INFORME LABORATORIO #3 VERTEDEROS Estudiante: Iglesias Torrejon Roberto Adrian
Carrera: Ing. Mecatrónica
Materia: Laboratorio de Física II (LFIS-102)
Grupo: ‘A’
Curso Intensivo Verano I/2018
VERTEDEROS 1. OBJETIVOS.1.1 OBJETIVO GENERAL:
Validar el vertedero triangular de pared delgada como un medio para poder controlar el caudal de escurrimiento mediante experimentos en el laboratorio.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Encontrar el coeficiente de descarga del vertedero triangular con el que realizamos el experimento.
Calcular los caudales para diferentes alturas de carga en el vertedero.
1. INTRODUCION.El vertedero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. Tiene varias finalidades entre las que se destaca:
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 Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua. Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas delos estratos profundos del embalse
2. FUNDAMENTO TEORICO.Un vertedero es una abertura de cualquier forma, a través de la cual fluye un líquido. Generalmente la superficie libre de un vertedero está en contacto con la atmósfera. Un vertedero no tiene borde superior, en los vertederos lo que normalmente se calcula es el caudal con el que sale un determinado líquido dependiendo del tipo que este sea como:
2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS.Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas: 1. Por su localización en relación a la estructura principal: Vertederos frontales Vertederos laterales Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo
2. Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido: Vertederos libres, sin control. Vertederos controlados por compuertas.
3. Desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento: Vertedero de pared delgada Vertedero de pared gruesa Vertedero con perfil hidráulico
4. Desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento: Rectangulares Trapezoidales Triangulares Circulares Lineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante de agua sobre la cresta
5. Desde el punto de vista de su funcionamiento, en relación al nivel aguas abajo: Vertedero libre, no influenciado por el nivel aguas abajo Vertedero ahogado
Rectangulares
Triangulares
Trapezoidales
Semicirculares
Un vertedero es una abertura de cualquier forma, a través de la cual fluye un líquido. Generalmente la superficie libre de un vertedero está en contacto con la atmósfera. Un vertedero no tiene borde superior.
En el experimento realizado en el laboratorio utilizamos solo ese tipo de vertedero que es el triangular de pared delgada, donde la abertura es frontal y está controlado por una compuerta. Los vertederos de pared delgada sirven para medir caudales con gran precisión, y el vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeñ as, porque la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura.
2.2 CONDICIONES IDEALES.
En el vertedero las aguas arriba el flujo es uniforme y la presión puede variar de acuerdo a la profundidad hidrostática. La superficie de encima permanece libre sin ningún tipo de depresión. Las líneas de flujo siguen trayectorias ordenadas o laminares. La presión a través de la lámina de líquido que pasa sobre la cresta del vertedero es la atmosférica. La viscosidad y la tensión superficial son totalmente despreciables. Invariabilidad en el tiempo de los parámetros en estudio. No se considerara el rozamiento entre las paredes y las líneas de flujo. No hay contracción de la vena líquida en la escotadura.
3. MATERIALES.
Recipiente con escotadura triangular
Recipiente regulado
Balanza
Cronómetro
Regla de 30 cm
Vernier
Agua y recipientes
4. PROCEDIMIENTO.1. Colocamos el vertedero en la mesa y colocamos la compuerta Medimos el espesor, la altura y el ancho del vertedero triangular. 2. Marcar H1, tal que 0,67 >1 H e 3. Debemos marcar en el vertedero con cinta masking las diferentes alturas que utilizaremos para el experimento H1, H2,…, Hn. 4. Selecciónanos donde vaciaremos el agua para calcular el agua vertida, antes debemos calcular en la balanza su masa inicial vacía. 5. Llenamos con agua el vertedero hasta el nivel marcado con Hn. 6. Mientras un integrante del grupo retira la compuerta a tiempo de recibir en un balde el líquido evacuado, otro se encarga de echar agua a objeto de mantener Hn constante evitando que se formen turbulencias en el tanque, luego otro estudiante introduce el recipiente seleccionado y se inicia el cronometra llenado del recipiente. 7. Cuando el recipiente está por llenarse, el mismo se retira y se finaliza el cronometraje de tiempo. 8. Pesar en la balanza el recipiente con agua. 9. Repetimos el procedimiento para las alturas Hi hasta H1.
Proceso similar al experimento realizado en el laboratorio
5. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS.B (Ancho de la escotadura): H (Altura del triángulo): e (Espesor de la pared del vertedero: Angulo: (Densidad del agua): n 1 2 3 4 5 6
Hi[cm] 3.5 3 2.5 2 1.5 1
3.37cm 4,70cm 0.36cm 19.72° 1g/cc
ti[s] 6.3 9.18 11.15 12.77 24.29 30.88
V(cc) 103.11 932.7 906.7 554.1 267.3 79.8
Q[cc/s] 16.3666667 101.601307 81.3183857 43.3907596 11.0045286 2.58419689
Calculamos los caudales para cada Hi con la fórmula: Donde V es el volumen de agua obtenido en la balanza:
Qi=Vi/ti Convertimos el caudal a sistema internacional m3/s n 1 2 3 4 5
Hi[m] 3.5 3 2.5 2 1.5
Q[m3/s] 1.636667E-05 1.016013E-04 8.131839E-05 4.339076E-05 1.100453E-05
6
1
2.584197E-06
Entonces realizamos la regresión lineal de la forma:
Y= a + bx n
Hi[m]
1
3.5
2
3
3
2.5
4
2
5
1.5
6
1
Q[m3/s]
log Q=Q* H*^2 Q* H* 1.636667E-05 0.54406804 4.78603976 0.29601004 2.60393129 1.016013E-04 0.47712125 -3.9931007 0.22764469 1.90519322 8.131839E-05 0.39794001 4.08981125 0.15835625 1.62749952 4.339076E-05 0.30103 4.36260275 0.09061906 1.31327429 1.100453E-05 0.17609126 4.95842856 0.03100813 0.87313593 2.584197E-06
log H= H*
0
-5.5876744
0
0
Q*^2 22.9061766 15.9448532 16.7265561 19.0323027 24.5860137 31.2221052
Trace un solo grafico Q* vs H*, los valores de caudal y alturas determinados experimentalmente, la recta ajustada a dichos valores y el Q* vs H* ideal (CD =1).
GRAFICO Q vs H
1.200000E-04 1.000000E-04 8.000000E-05 6.000000E-05 4.000000E-05 2.000000E-05 0.000000E+00 3.5
3
2.5
2
1.5
1
Series1
GRAFICO Q* vs H*
0 0.544068044 -1
-2
-3
-4
-5
-6
0.477121255
0.397940009
0.301029996
0.176091259
0
De la ecuación: K= Cd x K, se tiene Cd= K / k donde K = 10^K* , K* es el primer término de la ecuación, con la regresión y k de la ecuación, con los datos geométricos del vertedero, finalmente obtiene:
5.1 VALIDACIÓN DE LA HIPÓTESIS.ERROR DE LA ESTIMACION DEL PARAMETRO REFERENCIAL “M”
Se empleara el estadístico t de Student:
log H= H*
log Q=Q* H*^2 Q* H* 0.54406804 4.78603976 0.29601004 2.60393129 0.47712125 -3.9931007 0.22764469 1.90519322 0.39794001 4.08981125 0.15835625 1.62749952 0.30103 4.36260275 0.09061906 1.31327429 0.17609126 4.95842856 0.03100813 0.87313593 0 -5.5876744 0 0
Q*^2
(-1.57+0.65H*Q*)^2
22.9061766
12.7426438
15.9448532
7.470543609
16.7265561
7.719908085
19.0323027
8.929771006
24.5860137 31.2221052
12.27022346 16.14170759
CUESTIONARIO.1.- ¿Para qué alturas H se hace mayor la incertidumbre de medición de la pendiente m?, ¿por qué?
Es para las alturas más grandes porque ahí es más difícil de controlar el caudal en el experimento realizado, mientras que a alturas más bajas el caudal es menor y es más fácil de controlas entonces habrá menos incertidumbre.
2.- Según su criterio, ¿qué otro factor de incertidumbre debió haberse incluido en el experimento? El error humano al utilizar el cronometro es de 0.2s, esto pudo haber causado error en nuestras mediciones. En el momento de echar agua al tanque para mantener el caudal constante, nos podía saber con exactitud si el volumen que salía era en verdad constante.
3.- Comente la diferencia entre la recta ajustada obtenida del experimento con la de comportamiento ideal (CD=1; m=5/2). La recta sin linealizar tiene un comportamiento potencial, al linealizarlo como el nombre indica muestra un comportamiento lineal, al ser Cd = 1 este es igual para el real y el ideal.
4.- El caudal de escurrimiento en vertederos de escotadura rectangular está en función de H3/2, ¿qué ventajas y desventajas conlleva esto con respecto a vertederos de escotadura triangular cuyo caudal está en función de H5/2? Hay mayores ventajas porque tenemos menos incertidumbre en el experimento con H3/2 mientras que con H5/2 varía todo.
5.- Comente el resultado que obtuvo en la validación de la hipótesis. ¿Depende éste de la altura H escogida? Si depende de la altura que elijamos y se pudo comprobar la hipótesis nula, entonces el experimento se realizó correctamente con buenas alturas.
CONCLUSION.Después de haber realizado el experimento de Vertederos, se pudo constatar que, mediante el uso de vertederos, en este caso el vertedero triangular, se puede encontrar el caudal de escurrimiento, además el coeficiente de descarga, considerando las condiciones ideales anteriormente mencionadas. En la realización misma del experimento se trabajó con toda normalidad y comodidad, no se presentaron contratiempos de ninguna naturaleza mecánica, pero en la parte apreciativa, queda un margen de duda y error. Cabe también informar que el criterio de la media usado para la obtención de dichos tiempos de vaciado, fue aplicado en todos los casos en los que no se encontró un valor apreciativo muy disparejo con los otros; para tales casos se volvió a repetir el experimento para la altura que presentaba el problema. En la determinación de la ecuación experimental para la descarga por un vertedero triangular, los datos obtenidos se tornaron bastante adecuados (así lo demuestra el elevado coeficiente de correlación). Por lo tanto, se puede concluir que la ecuación determinada (pese a no tener un punto de comparación), se asemeja bastante a la realidad, si no tanto de la generalidad, pero si del experimento. Entonces eso quedría decir que se realizó de manera correcta el laboratorio.
HOJA DE DATOS.-
