ESTRUCTURAS DE MEDICIÓN Y CONTROL

Presentado por:

CARLOS ANDRÉS PADILLA MEJIACOD: 2083521

SERGIO ANDRES BADILLO JIMENEZCOD: 2083514

Presentado a:ADRIAN RODRIGUEZ

UNVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERLABORATORIO DE HIDRAULICAESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

2012

OBJETIVOS

Objetivo general

Realizar un analisis hidraulico de distintas estructuras de medición y control.

Objetivos especificos

Determinar las ecuaciones de caudal y carga hidráulica en un vertedero.

Determinar experimentalmente el coeficiente de contracción, para el tipo de canal que estamos estudiando.

Analizar la descarga de los vertederos.

Calcular el caudal

MARCO TEÓRICO

Flujo a través de compuertas

Las compuertas constituyen una clase de estructuras de control de flujo de amplia utilización en el campo de la ingeniería hidráulica. Estas son las encargadas de regular el paso del fluido en un canal, preses, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios, por lo tanto si se encuentran bien calibradas puede ser utilizada como medidores de flujo. Encontramos una gran variedad de compuertas, donde las más comunes son las compuertas verticales y las compuertas radiales. Estas se diseñan y se seleccionan teniendo en cuenta las condiciones físicas, hidráulicas, climáticas, operación y mecanismo de izado. Las compuertas se clasifican en grupos generales de la siguiente manera:

1. Según las condiciones del flujo aguas abajoa. Compuerta con descarga libreb. Compuerta con descarga sumergida o ahogadaCompuerta con descarga libre:El flujo de salida se dice que es libre cuando el chorro saliente en la sección 2, con flujo supercrítico, está abierto a la atmosfera y no está cubierto o sumergido en agua.

FIGURA 1. COMPUERTA DE RODILLO O VERTICAL

Para la deducción de las ecuaciones que regulan el flujo en compuertas el interés se dirige a las regiones del flujo sustancialmente uniformes, es decir, aguas arriba de la sección 1 y aguas debajo de la sección 2. Utilizando la ecuación de conservación de energía tenemos que:

Compuerta con descarga sumergida o ahogada

En la figura 2, la profundidad Y2, es producida por la compuerta y la profundidad Y3 es producida por un control aguas abajo, si Cc*a es mayor que la profundidad conjugada Y3, la profundidad necesaria para formar un resalto hidráulico, entonces la salida de la compuerta se dice que es ahogada. El efecto consiste en que el chorro que sale de la compuerta es cubierto por una masa de agua, la cual aunque fuertemente turbulenta, no tiene movimiento en ninguna dirección. Mientras que debe existir alguna pérdida de energía entre

las secciones 1 y 2, una mayor proporción de pérdida ocurre cuando el flujo se expande entre las secciones 2 y 3, siendo constante la energía específica entre 1 y 2. Para evaluar la componente de la energía potencial en 2 se utiliza la profundidad de la masa de agua en 2 Ys, pero para el cálculo de la velocidad se utiliza la profundidad que efectivamente produce la velocidad Y2.

ECUACIONES DE VERTEDEROS COMUNES

PROCEDIMIENTO

Parte A: Compuertas con descarga a flujo libre

1. Encender el sistema de bombeo y poner el canal rectangular en posición horizontal

2. Abrir la válvula de compuerta que regula el caudal en el canal y esperar que se estabilice.

3. Bajar la compuerta vertical ubicada al inicio del canal generando una condición de flujo libre. Medir la altura de la compuerta a.

4. Medir la altura de la lámina de agua antes de la compuerta Y1 y después de la compuerta Y2.

5. Registrar el caudal del caudalímetro electromagnético y verificar que el valor se mantenga constante.

6. Calcular las perdidas por contracción CC., perdidas por velocidad C.V. y el caudal utilizando las ecuaciones correspondientes.

7. Efectuar 5 mediciones de Y1 y Y2 para diferentes caudales y alturas de la compuerta a, verificando que a la hora de registrar el caudal este permanezca constante y que las condiciones de flujo siempre sean libres.

8. Después de calcular para todos las mediciones el coeficiente de descarga Cd, se determina un coeficiente de descarga promedio Cd prom con los valores que presentaron los menores porcentajes de error a la hora de calcular el caudal. Con este Cd prom volveremos a calcular nuevamente los caudales.

Parte B: Compuertas con descarga a flujo ahogado o sumergido

1. Encender el sistema de bombeo y poner el canal rectangular en posición horizontal

2. Abrir la válvula de compuerta que regula el caudal en el canal y esperar que se estabilice.

3. Bajar la compuerta vertical ubicada al inicio del canal y luego bajar la segunda compuerta ubicada al final del canal de pendiente variable, de forma que el flujo se ahogue en la primera compuerta y esperar a que las condiciones de flujo sean constantes.

4. Medir Y1, a, Ys y Y3.

5. Registrar el caudal del caudalímetro electromagnético y verificarque el valor se mantenga constante.

6. Calcular las perdidas por contracción Cc y el caudal utilizando las ecuaciones correspondientes.

7. Realizar los pasos 4-6 para 3 caudales diferentes y 2 alturas diferentes de la compuerta a, verificando que a la hora de registrar el caudal este permanezca constante y que las condiciones de flujo siempre sean sumergidas.

PARTE C VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA

1. Encender el sistema de bombeo y poner el canal rectangular en posición horizontal.

2. Ubicar el vertedero de cresta ancha dentro del canal en un lugar donde quede bien ajustado, colocando la arista redondeada en la cara aguas arriba.

3. Abrir la válvula de compuerta que regula el caudal en el canal y esperar que se estabilice.

4. Registrar la carga en el vertedero y el ancho de la cresta para 15 caudales diferentes y realizar la respectiva calibración de los vertederos.

5. Calcular el caudal en los vertederos con las ecuaciones teóricas y compararlos con los obtenidos por medio de las curvas de calibración.

Parte D: Vertederos de cresta delgada

1. Encender el sistema de bombeo y poner el canal rectangular en posición horizontal.

2. Instalar uno de los vertederos de cresta aguda en los perfiles que se encuentran al final del canal

3. Ajustar el vertedero con las tuercas de tal forma que no se presenten filtraciones y todo el caudal pase sobre la cresta del vertedero.

4. Abrir la válvula de compuerta que regula el caudal en el canal y esperar que se estabilice.

5. Registrar la carga en el vertedero y el ancho de la cresta para 15 caudales diferentes y realizar la respectiva calibración del vertedero.

6. Calcular el caudal con la ecuaciones teórica y compararlo con el obtenido de la curva de calibración.

7. Desmontar el vertedero e instalar alguno de los otros que se dispone.

8. Repetir los paso 5 y 6.

CALCULOS

FLUJO LIBRE

# QT (Lts) a (cm) Y1 (cm) Y2 (cm)1 25,5 4 32,4 2,92 23,5 4 28,5 2,93 23,7 5,6 18,9 3,94 26,9 5,6 22,9 3,65 28,2 5,6 24,9 3,36 27,4 6,7 19,8 3,97 28,6 7,4 18,5 4,28 29,2 7,4 18,3 4,3

DATOS

Cc Cd Qe (m^3/s) Qe (Lts) ERROR Q Qcdp ERROR Qp0,725 0,69458142 0,0288604 28,8604018 -13,1780462 24,6084903 3,496116650,725 0,69070979 0,02691688 26,916882 -14,5399236 23,0799517 1,78743967

0,69642857 0,63407417 0,02817122 28,1712232 -18,8659209 26,3130628 -11,02558160,64285714 0,5975982 0,02922549 29,2254875 -8,64493482 28,9639802 -7,672788880,58928571 0,5537338 0,0282381 28,2380986 -0,13510143 30,2023109 -7,10039340,58208955 0,53204483 0,02894692 28,9469187 -5,6456888 32,2225474 -17,60053810,56756757 0,51237804 0,0297615 29,7614994 -4,0611868 34,40092 -20,28293720,58108108 0,52288726 0,03020731 30,2073094 -3,44968958 34,2144638 -17,1728213

0,6386637 0,59225094

RESULTADOS

FLUJO AHOGADO

DATOS# Q W Y1 Y3 Ys1 0,0272 0,056 0,509 0,347 0,2942 0,0265 0,056 0,483 0,34 0,2793 0,0255 0,056 0,449 0,319 0,265

q Cc E Cc Qe E Q Fr^2 Yst E Ys0,06601942 0,57286282 4,52286294 0,02731584 -0,42586848 0,10312002 0,32726443 10,164390,06432039 0,57284358 4,52606936 0,0266138 -0,42944522 0,10358474 0,32096598 13,0748988

0,0618932 0,58017173 3,30471178 0,02528444 0,84533136 0,10967874 0,30043794 11,7954279Promedio 0,57529271 4,11788136

RESULTADOS

VERTEDERO SPILLWAY

DATOSENSAYO Qt (L/seg) H (cm)

1 15,5 9,22 17,3 9,83 18,8 10,44 20,1 10,55 21,3 11,16 23,9 11,97 25,5 12,3

8 26,6 12,7

Ln Q Ln H LnQ*LnH LnQ^22,7408 2,2192 6,0825 4,92492,8507 2,2824 6,5064 5,20932,9339 2,3418 6,8705 5,48413,0007 2,3514 7,0558 5,52903,0587 2,4069 7,3621 5,79343,1739 2,4765 7,8602 6,13323,2387 2,5096 8,1278 6,29813,2809 2,5416 8,3388 6,459724,2783 19,1295 58,2042 45,8316

Resultados

2.2000 2.2500 2.3000 2.3500 2.4000 2.4500 2.5000 2.5500 2.60002.4000

2.5000

2.6000

2.7000

2.8000

2.9000

3.0000

3.1000

3.2000

3.3000

3.4000

f(x) = 1.677488322261 x − 0.976391677947142

Series2Linear (Series2)

H Qmedido Qmedidor electromagnetico %Errror12,9 27,4795654 27,6 9,55291462

12,3 25,3694729 25,9 10,6541249

8,9 14,7433901 14,7 9,1483808

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Los vertederos son de gran uso y aplicabilidad en la ingeniería, ya que son de gran importancia en la mayoría de obras hidráulicas.

La utilización del medidor de cresta ancha es de gran utilidad para los sitios donde no se posee con la maquinaria para la medición de caudales.

El error se debe en gran parte por la dificultad al momento de tomar las mediciones requeridas para esta práctica.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.google.com/search/kie=UTF-8&oe=UTF-8&channel=browser Chanson, H. (2002). Hidráulica de flujo en canales abiertos. Hubert

Chanson. Editorial McGraw Hill. ISBN 958-41-0256-7 Chow, V. T., (1994). Hidráulica de canales abiertos. Editorial Mc Graw

Hill.