Medicion de Caudales Por Vertederos

VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL)

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENERIA CIVIL

MECÁNICA DE FLUIDOS

VERTEDEROS (MEDICION DE CAUDAL)

ING. SAGASTEGUI PLASENCIA FIDEL GERMAN



RUIZ JIMENEZ, JHONSON

Viernes 4:10pm – 6:50p m

2014 MECANICA DE FLUIDOS– ING. CIVIL - UPAO

Página 1

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VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) INTRODUCCIÓN

Desde tiempos ancestrales el ser humano ha tenido la necesidad de cuantificar el agua, para satisfacer sus necesidades de consumo y poder utilizar de forma eficiente sus recursos hídricos. Debido a esta necesidad se han inventado diferentes dispositivos que ayudan a medir el agua. La Hidráulica cuenta con dispositivos que se utilizan para medir caudales en corrientes naturales y artificiales, para uso del ser humano como abastecimiento de agua y drenajes, así como de uso veterinario y en sistemas de riego en agricultura. Dentro de los dispositivos más utilizados por su facilidad de construcción e instalación se pueden mencionar los vertederos, los cuales se diseñan y construyen para ser utilizados dentro de los ensayos de laboratorio de los cursos de Hidráulica e Hidráulica de Canales, a efecto de complementar la enseñanza experimental y práctica del estudiante acerca del correcto uso de cada uno de estos medidores de caudal, así como los límites de aplicación de éstos y la determinación de cada una de las ecuaciones de calibración que poseen, con lo cual se logrará una mejor comprensión de dichos dispositivos, al comparar los resultados obtenidos de forma experimental con los teóricos, adquiriendo un mejor criterio al decidir qué método o fórmula utilizar, dependiendo del grado de recisión que se desee obtener.









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) RESUMEN Ante la importancia que representa para par a el estudiante de d e la Facultad de Ingeniería el conocimiento y el adquirir buen criterio al momento de seleccionar el mejor método para realizar aforos en proyectos hídricos, se presenta este trabajo de graduación, en el cual se enfatiza el estudio del correcto Funcionamiento de los vertederos de pared delgada de distintas secciones geométricas, así como del canal tipo Parshall como dispositivos eficientes y precisos en la medición de caudales. Además se detalla el diseño, la construcción, la instalación y el ensayo de vertederos de pared delgada, así como del canal Parshall en el laboratorio de Hidráulica. Esto como complemento a los conocimientos adquiridos de forma teórica, logrando una mayor comprensión al visualizar sus funcionamientos bajo condiciones reales. Para ambos dispositivos se presenta la forma de encontrar las ecuaciones de calibración propias, al igual que las fórmulas teóricas que presentan algunos autores para la obtención de caudales. Contiene además la comparación de los resultados entre ambos métodos, obteniendo un mejor criterio sobre cuál utilizar. Al final se presenta una propuesta para ser tomada tomad a en cuenta como instructivo de laboratorio cuando se realicen los ensayos utilizando estos medidores de caudal, conteniendo los lineamientos básicos para desarrollar cada práctica, concluyendo con la determinación de los resultados finales.









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) ABSTRACT Given the importance it represents for the student of the Faculty of Engineering to acquire knowledge and good judgment when selecting the best method for gauging in water projects, this paper presents graduation, in which the study emphasizes the correctLandfill operation thin wall of different geometric sections and the Parshall type channel devices as efficient and accurate flow measurement. Besides the design, construction, installation and testing of thin wall landfills and the Parshall flume in the Hydraulics Laboratory is detailed. This in addition to the knowledge gained in theory, achieving greater understanding when viewing their performances under realistic conditions. For both devices the way of finding the calibration equations themselves, as theoretical formulas presented by some authors to obtain flow occurs. It also contains a comparison of the results between the two methods, obtaining a better criterion on which to use. Finally a proposal to be taken into account as an instructional laboratory occurs when tests are conducted using these flow meters, containing basic guidelines for developing each practice, concluding with the determination of the final results.









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) 1.

MEDICIÓN DE CAUDALES I.

Hidrometría

La Hidrometría es una de las partes más importantes de la Hidráulica, porque se ocupa de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería, por unidad de tiempo. Se define la Hidrometría como la parte de la Hidráulica que tiene por objeto medir el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo dentro de una sección transversal de flujo. Las determinaciones de caudal se realizan para diversos fines: sistemas de abastecimiento de agua, obras de riego, estudios de drenajes, instalaciones hidroeléctricas, etc. II.

Medición del agua

Es la cuantificación del caudal de agua que pasa por la sección transversal de un río, canal o tubería. También se le conoce como aforo. La medición del agua resulta de la necesidad de brindar mayor control sobre su uso y distribución. Dicha medición se realiza a través de medidores de flujo, los cuales son dispositivos que utilizan diferentes principios mecánicos o físicos para permitir que un flujo de agua pueda ser cuantificado. III.

Instrumentos de medición de flujo en canales abiertos

Existen varias formas de aforo en canales canales abiertos, dentro de las principales se encuentran: 1) Método volumétrico 2) Vertederos 3) Canal Parshall 4) Método hidráulico









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) VERTEDEROS La medición del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser exacta debido a que el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relación entre nivel y caudal. Los canales de corrientes naturales están también sometidos a cambios debidos a erosión o depósitos. Se pueden obtener cálculos más confiables cuando el caudal pasa a través de una sección donde esos problemas se han limitado. Partes de un vertedero

Uso de vertederos para medir el caudal (Q) Los vertederos se utilizan como instrumentos de medición de caudales más antiguos, simples y confiables para medir el flujo del agua en un canal si se dispone de suficiente caída y la cantidad de agua a medir no es muy grande. Los vertederos son instrumentos efectivos de medición porque si tienen un tamaño y forma determinados en condiciones de flujo libre y régimen permanente, existe una relación definida entre la forma de la abertura determina el nombre del vertedero. Clasificación de Vertederos Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas: 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.(Vertedero tulipa descargando











VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido: • Vertederos libres, sin control. • Vertederos controlados por compuertas.

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

Desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento: vertimiento: • Rectangulares • Trapezoidales • Triangulares • Circulares









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) A. Vertederos Rectangulares El vertedero rectangular es uno de los más sencillos para construir y por este motivo es uno de los más utilizados. Es un vertedero con una sección de caudal en forma de rectángulo con paredes delgadas, de metal, madera o algún polímero resistente, con una cresta biselada o cortada en declive, a fin de obtener una arista delgada. La precisión de la lectura que ofrece ofr ece está determinada por su nivel de error que oscila entre un 3 y 5 %. La ecuación más utilizada, según De Azevedo A zevedo y Acosta en el Manual de Hidráulica, es la de Francis Q = 1.84 (L Donde:

Q L H n

= = = =

(0.1 n H)) H3/2

Caudal que fluye por el vertedero, en m3/s Ancho de la cresta, en m Carga del vertedero, en m Número de contracciones (0, 1, o 2)

a. Vertedero rectangular sin contracciones Es un vertedero en el cual la longitud de la cresta (L) es igual al ancho del canal de acceso (B), por lo que teniendo un valor n = 0, la ecuación 1 queda de la siguiente forma: Q = 1.84 L H3/2 Y efectuando la conversión en las unidades para obtener caudales en l/s se tiene: Q = 0.0184 L H3/2 Vertedero rectangular sin contracciones









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) b. Vertederos rectangulares con dos contracciones c ontracciones Este es un vertedero con una longitud de cresta (L) menor que el ancho del canal de acceso (B). Teniendo un valor de n = 2, la ecuación queda de la siguiente forma para caudales en m3/s.

Q = 1.84 (L - 0.2 H) H3/2 Efectuando la conversión para caudales en l/s:

Q = 0.0184 (L 0.2 H) H3/2 Vertedero rectangular con dos contracciones c ontracciones

B. Vertederos Triangulares Los vertederos triangulares permiten obtener medidas más precisas de las alturas de carga (H) correspondientes a caudales reducidos. Por lo general son construidos de placas metálicas.









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) Vertederos Triangulares

C. Vertedero circular Su utilización es menos común que los anteriores, presentando como ventajas: la facilidad en su construcción, así como no requerir el nivelamiento de su cresta debido a su forma geométrica. Para este tipo de vertederos De Azevedo y Acosta en el Manual de Hidráulica presenta la siguiente ecuación en unidades métricas, dando caudales en m3/s.

Q = 1.518 D0.693 H1.807









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) Determinación del Caudal Teórico

El caudal Teórico a través de un orificio en V viene dado por la siguiente expresión:

1. Materiales 

Banco Hidráulico



Vertederos Rectangular y en V











VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) 

Punta y Garfio



Punta y Garfio









VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) 2. Procedimiento      

  

Se coloca las dos pantallas tranquilizadoras o rompeolas a una distancia prudente para evitar que el flujo sea turbulento. Se coloca la placa de escotadura rectangular en el equipo asegurando cuidadosamente, para evitar posibles fugas de agua. Se coloca el medidor de nivel aproximadamente a la mitad del Banco. se suministra agua al canal hasta que descargue por el vertedero. Se cierra la válvula para que el agua en el canal se estabilice. Se establece con precisión el mínimo contacto entre el agua y la punta del medidor de nivel o altímetro, para luego ajustar en el altímetro del calibre a cero Se abre el suministro de agua para medir repetidamente el caudal del agua con variaciones escalonadas, con lo cual la altura aumenta y por ende el caudal también. En cada incremento de en la válvula se toma datos de la altura. Se establece un volumen determinado y se cronometra el tiempo que t arda en llenar dicho volumen. Se toma nota de los datos obtenidos para realizar los cálculos siguientes










3. Tabla de registro de Datos VERTEDERO RECTANGULAR















































VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL) Recomendaciones.  Preferiblemente realizar las gráficas con funciones exponenciales, ya que nos dará una función más certera de la ecuación.  Tener mucho cuidado al tomar el tiempo porque es ahí donde se comete la más posibilidad de error.  Tomar la mayor cantidad de muestras para tener más certeza en la toma de datos. Conclusiones  Se observo que el caudal teórico no es igual al caudal en las mediciones, y que hay una desviación de diferencia lo cual nos indica que hay error cometido ya sea de precisión del material que interfiere en el cronometro, es la principal falla, y a la vez no es muy exacto ya que nosotros los alumnos somos lo que calculamos el tiempo. Por tal motivo es necesario hacer varias repeticiones.

Medicion de Caudales Por Vertederos

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