LABORATORIO DE HIDRAULICA # 2 CALIBRACION DE VERTEDEROS
PRESENTADO POR: KELLY DIAZ COD: 505191 VIVIANA LOPEZ COD: 505333 LEIDY VARGAS COD: 503858 YERLI NIÑO COD: 504433 0SCAR CASTAÑEDA COD: 504351
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÌA CIVIL LABORATORIO DE HIDRAULICA SEPTIEMBRE 2016 BOGOTA D.C.
INTRODUCCION
Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un líquido con superficie libre, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor límite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal depende dela altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometría; por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos. Es por esto la importancia de este presente informe el adquirir conocimiento para la selección de un método de laboratorio de aforo que puede ser aplicado en plantas de tratamiento de aguas residuales o a ríos canalizados y suelen ser utilizados para una correcta determinación de los caudales con bastante precisión.
PROCEDIMIENTO
1. Coloque el vertedero de pared delgada sin contracción en el canal, a una distancia prudente de la salida del fluido.
2. Encienda la bomba. Coloque la válvula reguladora de caudal (VRQ) en una posición, teniendo cuidado que el fluido no se rebase del
3. coloque los limnimetros en cero, en los lugares donde va a realizar la medición, posteriormente mídase la lámina de agua antes del vertedero sin contracción, a una distancia donde observe que la
4. Mida la lámina de agua el vertedero de doble contracción ubicado en la caída del tanque. Con ayuda de un cronometro afore
5. Registre el valor del caudal con el aforo volumétrico. Disminuya el caudal, girando la válvula reguladora de caudal (VRQ).
el caudal tomando como mínimo tres
tiempos
(seleccione
los 6. Repita el procedimiento; Mida las dimensiones de los diferentes vertederos utilizados, como también el ancho del canal.
7. Diligencie la tabla con los datos y su respectivo análisis
ESQUEMAS A UTILIZAR EN EL LABORATORIO
Imagen No 1. Vertedero sin contracción.
Imagen No 2. Vertedero rectangular de doble contracción.
DATOS Y CALCULOS TOMADOS
Tabla No 1. Datos calculados
Para el cálculo del caudal se consideraron las siguientes formuladas utilizadas para hallar cada uno de los resultados de la tabla anterior con los datos tomados en la práctica:
PARA VERTEDERO SIN CONTRACCION
PARA VERTEDERO CON DOBLE CONTRACCION
GRAFICAS.PARA VERTEDERO SIN CONTRACCION. Q exp [L/s] 1,85414 1,71233 1,46399 1,46399 1,12969 0,97409 0,77809 0,44096
H [mm] 53,400 51,000 45,500 42,400 39,000 34,800 30,700 21,500
TENDENCIA POTENCIAL Y ECUACION DE TENDENCIA POTENCIAL
Q (l/s)
H (m) GRAFICA 1. Q vs. H, vertedero sin contracción tendencia potencial. TENDENCIA LINEAL Y ECUACION DE TENDENCIA LINEAL
Q (l/s)
H (m) GRAFICA 2. Q vs. H, vertedero sin contracción tendencia lineal.
GRAFICAS.PARA VERTEDERO CON DOBLE CONTRACCION. Q exp [L/s] 1,85414 1,71233 1,46399 1,46399 1,12969 0,97409 0,77809 0,44096
H [mm] 75,000 72,000 64,600 60,300 54,600 48,500 42,000 30,500
TENDENCIA POTENCIAL Y ECUACION DE TENDENCIA POTENCIAL
Q (l/s)
H (m) GRAFICA 1. Q vs.H, vertedero con doble contracción tendencia potencial. TENDENCIA LINEAL Y ECUACION DE TENDENCIA LINEAL
TENDENCIA LINEAL Y ECUACION DE TENDENCIA LINEAL
GRAFICA 2. Q vs. H, vertedero con doble contracción tendencia lineal.
AJUSTE POR MINIMOS CUADRADOS valores para las constantes K y n para la formula Q = K(ΔH)ⁿ "1 contracion"
X No de datos 1 2 3 4 5 6 7 8 Σ
promedio k(m) n(b)
altura H (m) 0,0534 0,051 0,04555 0,0424 0,039 0,0348 0,0307 0,0215 0,31835
Y caudal volumetrico (m^3/s) 0,00185414 0,00171233 0,00146399 0,00146399 0,00112969 0,00097409 0,00077809 0,00044096 0,00981728
X² (H)² 0,002852 0,002601 0,002075 0,001798 0,001521 0,001211 0,000942 0,000462 0,013462
XY H•Q
0,00009901 0,00008733 0,00006668 0,00006207 0,00004406 0,00003390 0,00002389 0,00000948 0,000426422
0,039794 0,00122716 0,0451 -0,5658
y= 0,0451 X - 0,5658 Q(m^3/s)=
0,00144
valores para las constantes K y n para la formula " 2 cotracion" X Y caudal No de altura H volumetrico X² XY datos (m) (m^3/s) (H)² H•Q 1 0,075 0,00185414 0,00563 0,0001391 2 0,072 0,00171233 0,00518 0,0001233 3 0,0646 0,00146399 0,00417 0,0000946 4 0,0603 0,00146399 0,00364 0,0000883 5 0,0546 0,00112969 0,00298 0,0000617 6 0,0485 0,00097409 0,00235 0,0000472 7 0,042 0,00077809 0,00176 0,0000327 8 0,0305 0,00044096 0,00093 0,0000134 0,4475 0,00981728 0,02665 0,0006003 Σ promedio 0,055938 0,00122716 k(m) n(b)
0,0317 -0,5440
y= 0,0317 X -0,5440 Q(m^3/s)=
0,00140900
ANALISIS DE RESULTADOS
Al hacer la calibración del vertedero sin contracción, con la ecuación teórica
Obtenemos un valor de Q=0.002897701m^3/s, utilizando la primera altura de este vertedero sin contracción H= 0.034 m, al hacer el cálculo con la ecuación de FRANCIS: Obtenemos
un
caudal de Q= 0.002747357 m^3/s, para esta
misma altura, las dos ecuaciones nos arrojan resultados de caudales muy cercanos debido a que ambas ecuaciones son teóricas, solo se tiene una variación de 0.00015034 m^3/s entre estos dos resultados, al compararlos con el caudal volumétrico real, el cual hallamos con la siguiente formula:
Obtuvimos un Q= 0.001854141 m^3/S , donde podemos observar que presenta una variacion de caudal significativa , en comparacion con las ecuaciones teoricas con esta ecuacion experimental , encontramos una variacion de 0.0010436 m^3/s = 1.0435601 l/s ; cuando hacemos esta misma comparacion en el vertedero con doble contracion encontramos una variacion en los caudales mas significativa , veamos:,con la siguiente ecuacion :
Obtuvimos un Q= 0.0405676 m^3/s para una altura de H=0.075 m , y con la ecuacion de FRANCIS encontramos un caudal de Q= 0.00188896 m^3/s, cuando hallamos el caudal experimental Q= 0.00044096 m^3/s , cuando comparamos el caudal hallado con la primera ecuacion teorica y el valor del caudal experimental encontramos una variacion de 0.038714 m^3/s muy significativa , y tienen mas similitud y se encuentran cercanos los valores de la ecuacion teorica de FRANCIS y el valor del caudal experimental . Los calculos de los caudales que se hallaron con la siguiente ecuacion :
Siempre indico un caudal mayor para el vertedero con doble contraccion, y los caudales hallados con la ecuacion de FRANCIS indico un caudal mayor en un vertedero sin contraccion , a partir de los calculos observamos que el caudal es directamente proporcional al coeficiente de descarga. En las graficas anexas de caudal VS.altura , podemos observar que el caudal es directamente proporcional a la altura, a mayor altura, mayor caudal. CONCLUSIONES
Los vertederos de pared delgada nos sirven para medir caudales con gran precision debido a que esta practica solo se puede utilizar cuando estamos analizando canales pequeñas , canales que no llevan ningun tipo de escombros que puedan influir en los resultados de la medicion del caudal.
A pesar de que los vertederos de pared delgada son muy precisos , se puede llegar a presentar una pequeña acumulacion de sedimentos , por lo cual es mejor , tanto por efecto de funcionamiento como efecto de mantenimiento y eficacia implementar canaletas PARSHALL.
Los vertederos los podemos utilizar para controlar los niveles de agua , al instrumentalos como medidores de caudales. PREGUNTAS
1. ¿Cuáles son las aplicaciones o usos que se le dan a los vertederos?
Rta: sus aplicaciones y usos es que sirve para aforos, para la regulación y control del flujo y para la medición de caudales. 2. ¿Cuál es la diferencia entre un vertedero de pared delgada a uno de pared gruesa?
Rta: la Diferencia principal entre un vertedero de pared delgada y un vertedero de pared gruesa está en el tipo de contacto entre la napa y el paramento. 3. ¿Cuál es la ecuación de Francis y que elementos la componen? Demuéstrela.
Q= 1.84 * L * H^2/3 donde: Q= Caudal (m^3/s)
1.84= constante L= Longitud de la solera del vertedero en (m) H= Altura de la lámina vertiente sobre la cresta en (m). 4. ¿Qué influencia tienen las contracciones del vertedero?
Rta: las contracciones ocurren en los vertederos cuyo ancho es inferior al del canal donde se encuentra instalado. Francis concluyo después de muchos experimentos que todo pasa como si en un vertedero sin contracción el ancho se hubiese reducido, según él, se debe considerar la aplicación de la formula en un valor corregido para L. 5. ¿Qué otros tipos de vertederos existen?
Rta: Entre los tipos de vertederos están: SEGÚN SU FORMA: Pueden ser simples o compuestos. Dentro de los simples están: Rectangulares Triangulares Trapezoidal de cipolleti Circular Proporcionales Dentro de los compuestos están: construidos por secciones combinadas.
SEGÚN SU ALTURA RELATIVA DEL UMBRAL: pueden ser vertederos completos o libres, o incompletos o ahogados. SEGÚN EL ESPESORDE LA PARED: Vertederos de pared delgada y vertederos de pared gruesa. SEGÚN LA LONGITUD DE SU CRESTA: Pueden ser vertederos sin contracciones laterales y vertederos con contracción laterales.
OBSERVACIONES
La comparacion de los caudales del analisis de resultados se realizaron para las primeras alturas de ambos vertederos ( sin contraccion y vertederos de doble contraccion) .
Los procedimientos mostrados en la parte de los cálculos son el ejemplo del resultado del primer dato, los demás datos se sacaron de igual forma.
BIBLIOGRAFIA
http://www.bdigital.unal.edu.co/12697/31/3353962.2005.Parte%206.pdf
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vert_rect/index.html
Guias de Laboratorio de Hidraulica de la Universidad Catolica de Colombia
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vertederos/vertederos.html
