UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÌA CIVIL Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil 2017-2
CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS APELLIDO Y NOMBRE: APAZA VILLAVICENCIO VILLAVICENCIO ROY CODIGO DEL ALUMNO: 201421063 NUMERO DE INFORME: 07 TÌTULO DE INFORME:
`` CALIBRACION DE VERTEDEROS
POR EL METODO GRAVIMETRICO `` GRUPO:
05
SUB-GRUPO: SS-09 FECHA DE INICIO:
07/06/17
FECHA DE ENTREGA: 15/11/17 PROFESOR: ING. WILLIAM MARTIN SANCHEZ VERASTEGUI
CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN……………
3
2. FUNDAMENTO TEÓRICO……………
4
3. OBJETIVO……..
6
4. EQUIPO UTILIZADO………………. UTILIZADO……………….
7
5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO…………
8
6. TABLA DE DATOS…………….. DATOS……………..
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7. CÁLCULOS,PRESENTACIÓN DE RESULTADOS………… RESULTADOS………… 10 8. PROCEDIMIENTO DE GABINETE…………. GABINETE………….
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9. CUESTIONARIO………………
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10. CONCLUSIONES………………………
20
11. BIBLIOGRAFIA……………………..
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1. INTRODUCCIÓN
Los vertederos se usan para medir caudales, en especial en canales y ríos, por lo general pueden ser de forma triangular y rectangular, pueden ser de descarga libre o sumergidos, de pared delgada o gruesa, con contracciones laterales o sin ellas. Para ciertas geometrías, las más simples y las más usadas, el caudal se relaciona con la altura aguas arriba del vertedero, información que referidos a varios caudales, sirve para elaborar la curva de calibración.
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2.-FUNDAMENTO TEÓRICO VERTEDEROS TRIANGULARES:
Para medir pequeños gastos, el vertedero triangular es más preciso que el rectangular, puesto que, para un mismo caudal, los valores de h son mayores. Considérese la figura siguiente, en donde se esquematiza el flujo a través de un vertedero triangular, simétrico y de pared delgada, con un ángulo 2 en el vértice de la escotada.
Dentro de los vertederos triangulares, el utilizado más comúnmente es el que tiene 90° en su vértice inferior, o sea, la escotadura forma un ángulo recto, tal como se muestra en la Figura. Es posible determinar las descargas en vertederos triangulares con ángulos diferentes. La velocidad a la profundidad “y” : v = 2gy Entonces el caudal será Q = vdA = v x dy Por triángulos semejantes: X H - y L H de donde: x = L (H - y) H Y entonces Q = 2gy L H (H y) dy Considerando que L 2H tan 2 E integrando se obtiene que: Q = 8 15 2g tan 2 H 2.5 Esta fórmula nos da el valor del caudal teórico debido a que la descarga a través del vertedero depende de sus características propias, de la velocidad de
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aproximación, que es no uniforme, de la contracción de la lámina vertiente, aireación, etc. La fórmula general de la descarga es de la forma: Q = C tan 2 H n……………………….. (2) Al proceso mediante el cual se obtiene esta relación entre H y Q para un vertedero en particular, se le denomina calibración. Se debe tener en cuenta que el valor de H debe ser mayor de 8 mm. Para evitar efectos de adherencia.
Este tipo de vertederos es bastante eficiente, pero sin embargo presenta una gran pérdida de carga; motivo por el cual se recomienda especialmente para caudales pequeños (menores de 110 l/s), ya que en estos niveles de gastos de agua, su precisión es mayor que la de otros tipos de vertederos. La forma básica para determinar el valor de una descarga a través de un vertedero triangular con cualquier ángulo es el siguiente:
Donde: Q: Caudal (m3/seg) H: Altura sobre el vertedero (m) Θ: Angulo del vertedero triangular
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3.0 OBJETIVO
-El objetivo del presente laboratorio es Obtener experimentalmente la relación caudal versus carga sobre el vértice del vertedero. - Observar y hallar caudales reales y teóricos gracias al grafico obtenido para cualquier carga y obtener el recorrido y función del comportamiento de caudales.
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4.0 EQUIPO UTILIZADO o
Vertedero de escotadura triangular con abertura de 60º
Limnímetro
o
Balanza
o
Recipiente.
o
Cronómetro
o
Termómetro
o
o
Banco de tuberías.
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5. PROCEDIMIENTO 5.1. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
En primer lugar, se observa cuidadosamente los equipos a utilizar como cronómetros, balanzas, termómetros, etc. que se encuentren en un buen estado para así no obtener datos incorrectos.
Luego de ya haber verificado los equipos, hemos calibrado la balanza y pesado el recipiente vacío anotando en un cuaderno o pizarra para luego llevar a cabo con los cálculos.
El tercer paso que realizamos fue colocar el limnimetro en la parte del vértice del vertedero para llevar a cabo con la lectura respectiva.
El cuarto paso que realizamos fue abrir la válvula y establecer un flujo.
Una vez que observamos un caudal procedemos a colocar un recipiente en la salida del vertedero, recogimos una cierta cantidad de agua durante un cierto periodo de tiempo y luego lo pesamos. Colocar el recipiente a la salida del vertedero, recoger una cierta cantidad de agua, durante un cierto período de tiempo, (t) y luego pesar el conjunto. (Ww + WR). (Repetir este procedimiento 4 a 5 veces.
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6.0 DATOS Y SU REPRESENTACIÓN Tabla N° 1 Registro de información del Laboratorio “Calibración de vertederos por el Método Gravimétrico”
Temp. del agua = 21ºc Lo =8.2cm Wr (peso del recipiente) =174.6gr
N° de Ensayo
t (seg.)
Wt (agua+ recipiente) (gr)
Li (cm)
1
41.9
1640
6.51
2
23.03
1805.6
5.81
3
22.00
3166.1
5.28
4
25.65
4515.4
5.00
5
15.22
7243.6
3.51
6
8.68
6472.9
2.32
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7.0 CÁLCULOS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
HALLANDO LA CARGA (H)
H = L Li
DONDE∶ =8.2cm
1 ensayo
H = L Li =8.2cm6.51cm=1.69cm 2 ensayo
H = L Li =8.2cm5.81cm=2.39cm 3 ensayo
H = L Li = 8.2cm 5.28m = 2.92cm 4 ensayo
H = L Li = 8.2cm 5.00cm = 3.2cm 5 ensayo
H = L Li =8.2cm3.51cm=5.69cm 6 ensayo
H = L Li =8.2cm2.32cm=5.88cm
HALLANDO EL CAUDAL REAL
Q =
DONDE: V=VOLUMEN =
V = 1 ensayo
⁄ Q = = 1640174.6 =34.974 41.9 1 Q = 34.974 ⁄ × 1000 Q=34.974×10−
10
2 ensayo
⁄ Q = = 1805.6174.6 =70.821 23.03 1 Q = 70.821 ⁄ × 1000 Q=70.281×10− 3 ensayo
⁄ Q = = 3166.1174.6 =135.978 22 1 Q = 135.978 ⁄ × 1000 Q=135.78×10− 4 ensayo
⁄ Q = = 4515.4174.6 =169.232 25.65 1 Q = 169.232 ⁄ × 1000 Q=169.232×10− 5 ensayo
⁄ Q = = 7243.6174.6 =464.455 15.22 1 Q=464.455 ⁄ × 1000 Q=464.455×10−
11
6 ensayo
⁄ Q = = 6472.9174.6 =725.611 8.68 1 Q=725.611 ⁄ × 1000 Q=725.611×10−
CÁLCULANDO EL CAUDAL TEÓRICO
Q teorico
8 15
5 2 2g tan H 2 DONDE ϴ=60º
1 ensayo
−m⁄ = 158 × √ 2 ×9.81×tan(60º )×1.69×10 2 QT =5.064×10− ⁄ × 1000 1 QT =0.0506 ⁄ 2 ensayo
−m⁄ = 158 × √ 2 ×9.81×tan(60º )×2.39×10 2 QT =1.204×10− ⁄ × 1000 1 QT =0.1204 ⁄ 3 ensayo
−m⁄ = 158 × √ 2 ×9.81×tan(60º )×2.92×10 2 QT =1.987×10− ⁄ × 1000 1 QT =0.1987 ⁄
12
4 ensayo
−m⁄ = 158 × √ 2 ×9.81×tan(60º )×3.2×10 2 QT =2.498×10− ⁄ × 1000 1 QT =0.250 ⁄ 5 ensayo
−m⁄ = 158 × √ 2 ×9.81×tan(60º )×5.69×10 2 QT =1.053×10− ⁄ × 1000 1 QT =1.053 ⁄ 6 ensayo
−m⁄ = 158 × √ 2 ×9.81×tan(60º )×5.88×10 2 QT =1.143×10− ⁄ × 1000 1 QT =1.143 ⁄
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Tabla N° 2 Resultado de los cálculos del Laboratorio “Descarga a través de vertederos”
N°
W agua
t
Qr
Qr
Qt
H
Ensayo
(gr)
(seg)
(cm3/seg)
(l/s)
(l/s)
(cm)
1
1465,500
41,900
34,9740
0,0350
0,0506
1,6900
2
1630,400
23,030
70,2810
0,0700
0,1204
2,3900
3
2991,500
22,000
135,7800
0,1360
0,1987
2,9200
4
4340,800
25,650
169,2320
0,1690
0,2500
3,2000
5
7069,000
15,220
464,4550
0,4640
1,0530
5,6900
6
7298,300
8,680
725,6110
0,7260
1,1430
5,8800
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8.-PROCEDIMIENTO EN GABINETE Curva de calibración Qr (cm3 /seg) vs H
7.00
6.00
5.00
4.00
y = -1E-05x 2 + 0.0146x + 1.2247 R² = 0.9943
3.00 Series1 2.00 Poly. (Series1) 1.00
0.00 0.0000
200.0000
400.0000
600.0000
Qr
H
(cm3/seg)
(cm)
34,9740
1,69
70,2810
2,39
135,7800
2,92
169,2320
3,20
464,4550
5,69
725,6110
5,88
800.0000
Curva de calibración Qt (lt/s) vs H
7.00 5.88
5.69
6.00
5.00
4.00 3.20 2.92 3.00
2
y = -11.151x + 14.556x + 1.2252 R² = 0.9942
2.39 Series1
2.00
1.69 Poly. (Series1)
1.00
0.00 0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
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Qr
H
(l/s)
(cm)
0,0350
1,69
0,0700
2,39
0,1360
2,92
0,1690
3,20
0,4640
5,69
0,7260
5,88
Curva de calibración Qr (lt/s) vs H
1.4000 1.1430
1.2000
1.0530 y = 0.0476x2 - 0.1008x + 0.0863 R² = 1
1.0000
0.8000
Series1
0.6000
0.4000
Poly. (Series1) 0.2500 0.1987 0.1204 0.0506
0.2000
0.0000 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
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Qt (l/s) 0,0506 0,1204 0,1987 0,2500 1,0530 1,1430
H (cm) 1,69 2,39 2,92 3,20 5,69 5,88
9.0 CUESTIONARIO •
Descripción y evaluación de una estación hidrométrica cuya instrumentación utilizada son los limnimetros.
Estación limnimétrica o fluviométrica Estación para la determinación de caudales por medio de lecturas periódicas sobre una regla graduada llevadas a cabo por un observador. La frecuencia de las lecturas es de dos veces por día. ¿QUÉ ES EL LIMNÍMETRO? El limnímetro es una regla graduada que permite medir las fluctuaciones del nivel del agua. Tal como se muestra en la foto, limnímetro ubicad en la estación hidrométrica Puerto Inca.
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¿QUÉ ES UNA ESTACIÓN HIDROMÉTRICA? El Glosario Hidrológico Internacional (1994), define a la estación hidrométrica como el lugar de observación en la cual se obtienen datos sobre el agua de ríos, lagos o embalses. En una estación hidrométrica se deberá observar uno o más de los elementos que se citan a continuación se detalla: a) El nivel de agua de los ríos, lagos y embalses. b) El caudal o flujo de las corrientes. c) Transporte o depósito de sedimentos o ambos. d) La temperatura y otras propiedades físicas del agua de un río, lago y embalses. e) Las características y extensión de la capa de hielo de los ríos, lago o embalse. f) Las propiedades químicas del agua de los ríos, lagos y embalses. A continuación se hará referencia a las estaciones hidrométricas de mediciones del nivel que conforman la red hidrométrica del SENAMHI. ¿QUÉ ES UNA ESTACIÓN LIMNIMÉTRICA? La estación limnimétrica es el lugar donde se obtienen datos del nivel de agua durante un programa observacional sistemático. El instrumento de medición directa es el limnímetro, su instalación de esta estación representa un bajo costo, sin embargo los datos no son continuos y precisos. Los datos de nivel se utilizan como base para computar registros de caudal o cambios en el almacenamiento de agua. Los limnímetros para el caso de los ríos amazónicos, son importantes para fines de navegación, pesca, alerta a inundaciones. En lugares instalados los limnímetros es indispensable que se realice campañas de aforos para el cálculo de caudales o disponibilidad de agua.
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¿CÓMO SE IDENTIFICA UNA ESTACIÓN HIDROMÉTRICA? Las estaciones hidrométricas de observación, una vez construida deberán identificarse, por lo que es necesario empadronar conteniendo la información siguiente: a) Nombre de la cuenca. b) Nombre del río. c) Nombre de la estación. d) Coordenadas geográficas. e) Nivel de referencia o altitud de la estación. f) Fecha de instalación g) Tipo de estación: aforo, limnigráfica, limnimétrica. h) Elementos que se observa. i) Instrumentos y/o equipos de observación. j) Programa de observación (horario). k) Información sobre el control y regulación aguas arriba. l) Antecedentes de la estación: fecha de inicio, reubicación, recategorización. m) Nombre del observador, datos completos. n) Accesos y croquis de la estación: distancias en kilómetros, medio de transportes y otros datos importantes.
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10.0 CONCLUCIONES -
Según analizado y experimentado en el presente laboratorio podemos concluir que el caudal ya sea teórico o real forman una tendencia polinómica con la carga H como podemos observar en las siguientes gráficas. 1.4000
7.00 5.69
6.00
5.88
1.0530 y = 0.0476x2 - 0.1008x + 0.0863 R² = 1
1.0000
5.00
0.8000
4.00 3.20 2.92 3.00
1.1430
1.2000
2.39
y = -11.151x2 + 14.556x + 1.2252 R² = 0.9942
Series1 0.6000
Series1 2.00 1.69
1.00
0.2000
0.00 0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000
0.0000
-
Poly. (Series1 )
0.4000 0.2500 0.1987 0.1204 0.0506
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
Con los cálculos realizados en la página 12 se observa y se cumple que el Caudal teórico > que el caudal real .
Qt
Qr
(l/s)
(l/s)
0,0506
>
0,0350
0,1204
>
0,0700
0,1987
>
0,1360
0,2500
>
0,1690
1,0530
>
0,4640
1,1430
>
0,7260
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1.0 BIBLIOGRAFIA
http://www.geocities.ws/evilchezperez/pag3.html
http://jorge-tumbaco.blogspot.pe/2016_02_01_archive.html
http://onlinecalc.sdsu.edu/enlineatriangular2.php
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertedortriang2/vert triang2.html
https://es.scribd.com/doc/105255484/MEDICION-DE-CAUDALES-AFOROS
http://www.senamhi.gob.pe/pdf/aprendiendo_hidrometria
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