informe N°5 VERTEDERO TRIANGULAR

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

MECÁNICA DE FLUIDOS I

ING. CIVIL

-1-


ING. CIVIL

CONTENIDO Introducción

03

Objetivos

04

Marco Teórico

05

Equipo utiliado

0!

To"a de datos

#4

C$lculos

#4

%esultados

#4

Conclusiones

#!

%eco"endaciones

#!

&iblio'ra()a

*0


-2-


ING. CIVIL

INT%OD+CCION En el campo laboral del Ingeniero Civil cuando éste lleve a cabo la construcción o diseño de un puente, acueductos, represas y otras estructuras que dependan mucho del flujo de algún fluido !e es necesario tener el valor apro"imado del flujo con el que estén trabajando y en base a ello diseñar la estructura# El presente informe daremos a conocer todo lo referente a $ertederos que nos sirve como material de laboratorio y poder hallar el flujo de un fluido#

%os vertederos son estructuras que tienen una aplicación muy e"tendida en todo tipo de sistemas hidr&ulicos y e"presan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel# 'ormalmente desempeñan funciones de seguridad y control#

( continuación se dar&n conceptos b&sicos que nos permitir&n tener una mejor visión de esta pr&ctica de laboratorio que se hi)o con el fin de hallar el flujo de un determinado fluido en movimiento#


-3-


ING. CIVIL

O&,ETI-O. 

Estudiar las caracter*sticas del flujo de un vertedero con escotaduras en forma de $, practicado en pared delgada y con el umbral afilado#



$erificar si el coeficiente de gasto o descarga se mantiene constante a lo largo del e"perimento#



+ra)ar la l*nea que nos represente el coeficiente de gasto o descarga#


-4-


I/

ING. CIVIL

M%CO TEO%ICO A. VERTEDERO El vertedero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. 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. Los vertederos son utiliados, intensiva ! satisfactoriamente, en la medición del caudal de peque"os cursos de agua ! conductos libres, así como en el control del flu#o en galerías ! canales.

B. CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS $ceptando las más variadas formas ! disposiciones, los vertederos presentan los más diversos comportamientos, siendo muchos los factores que pueden servir de base para su clasificación, entre estos el principal es por su forma ! son% 1.

Rectangulares% &ara este tipo de vertederos se recomienda que la cresta del vertedero sea perfectamente horiontal, con


-5-


ING. CIVIL

un espesor no ma!or a ' mm en bisel ! la altura desde el fondo del canal (.)( m ! * + 'h. Las

figuras

anteriores

nos

muestran un vertedero rectangular ! su vista frontal, ste vertedero es fácil de construir ! por lo tanto uno de los más usados. 2.

Triangular -acen posible una ma!or precisión en la medida de

carga correspondiente a caudales reducidos. Estos vertedores generalmente son construidos en placas metálicas en la practica, solamente son empleados los que tienen forma isósceles, siendo más usuales los de (/.

%as

figuras

anteriores

muestran un vertedero triangular y su sección transversal la escotadura de este tipo de vertedero es de forma triangular#

El

&ngulo

que

forman sus paredes puede ser de - a .- grados# El vertedero triangular es el m&s

preciso

para

medir

caudales pequeños#

C. EC!ACIÓN "ARA !N VERTEDERO TRIAN#!LAR DE "ARED DEL#ADA 0iguiendo el mismo procedimiento anterior ! despreciando el valor de v'1'g puesto que el canal de aproximación es siempre más ancho que el vertedero, se obtiene la descarga a travs de%

Q( E ) (empirico) MECÁNICA DE FLUIDOS I

=

8 15

µ m 2. g tg

θ 2

5

.h2

-6-


ING. CIVIL

CONDICIONES DE FLUJO ADOPTADAS PARA LA FÓRMULA DE POLENI-WEISBACH

Considerando la Ecuación de la Energía, a lo largo de una línea de flu#o

se

presenta

un

correspondientemente una

incremento caída

de

la

del nivel

velocidad

de agua.

!

En

el

coronamiento del vertedero queda el límite superior del chorro líquido, por deba#o del espe#o de agua, con una sección de flu#o menor al asumido por &oleni23eisbach.

D. COEFICIENTE DE #ASTO O DESCAR#A Los valores límites aproximados del coeficiente de descarga, resultan de la hipótesis de presencia del tirante crítico sobre el coronamiento del vertedero ! de las velocidades aguas arriba ! aguas aba#o definidas por la ecuación de 4orricelli. Consideremos el siguiente esquema%

C6768$9:E846 6 C7E04$ ;E
•

&ar a

obras de gran magnitud es usual realiar estudios sobre modelos hidráulicos, para determinar el valor del coeficiente de descarga, sin embargo para el dise"o de peque"as obras se contará 5nicamente con la referencia bibliográfica ! la experiencia del pro!ectista.

E. F!NCIONES DE !N VERTEDERO MECÁNICA DE FLUIDOS I

-7-

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO 

ING. CIVIL

=arantiar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo.



=arantiar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama >pico de pato> por su forma



Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de requerido para el funcionamiento de la obra de conducción.



9antener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flu#o sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina líquida de espesor limitado.



En una obra de toma, el vertedero se constitu!e en el órgano de seguridad de ma!or importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas crecidas.



&ermitir el control del flu#o en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada ! salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.

II/ E1+I2O. +TIIDO. / +,O .O&%E -E%TEDE%O. Este módulo consta de distintos elementos que se emplean en combinación con el /anco 0idr&ulico 123E--45 6na boquilla especial que se acopla a la boquilla de salida del /anco 0idr&ulico 123E--4# que,

7os

junto

pantallas

con

el

tranquili)adoras

elemento

anterior,

proporcionan una corriente lenta en el canal# 6n medidor de nivel consistente en un 8nonius9, que se ajusta en un m&stil, donde las alturas quedan señaladas en un calibre acoplado a éste# 6n pequeño garfio o una punta se acoplan a la base inferior del m&stil para reali)ar MECÁNICA DE FLUIDOS I

-8-


ING. CIVIL

las medidas# 7os vertederos de escotadura rectangular y en forma de 8$9, que se montan en un soporte y se fijan a la parte final del canal del /anco 0idr&ulico 123E--4# 9arca E;:?68, modelo @9E('A este equipo consta de un vernier para indicar la medición del flu#o.

DIMEN.IONE. 6 2E.O •

(pro"# las dimensiones5 :;-"<--":;- mm#

•

(pro"# el volumen5 -#== m>#

•

(pro"# el peso5 ?- @g#

E.2ECIICCIONE. •

7imensiones de los vertederos5 ?-"=A-"<-mm#

•

%as dimensiones de los a)udes5 ? "=A"<-mm#

•

El &ngulo del escote en el a)ud de la $Bforma5 .-#

•

%a dimensión de muesca rectangular5 A-"D=mm#

•

%a balan)a del metro nivelado5 - a ? - mm#

•

Escala del medidor de nivel5 - a ?-mm#

2O.I&IIDDE. 2%7CTIC. ?# Estudio de las caracter*sticas de flujo a través de un vertedero de escotadura rectangular, practicado en una pared delgada# =# Estudio de las caracter*sticas del flujo a través de un vertedero con escotadura en forma de 8$9, practicado en una pared delgada#


-9-


ING. CIVIL

&/ ME 008 &NCO 9ID%+ICO Este sistema modular ha sido desarrollado para investigar e"perimentalmente los muchos y diferentes aspectos de la teor*a hidr&ulica# %a parte superior del banco incorpora un canal abierto con canales laterales que sirven de apoyo al accesorio que se est& ensayando#

El

tanque

de

medición

volumétrica

est&

escalonado,

permitiendo medir caudales altos o bajos#

6n

deflector

de

amortiguación

reduce

la

turbulencia y un vaso comunicante e"terior con escala marcada ofrece una indicación instant&nea del nivel de agua# El suministro incluye un cilindro medidor para la medición de caudales muy pequeños# (l abrir la v&lvula de vaciado el volumen de agua medido vuelve al depósito situado en la base del banco para su reciclado#

6n rebosadero integrado en el tanque volumétrico evita derramamientos# El agua es tra*da desde el depósito por una bomba centr*fuga, y una v&lvula de control en byBpass montada en el panel frontal regula el caudal# 6n acoplamiento r&pido de tuber*as f&cil de usar situado en la parte superior del banco permite cambiar r&pidamente de accesorio sin necesidad de utili)ar herramientas#


-10-


ING. CIVIL

DIMEN.IONE. 6 2E.O8 •

%as dimensiones apro"#5 ??A-":A-"?--- mm#

•

El peso apro"#5 :- @g#

C%CTE%I.TIC.8 •

El impulsor de acero Blimpio#

•

%a capacidad de tanque de Bsumidero5 ?; litros#

•

El cauce Bpequeño5 D litros#

•

%a medida de flujo5 el tanque volumétrico, calibrado de - a : litros para los valores de flujo bajos y de - a <- litros para los valores de flujo altos#

•

%a parte superior del banco incorpora un canal abierto con canales laterales que sirven de apoyo al accesorio que se est& ensayando#

•

El

tanque

de

medición

volumétrica

est&

escalonado,

permitiendo medir caudales altos o bajos# •

(l abrir la v&lvula de vaciado el volumen de agua medido vuelve al depósito situado en la base del banco para su reciclado# El agua es tra*da desde el depósito por una bomba centr*fuga, y una v&lvula de control en byBpass montada en el panel frontal regula el caudal# 6n acoplamiento r&pido de tuber*as f&cil de usar situado en la parte superior del banco permite cambiar r&pidamente de accesorio sin necesidad de utili)ar herramientas#

2O.I&IIDDE. 2%7CTIC.8 Este módulo est& diseñado para poder reali)ar las siguientes pr&cticas5 ?#BImpacto sobre una superficie plana# =#B Impacto sobre una superficie curva de ?=-# A#B Impacto sobre una superficie semiBesférica# MECÁNICA DE FLUIDOS I

-11-


ING. CIVIL

<#B 6so de los conectores r&pidos#

C/ 2%O&ET :%D+D 6sado para contener el fluido y para verter cuando se van agregando las pesas#

D/ C%ONOMET%O En esta pr&ctica nos permitir& medir en que tiempo se obtuvo cierta cantidad de fluido#

III/ 2%OCEDIMIENTO 6 TOM DE DTO.8 ANTES DEL ENSAYO8

IN.TCION DE ME 0*

El equipo consta de cinco sencillos elementos que se emplean en combinación con el canal del banco hidr&ulico# %a boquilla de impulsión del banco debe sustituirse por la embocadura especial 1?4#

!ituar una pantalla r*gida 1=4 como indica la figura, desli)&ndola entre las dos ranuras e"istentes en las paredes del canal# %a forma de estas ranuras asegura la correcta orientación de la pantalla, pues solo puede introducirse en una única posición#


-12-


El

conjunto

formado

por

la

embocadura

ING. CIVIL

y

la

pantalla

proporciona las condiciones necesarias para obtener una corriente lenta en el canal# 6n 8nonius9 1A4 que se ajusta en un m&stil y señala en un calibre las alturas de carga , va montado en un soporte 1<4 que se acopla apoyando sobre la pared hori)ontal del escalón moldeado en las paredes del canal, Este soporte puede despla)arse a lo largo del canal para ocupar la posición necesaria según la medición a reali)ar#

El calibre va provisto de un tornillo de ajuste apro"imado y bloqueo 1;4 y de una tuerca de ajuste fino#El 8nonius9 1A4 se fija al m&stil 14 mediante el tornillo 1:4 y se utili)a en conjunto con la escala 1D4#

6n pequeño garfio o lanceta 1según se precise4 1.4, se acopla a la base inferior del m&stil 14 y se sujeta con ayuda de una pequeña tuerca 1?-4#

%os vertederos a estudiar, con escotadura rectangular o en forma de $, se montara en un soporte, al que quedaran enclavados por unas tuercas# %as placas incluyen los esp&rragos se sujeción de facilitar la labor de montaje#


-13-


ING. CIVIL

PROCEDIMIENTO5

B. 9ontar el equipo pantalla, embocadura ! placa D vertedero como se indica en la figura. '. Emplaar el soporte portador de nonius en la mitad, aproximadamente, de la distancia que separa el vertedero de la pantalla. ). 0uministrar agua al canal hasta que esta descargue por el vertedero. F. Cerrar la válvula de control de suministro ! parar la bomba. G. ;e#ar que el nivel del agua en el canal se estabilice. H. 4ras establecer con precisión un mínimo contacto entre la punta de la lanceta ! la superficie libre del agua, proceder a a#ustar el inmoviliar el InoniusJ del calibre a cero. K. 0uministrar agua al canal a#ustando la válvula de control del canal para ir obteniendo sucesivamente incrementos escalonados de la altura de carga h. . En cada variación escalonada del caudal, ! una ve se hallan estabiliado las condiciones del rgimen ! anotar el valor de la altura de carga h, así como el caudal con a!uda del tanque volumtrico ! el cronómetro., . ;eterminar el ángulo, en el vrtice de la escotadura, para , #unto con los datos obtenidos en la practica completar la tabla que se presenta a continuación.


-14-


ING. CIVIL

Datos de laboratorio:

Conver'ente8 ho h? h= hA h< h; h

?1mm4 :A ??: ?= ?;A ?:< ?.<

FI+G+1mm4

=1mm4 ?
?.<

FI+G+1mm4

=?

"ara Caudal
tiempo s

4oma B

(G

H.'B

4oma '

FG

K.K

Diver'ente8

ho h1 h2 h3 h4 h5 h6

1°(mm) 'KG BK BK BG 'B ''G ')G

PITOT(mm)

2°(mm) ')G B''.G B)G BFG BHG BKG B'

263

PITOT(mm)

222

"ara Caudal
tiempo s

4oma B

G(((

FK.BG

4oma '

G(((

)K.FF

I-/ C7C+O. 6 %E.+TDO. CA!DAL

M )

m 1s B.FGKE2 (F

CONVER#ENTE $REA DE VELOCIDAD ALT!RA ALT!RA SECCIÓN %EDIA CIN&TICA "IE'. 0i NB(2H m' 0( F(.K K.GF 0B


< m1s (.'K B.GH

hc mm F.F' BKG.F'

h mm H( K)

( ) (c "ITOT mm HF.F' 'F.F'

-p mm BF

-15-


B.''KE2 (F

CA!DAL

M )

m 1s

ING. CIVIL

0'

.FB

B.HF

B).F

BBK

'GG.F

0)

.K

B.FKF

BB(.K)G

B'H

')H.K)G

0F B'B.K)

B.BK

K).(G(

BG)

''H.(G(

0G BKF.)G

(.)H

)G.HB(

BKF

'(.HB(

0H F(.K

(.'K

F.F'

BF

B.F'

0( F(.K

(.'G(

).BH

BF)

BFH.BH

K.GF

B.GH)

B'F.FG'

BGF

'K.FG'

.FB

B.)

.'BH

BF

''.'BH

.K

B.'FB

K.G))

'()

'B.G))

0F B'B.K)

B.((

GB.(K

''K

'K.(K

0G BKF.)G

(.K(F

'G.'GG

'FG

'K(.'GG

0H F(.K

(.'G(

).BH

'H)

'HH.BH

0B 0' 0)

$REA SECCIÓN 0i NB(2H m' 0( F(.K

0B 0' B.(H(E2 0) (F 0F 0G 0H 0( 0B 0' B.))GE2 0) (F 0F 0G 0H

DIVER#ENTE VELOCIDAD ALT!RA ALT!RA %EDIA CIN&TICA "IE'.

'HB

( ) (c "ITOT

< m1s (.'BH

hc mm '.)KG

h mm 'KG

mm 'KK.)KG

K.GF

B.)F

'.KK

BK

'KB.KK

.FB

B.B

K).''(

BK

'H(.''(

.K

B.(K'

G.GFK

BG

'G).GFK

B'B.K)

(.K(

).H''

'B

'GH.H''

BKF.)G

(.H(

B.'K

''G

'F).'K

F(.K

(.'BH

'.)KG

')G

')K.)KG

F(.K

(.'K'

).KK)

')G

').KK)

K.GF

B.K((

BFK.)H)

B''.G

'H.H)

.FB

B.GBB

BBH.'H

B)G

'GB.'H

.K

B.)GB

'.B

BFG

')K.B

B'B.K)

B.(K

HB.)FF

BHG

''H.)FF

BKF.)G

(.KHH

'.(F

BKG

'(F.(F

F(.K

(.'K'

).KK)

B'

BG.KK)

-p mm

'H)

'''

GRAFICOS DE ALTURAS PIEZOMETRICAS


-16-


ING. CIVIL

-/ CONC+.IONE. 4oda cantidad de fluido que pasa de una región a otra en tubo de corriente puede ser relacionada con tres tipos de energía que experimenta dicho flu#o.


-17-


ING. CIVIL

El teorema de ?ernoulli nos proporcionas información de distintas variables en diferentes secciones de un determinado sistema físico tales es así que, la velocidad, la presión ! las elevaciones pueden ser calculadas gracias a dicho teorema. Conocimiento de la altura cintica, la cual esta directamente ligada a su velocidad ! su gravedad, por consiguiente a su energía cintica, esta altura sumada con la altura pieometrica deben ser iguales en teoría a la altura que alcano el tubo de pitot. 2inalmente se puede observar que no concuerdan los valores de las alturas de carga obtenidas por c&lculo con las que indica la sonda 1+ubo de Fitot4# %as ra)ones para tales discrepancias pueden ser las siguientes5 o

El aparato no estuvo perfectamente nivelado#

o

Fresencia de burbujas de aire en el circuito hidr&ulico#

o

Error en la lectura de la escala del tanque volumétrico y de los niveles alcan)ados en los tubos pie)ométricos#

-I/ %ECOMENDCIONE. •

Cuando tomamos medidas de un equipo hidr&ulico, se recomienda comparar los datos obtenidos al menos con dos muestras obtenidas en laboratorios para poder asimilar mejor los datos y obtener una mayor precisión#

•

Estar concentrados en la toma del tiempo de llenado en la probeta ya que esta a un caudal alto se llena con gran rapide)#

•

3edir precisamente el volumen del l*quido en la Frobeta y en el /anco 0idr&ulico para no tener problemas en los c&lculos de los caudales#

-II/ &I&IO:%I •

http5HHma"venturi-#tripod#comH#edibon#com


-18-


ING. CIVIL

•

3anual de practicas E7I/G'

•

http5HH#aedes#com#peHimgJuploadH.b?ea;=?A;c=-ae... -a<<;b:=f:
•

http5HHhtml#rincondelvago#comHhidrodinamicaJ?#html

•

http5HHes#i@ipedia#orgHi@iHFrincipioJdeJ/ernoulli


-19-

informe N°5 VERTEDERO TRIANGULAR

Recommend Documents