LABORATORIO: CALIBRACIÓN DE VERTEDERO DE PARED GRUESA Y VERTEDERO CRUMP
Christian Rodriguez García 20161579007 Mario F. Rada 20161579045 Mauricio Barbosa Moreno 20151579005 Pedro Luis Guevara Salas 20152579018
Fernando González Ing. Civil.
Universidad Distrital Francisco José De Caldas Facultad Tecnológica Ingeniería Civil
Diseño y Construcción de Canales, Laboratorio de Resalto Hidráulico.
Bogotá D.C. 2017
Contenido 1.
INTRODUCCION .............................................................................................................. 3
2.
OBJETIVOS ...................................................................................................................... 4
3.
EQUIPOS. ......................................................................................................................... 5
4.
MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 6
5.
CALCULOS ....................................................................................................................... 9
6.
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 13
7.
RECOMENDACIONES ...................................................... Error! Bookmark not defined.
8.
REGISTRO FOTOGRÁFICO ........................................................................................ 14
9.
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 15
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Diseño y Construcción de Canales, Laboratorio de Resalto Hidráulico.
1. INTRODUCCION El presente informe describe los resultados obtenidos en el ensayo de laboratorio de estructuras de control tipo vertederos, realizado el día jueves 12 de octubre, en el laboratorio en las instalaciones de la Universidad Distrital facultad Tecnológica. Según Hubert Chanson en su libro hidráulica del flujo en canales abiertos (CHANSON, 2002), un vertedero es una estructura hidráulica que se diseña para elevar el nivel del agua aguas arriba y así poder por ejemplo alimentar un canal de desviación o para disminuir la energía cinética del flujo aguas abajo del vertedero. El ensayo se realizó bajo condiciones controladas en laboratorio, se utilizó el canal rectangular EDIBON con un ancho de 6,5 centímetros, trabajando con vertedero de cresta ancha y con un vertedero tipo Crump, los caudales suministrados oscilaron entre 1000 Litros/hora y 5000 Litros/hora, la mediciones de altura fueron realizadas con limnímetro con una precisión de décima de milímetro, las de longitud fueron tomadas con flexómetro con precisión de 0,5 milímetros.
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2. OBJETIVOS 2.1.
Objetivo g eneral
Determinar la ecuación de tipo potencial calibrada con Excel, con base en mediciones de caudal (Q) y carga sobre el vertedero (H)
2.2.
Objetivos es pecí ficos
Realizar la calibración de un vertedero de cresta ancha y un vertedero tipo Crump. Llevar a cabo la verificación del caudal experimental obtenido y contrastar este resultado con el alcanzado a partir de las ecuaciones suministradas durante la práctica. Observar las diferencias entre las dos estructuras de control utilizadas. Encontrar la ecuación de ajuste potencial con la programación de Excel: coeficientes, exponente, línea de tendencia y coeficiente R^2
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3. EQUIPOS. Canal rectangular abierto de pendiente variable. Bomba centrifuga hidráulica. Caudalimetro. Limnimetro. Vertedero de cresta ancha. Vertedero tipo Crump.
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4. MARCO TEÓRICO VERTEDERO: Un vertedero es una barrera de forma especial que se instala en un canal abierto, a través de la cual el fluido pasa como chorro libre al otro lado de ella. La figura 1 ilustra la vista lateral del diseño común de un vertedor. La cresta debe ser afilada, y no es raro que esté hecha de una hoja delgada de metal que se integra a una base grande. La superficie superior de la base se corta con ángulo agudo en el lado de aguas abajo para asegurar que el fluido salte como chorro libre, lo que se llama napa, con una ventilación buena bajo ella.
Figura 1 Flujo sobre un vertedor.
Desde hace mucho los vertedores han sido utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medición de caídas de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en el control del flujo y galerías y canales, razón por la cual su estudio es de gran importancia El flujo a través del vertedero tiene su motor en la fuerza de gravedad y el uso frecuente de los vertederos de pared delgada, como aforadores, se debe a que son estructuras de construcción sencilla y, principalmente, por la facilidad de determinar, con bastante aproximación, el caudal del flujo en un canal, a partir de la carga del vertedero CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS Asumiendo las más variadas formas y disposiciones, los vertedores presentan comportamientos muy diversos, siendo muchos los factores que pueden servir de base a su clasificación. 1. Forma a. Simples (rectangulares, trapezoidales, triangulares, etc.) b. Compuestos (secciones combinadas)
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2. Altura relativa de la base a. Vertederos completos o libres (p>p`) b. Vertederos incompletos o ahogados (p
0.66H) 4. Ancho relativo a. Vertederos sin contracciones laterales (L=B) b. Vertederos contraídos (L
Caudal para vertedero de pared gruesa
A partir de la ecuación de continuidad y la ecuación de Torricelli se tiene
=.;
= √ 2 ∗ ∗
= √ 2 ∗ ∗ ∗ ( ∗ );
= √ 2 ∗ ∗ ∗
= ∗ √ 2 ∗ ∗ ∗ . Donde:
= ∗ ∗ .
Q= caudal (m^3/s) L = ancho del canal (m) H = Y2 = carga hidráulica (m) K= coeficiente de descarga
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Caudal para vertedero tipo Crump Se utilizan como solución al problema de sedimentación al inicio del vertedero de pared ancha, ya que al manejar una pendiente de entrada hace que los sedimentos continúen a lo largo del canal.
= ∗ ∗ ∗ √ ∗ .
Donde: Q= Caudal (m^3/s) L = Ancho del canal (m) H = Y2 = Carga hidráulica (m) Cd= Coeficiente de descarga Cv= Coeficiente de velocidad
PROCEDIMIENTO
Se procede a instalar los vertederos de cresta ancha (de 6.5 cm ancho y 9.2 cm de alto) Se abre la válvula de regulación de caudales de área variable y se toma un caudal aleatorio. El agua circula por el canal de Edibon, y pasa a través del vertedero a calibrar (cresta ancha) Se toman 5 caudales diferentes y se miden simultáneamente las cargas, H, correspondientes a los vertederos, como la diferencia entre el nivel de la superficie libre del agua y el nivel de la cresta, registrados por el limnímetro, una vez se haya estabilizado el flujo. Este procedimiento se repite (5 veces) para cada uno de los vertederos (de cresta ancha y el vertedero tipo Crump)
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5. CALCULOS 5.1.
Datos de laboratorio.
5.1.2.
Vertedero de cr es ta ancha.
Vertedero de cresta ancha ALTURA Y1 [mm]
92
Caudal [l/h]
Y2 [mm]
H1 [mm]
5000
52.4
144.4
4000
45.3
137.3
3000
38.1
130.1
2000
28.9
120.9
1000
18.5
110.5
5.1.3.
Y2 H1 Y1
Vertedero Crump.
Vertedero Crump ALTURA Y1 [mm]
31.8
Caudal [l/h]
Y2 [mm]
H1 [mm]
1000
15.6
47.4
2000
25.5
57.3
3000
33.4
65.2
4000
44.1
75.9
5000
45.2
77
Y2 H1 Y1
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5.2.
Cálculos básic os .
A partir de los datos obtenidos en laboratorio obtenemos la ecuación de la línea de tendencia: 5.2.1 Vertedero rectang ular con tope rec tang ular. Vertedero de cresta ancha. 3
Caudal (m /s)
H1 (mm)
H1 (m)
Y2 (mm)
H= Y2 (m)
0,001388889
144,4
0,1444
52,4
0,0524
0,001111111
137,3
0,1373
45,3
0,0453
0,000833333
130,1
0,1301
38,1
0,0381
0,000555556
120,9
0,1209
28,9
0,0289
0,000277778
110,5
0,1105
18,5
0,0185
Y
X
0.0016
y = 0.1309x1.543 R² = 0.9998
0.0014 0.0012 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Fig. Caudal (Q) VS Carga hidráulica (H=Y2)
con vertedero con tope rectangular.
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5.2.2 Vertedero rectang ular con C rump.
Vertedero Crump
Caudal (m3/s)
H1 (mm)
H1 (m)
Y2 (mm)
H =Y2 (m)
0,001388889
77
0,077
45,2
0,0452
0,001111111
75,9
0,0759
44,1
0,0441
0,000833333
65,2
0,0652
33,4
0,0334
0,000555556
57,3
0,0573
25,5
0,0255
0,000277778
47,4
0,0474
15,6
0,0156
Y
0.0016
X
y = 0.1066x1.4307 R² = 0.9889
0.0014 0.0012 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
Fig. Caudal (Q) VS Carga hidráulica (H=Y2)
con vertedero con tope crump.
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0.05
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5.2.3. C oefi ci ente de los vertederos .
Considerando las ecuaciones obtenidas experimentalmente por la tendencia potencial que rige el experimento podemos obtener los coeficientes de los vertederos para el tope rectangular y el tope crump. A continuación, se muestran los cálculos de dichos coeficientes.
= 0.1309 ∗ . : = = 2 = Por tanto:
= 0.1309 ∗ . ; = 0.1066 ∗ .7 ; . Pero la ecuación de Caudal está dada por:
= ∗ √ 2 ∗ ∗ . ; = 9.81⁄ Por lo que se pude deducir que el coeficiente de la ecuación equivale a:
0.1309 = ∗ √ 2 ∗ Y
0.1066 = ∗ √ 2 ∗ Finalmente se obtiene que:
= 0.029552 Y
= 0.024066 12
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6. CONCLUSIONES.
Podemos observar que las ecuaciones obtenidas experimentalmente se ajustan bastante bien a la ecuación teórica, con discrepancias ínfimas en las potencias obtenidas para los vertederos con el tope rectangular y el tope crump, que pueden deberse, principalmente, a problemas de medición.
De las dos ecuaciones experimentales obtenidas se puede deducir que sin importar el tope usado, la ecuación teórica para vertederos rectangulares es siempre la misma; esto se puede concluir sabiendo que para un mismo caudal en vertedero con tope rectangular y tope crump la ecuación potencial de tendencia resulta ser muy próxima a la teórica.
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7. REGISTRO FOTOGRÁFICO
IMAGEN 1: lectura de la carga hidráulica con limnimetro en el vertedero tipo crump
IMAGEN 2: Vertedero tipo crump
IMAGEN 3: Adecuación de los vertederos en el canal de Edibon
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8. BIBLIOGRAFÍA CHANSON, H. (2002). Hidráulica del flujo. Brisbane, Queensland, Australia: Mc Graw Hill. CHOW, V. T. (1994). Hidráulica de canales abiertos. (J. Saldarriaga, Trans.) Champaign, Illinois, EE.UU.: Mc Graw Hill. AZEVEDO NETTO (2005) Manual de Hidrología, Brasil, Editorial Harla ROBERT MOTT, (2012), Mecánica de Fluidos, México, Editorial Mc Graw Hill
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