practica de fluidos 4
-
Upload
victor-jesus-salvatierra -
Category
Documents
-
view
585 -
download
4
Transcript of practica de fluidos 4
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA
U. N. E. F. A.NÚCLEO MARACAY – EDO. ARAGUA
INFORME DE LABORATORIODE FLUIDOS Nº 4(VERTEDEROS)
Integrantes:
VICTOR SALVATIERRAC.I:18702277
VICTOR MENDOZA CESAR FERNANDEZ
C.I:19.067.227 MELANIO ESPINAL
C.I: 2119113AED- 502
Maracay, junio 2011.
Total. Asignado.Portada. 1
Introducción. 2
Marco Teórico. 3
Procedimiento. 2
Datos Experimentales. 1
Cálculos. 4
Análisis. 4
Conclusión. 1
Recomendaciones. 1
Bibliografía. 1
TOTAL
INTRODUCCIÓN
El caudal en canales abiertos puede medirse colocando una placa transversalmente en el
canal de forma que el líquido se acumule y luego pase por arriba de ella. Esa placa recibe el
nombre de vertedero de pared delgada y puede tener varias formas; los rectangulares y
triangulares son los más empleados, estos últimos son buenos para medir caudales
pequeños.
Los vertederos son estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de
sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un
tramo con notoria diferencia de nivel. Normalmente desempeñan funciones de seguridad y
control.
Un vertedero puede tener las siguientes misiones:
- Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de requerido para el
funcionamiento de la obra de conducción.
- Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el
flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina líquida de espesor
limitado.
- En una obra de toma, el vertedero se constituye en el órgano de seguridad de mayor
importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas
crecidas.
- Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones,
estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.
VERTEDEROS
Se llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efectúa una descarga a
superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas según las finalidades a las que se
destine. Si la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de
arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre
una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse
como dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pequeñas dimensiones. El
vertedero de pared gruesa se emplea además como obra de control o de excedencias en una
presa y como aforador en grandes canales.
Vertederos de pared delgada (Sharp-crested weirs)
La utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente a laboratorios,
canales pequeños y corrientes que no lleven escombros y sedimentos. Los tipos más
comunes son el vertedero rectangular y el triangular. La cara de aguas arriba debe ser
instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. La
estructura delgada está propensa a deteriorarse y con el tiempo la calibración puede ser
afectada por la erosión de la cresta.
El vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeñas, porque la sección
transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura.
La relación entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero, puede obtenerse
matemáticamente haciendo las siguientes suposiciones del comportamiento del flujo:
1. Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme y la presión varía con la profundidad de
acuerdo con la hidrostática (p=ρgh).
2. La superficie libre permanece horizontal hasta el plano del vertedero y todas las
partículas que pasan sobre el vertedero se mueven horizontalmente (en realidad la
superficie libre cae cuando se aproxima al vertedero).
3. La presión a través de la lámina de líquido o napa que pasa sobre la cresta del vertedero
es la atmosférica.
4. Los efectos de la viscosidad y de la tensión superficial son despreciables.
Estas suposiciones conducen al siguiente modelo de flujo ideal:
Ecuación para un vertedero rectangular de pared delgada:
Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2 sobre una misma línea de
corriente, se obtiene:
Un coeficiente Cd determinado experimentalmente, se involucra para considerar el uso
de las suposiciones, entonces:
Cd es conocido como Coeficiente de Descarga.
Un vertedero rectangular sin contracción es aquel cuyo ancho es igual al del canal de
aproximación. Para este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de Rehbock para hallar el
valor de Cd:
Donde p es la altura de la cresta del vertedero medida desde el piso del canal.
Un vertedero rectangular con contracción es aquel en el cual el piso y los muros del
canal están lo suficientemente alejados del borde del vertedero y por lo tanto no influyen en
el comportamiento del flujo sobre él. Para este tipo de vertedero es aplicable la fórmula de
Hamilton-Smith para hallar el valor de Cd:
Ecuación para un vertedero triangular de pared delgada:
Siguiendo el mismo procedimiento anterior y despreciando el valor de v1/2g puesto que
el canal de aproximación es siempre más ancho que el vertedero, se obtiene la descarga a
través de
:
Condiciones de flujo adoptadas para la Fórmula De Poleni-Weisbach
Considerando la Ecuación de la Energía, a lo largo de una línea de flujo se presenta un
incremento de la velocidad y correspondientemente una caída del nivel de agua. En el
coronamiento del vertedero queda el límite superior del chorro líquido, por debajo del
espejo de agua, con una sección de flujo menor al asumido por Poleni-Weisbach.
Vertedero de pared delgada
En la sección contraída X, ubicada aguas abajo de la cresta del vertedero, la distribución
de presiones se desarrolla con ambos extremos iguales a la presión atmosférica. En estos
sectores las velocidades coinciden con las determinadas a través de la ley de Torricelli,
considerando únicamente las pérdidas de energía. En el mismo chorro, las velocidades
adquieren valores menores a las definidas por la indicada ley.
Vertederos de pared delgada en función de las condiciones de flujo aguas arriba
OBJETIVO:
Determinar teórica y experimentalmente el caudal en un canal por medio de varios
vertederos diferentes; calcular el coeficiente de descarga para cada vertedero.
REQUISITOS:
Vertederos, regla graduada y canal de inclinación variable.
PROCEDIMIENTO:
1. Se verifico que el equipo estuviera correctamente instalado.
2. Se instalaron los vertederos correspondientes.
3. Se Abrieron las válvulas correspondientes.
4. Se ajustó la inclinación del canal a una posición horizontal, utilizando el nivel que
está en el borde superior del canal. Abriendo por completo la compuerta del deposito
del canal.
5. La bomba se encendió y la tubería se purgo.
6. La válvula que conecta con el depósito del canal se cerró completamente.
7. Se Ajustó la válvula del caudal para mantener la altura constante del líquido del
canal.
8. Se midió el valor de (H) aguas arriba del vertedero.
9. Se cronometro el volumen del líquido que pasa por el contador.
H
Vertedero
7,7 cm 9,8 cm
Aplicando las formulas:
Vertedero tipo 1: Qt=8√2 g H 5
15 (tg ⱷ/2)
Vertedero tipo 2: Qt=2L√2 g H 3
3
Vertedero tipo 3: Qt=2L√2 g H 3
3
Se obtienen los siguientes resultados:
Cuadrado
Q=800caudal
Hvertice=19cm-6,6cm=12,4cm
Hh20=14,3-12,4=2,1H
Q=1500
H=15-12,4=2,5cmH
Q=2500
Vertedero 1 Vertedero 2 Vertedero 3
1 3 c m1 9 , 7 c1 9 , 7 c
6,6 c
6,0 cm
6,7 c
H=16-12,4=3,6cmH
Vertedero2 cuadrado
Vertedero2 Qexp ht(mm) Qt(c m3/seg) ht
(cm)
800 21 539,185 2,1
cuadrado 1500 25 700,35 2,5
2500 36 1210,216 3,6
Vertedero1 triangular
Q=800
Hcompleta:=19cm-6.7=12,3cm
Hh20=17-12,3=4,7cmH
Q=1500
H=18cm-12,3=5,7cmH
Q=2500
H=18,5-12,3=6.2cmH
Vertedero triangular
Vertedero1 Qexp ht(mm) Qt(c m3/seg) ht
(cm)
800 47 4,7
triangular 1500 57 7,7
2500 62 6,2
Nota: desconozco el valor de Angulo.
Vertedero 3 de cresta
Q=800
Hcompleto=12,5cm
Hcresta=12,5cm-14,5=2cm
Q=1500
15,5-12,5=3cm
Q=2500
17,5-12,5=5cm
Vertedero3 Qexp ht(mm) Qt(c m3/seg) ht
(cm)
cresta 800 20 697,325 2
1500 30 1281,075 3
2500 50 2756,434 5
ANÁLISIS DE RESULTADOS
El caudal medido en la experiencia fue muy parecido al calculado según las fórmulas
para ello, según el tipo de vertedero, a excepción del vertedero numero 3 el cual se le
tomaron dos medidas, en la medida que llamamos prima el resultado del caudal medido y el
calculado fue muy aproximado. Esto nos indica que la primera medición tomada estuvo
errónea.
CONCLUSIONES
Se ha observado que para cualquier vertedero la superficie del agua sobre la cresta e
inmediatamente atrás de ella, asume la forma de una curva, originando una superficie de
contracción, llamada curva de remanso. Se define la carga H como la distancia vertical
entre la cresta del vertedero y la superficie del agua en un punto donde esta no sea afectada
por la curvatura.
Se recomiendo que H se mida a una distancia igual o superior a 5H, otros autores
recomiendan que esta distancia sea por lo menos 6H, en general puede dejarse a criterio del
ingeniero buscando en todos los casos el mayor remanso.
Además de respetar los limites de aplicación de las formulas, para obtener mejores
resultados en la medición de caudales con vertedores rectangulares se recomienda que la
cresta del vertedor sea perfectamente horizontal, con un espesor no mayor de 2mm en bisel
y la altura desde el fondo del canal 0.30m a 2h. El plano del vertedor debe ser normal al
flujo y la cara, aguas arriba, perfectamente vertical, plana y lisa. El vertedor deberá
instalarse al centro de un canal recto que tenga una longitud mínima de diez veces la
longitud de la cresta del vertedor y un área de por lo menos, 8hb, si el vertedor tiene
contracciones, la distancia entre los extremos del vertedor y el costado del canal no debe
ser menor que 0.30m.
RECOMENDACIONES:
Para obtener mejores resultados en la experiencia hace falta que todos los factores
presentes no influyan en las mediciones, en este caso hace falta equipos calibrados que
tomen las mediciones a fin de evitar el error humano.
Así mismo también se recomienda que el fluido este sin contaminantes ya que influye en
los resultados.
La vieja data de los equipos hace que estos modifique los valores, que aunque sean
insignificantes influyen de manera determinante.
Otras que el instructor tenga a bien recomendar.
BIBLIOGRAFIA
Hidráulica general, Gilberto Sotelo Ávila
Fundamentos para la práctica de laboratorio de hidráulica; ramiro Marbello Pérez.
Laboratorio de hidráulica: escuela de ingeniería de Antioquia.