacto del fluido y la forma de la barrera. Así puede decirse, vertederos rectangulares, trapeciales, triangulares, de pared gruesa, de pared delgada, etc. Sí el fluido que vierte sobre la barrera lo hace tocando una sola arista, el vertedero es de pared delgada; por el contrario se llama de pared gruesa, si la toca en un plano. La arista o plano de contacto del vertedero con el fluido recibe el nombre de cresta o corona. Sí el nivel de aguas abajo del vertedero es superior al de la corona, se dice que el vertedero es ahogado; de otro lado, sí éste es más bajo y la napa vertiente no se pega a la barrera se dirá que el vertedero funciona con vena libre. Se llama carga (h) sobre el vertedero a la altura de agua sobre el plano horizontal que pasa sobre la corona y cuya medida se hace a una distancia 4h de aguas arriba del vertedero, como prevención para evitar el efecto de la depresión superficial que realiza el rebose sobre la coronación. En rigor, debe utilizarse como carga efectiva sobre el vertedero la suma de Bernoulli de aguas arriba sobre el nivel de la corona:
V H=h+ 2g En la práctica el valor del término cinético no se toma en cuenta; aunque esto sólo tiene validez cuando la altura de barrera es muy grande con respecto a la carga. 5
Los filetes inferiores de la napa y los laterales, si el largo del vertedero es menor que el ancho del canal de aproximación de aguas arriba del vertedero, ocasionan una contracción, como en los orificios, la misma que puede ser completa o incompleta, siendo ésta uno de los factores que deben corregirse en la expresión empírica que relaciona la carga de aproximación h con el caudal Q. La mayoría de las fórmulas que se han desarrollado tienen la forma general siguiente:
Q = C × L × H Donde: Q: es el caudal que pasa por el vertedero C: es el coeficiente de descarga L: es la longitud efectiva de la cresta del vertedero H: es la altura medida con referencia al nivel de la cresta n: es un exponente que depende de las características del vertedero.
Para los vertederos de escotadura triangular la expresión de aforo tiene la forma siguiente:
θ Q = C × H × Tan( ) 2
Donde, ө es el ángulo de la escotadura.
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Como dato auxiliar de comparación se puede tomar el trabajo del Georgia Institute of Technology, que sugiere:
CGI =
Qc = 3 L √2gH3
Siendo:
QR = el obtenido en el rotametro
Para el vertedero triangular:
8 = 2 ×( ) × ⁄ 15 2 Como caso particular, se tienen los vertederos rectangulares con contracciones laterales, donde la expresión general tiene la forma:
= Donde: Le: N: H:
es la longitud efectiva = L - 0.1 NH el número de contracciones la carga
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PROCEDIMIENTO
Medir las características del vertedero (“ L” ancho de la cresta, “p” altura del piso a la cresta, “ B” ancho del canal y “Le” longitud efectiva). Figura N°1.
Establecer en el canal del laboratorio un flujo sub crítico.
Con el rotámetro medir el caudal del flujo.
Con el limnímetro tomar el nivel de aguas arriba del vertedero
Repetir el procedimiento para seis caudales.
Figura N°1
PROCEDIMIENTO DE GABINETE Con los datos obtenidos en la práctica adecuándolos a las ecuaciones correspondientes, según características del vertedero, determinar el caudal que vendría a ser el teórico. Con los datos obtenidos anteriormente, prepare el gráfico C vs H/p.
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CALCULOS
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CONCLUSIONES
- Como en los orificios, y cumpliendo la ecuación de Bernoulli, a mayor altura se presenta mayor caudal en los vertederos. - La variación se debe a que la altura es demasiado, el volumen de agua era demasiado y el recipiente que teníamos para recolectar el agua se llenaba muy rápido.
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En base a los datos, cálculos y gráficos que sirven de sustento para comprobar el principio teórico, establezca las conclusiones pertinentes, según las indicaciones del ítem 3.11 de “Redacción de Informes”.
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BIBLIOGRAFIA
Mecánica de Fluidos, Merle C. Potter, David C. Wrggert. Editorial Thomson.
Separata de Mecánica de Fluidos de la Universidad Ricardo Palma.
Shames I.H, Mecánica de Fluidos. Mc Graw Hill. 1995.
Mecánica de Fluidos Aplicada, Robert L. Mott. Prentice-Hall. 1994. 4 ed.
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