vertederos

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCION

La práctica de laboratorio realizada utilizando el equipo FME00 y FME02 sirve para determinar los caudales en vertederos de pared delgada, de vital importancia y de aplicación en la vida cotidiana de ingenieros dedicados al área de construcción de canales, que quieran determinar caudales.

En este laboratorio se utilizaran los equipos para determinar los coeficientes de desgaste en los tipos de vertederos que estarán funcionados con diferentes caudales, se indicaran los procedimientos para poner a funcionar los diferentes quipos, como también el procediendo a seguir para tomar de manera correcta los resultados que son, caudal, altura de carga.

VERTEDEROS DE PARED DELGADA:

El caudal en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedor, que es una obstrucción hecha en el canal para que él liquide retroceda un poco atrás y fluya sobre o a través de ella. Si se mide la altura de la superficie liquida de la corriente arriba es posible determinar el caudal. Los vertederos, construidos con una hoja de metal u otro material, que permitan que el chorro o manto salgan libremente reciben el nombre de vertederos de pared delgada.

Aplicaciones.

Los vertederos de cresta ancha son utilizados como obras de control de excedencias en una presa o como estructura de aforo en estructuras de gran tamaño.

Los vertederos de cresta aguda son generalmente usados en laboratorios de hidráulica, para fines didácticos y de investigación, y para el aforo de pequeños caudales. Los laterales sirven para evacuar excedencias y son muy usados en plantas de tratamiento de agua

MECÁNICA DE FLUIDOS Página 1



INSTALACION DEL EQUIPO:

El equipo consta de cinco sencillos elementos que se emplean en combinación con el canal del BANCO HIDRAULICO.

La boquilla de impulsión del banco debe sustituirse por la embocadura especial (1).

Situar una pantalla rígida (2) como indica la figura, deslizándola entre las dos ranuras existentes en las paredes del canal. La forma de estas ranuras asegura la correcta orientación de la pantalla, pues solo puede introducirse en una única posición.

El conjunto formado por la embocadura y la pantalla proporciona las condiciones necesarias para obtener una corriente lenta en el canal.

Un “nonius” (3), que se ajusta en un mástil y señala en un calibre las alturas de carga, va montado en un soporte (4) que se acopla apoyando sobre la parte horizontal del escalón moldeado en las paredes del canal. Este soporte puede desplazarse a lo largo del canal para ocupar la posición necesaria según la medición a realizar.

El calibre va provisto de un tornillo de ajuste aproximado y bloqueo (5) y de una turca de ajuste fino.

El “nonius” (3) se fija al mástil (6) mediante el tornillo (7) y se utiliza en conjunto con la escala (8).

Un pequeño garfio o una lanceta (según se precise) (9), se acopla a la base inferior del mástil (6) y se sujeta con ayuda de una pequeña tuerca (10).

Los vertederos a estudiar, con escotadura rectangular o forma de V, se montaran en un soporte, al que quedaran enclavados por unas tuercas. Las placas vertedero incluyen los espárragos de sujeción a fin de facilitar la labor del montaje.




EXPERIMENTO N°1:

VERTEDERO RECTANGULAR EN PARED DELGADA

OBJETIVO:

Estudiar las características del flujo a través de un vertedero de escotadura rectangular, practicado en una pared delgada y con el umbral afilado.

Equipo necesario:

Banco hidráulico FME00:

Este sistema modular ha sido desarrollado para investigar experimentalmente los muchos y diferentes aspectos de la teoría hidráulica. El tanque de medición volumétrica está escalonado, permitiendo medir caudales altos o bajos. Un deflector de amortiguación reduce la turbulencia y un vaso comunicante exterior con escala marcada ofrece una indicación instantánea del nivel de agua. El suministro incluye un cilindro medidor para la medición de caudales muy pequeños.

Al abrir la válvula de vaciado el volumen de agua medido vuelve al depósito situado en la base del banco para su reciclado. Un rebosadero integrado en el tanque volumétrico evita derramamientos. El agua es traída desde el depósito por una bomba centrífuga, y una válvula de control en bypass montada en el panel frontal regula el caudal. Un acoplamiento rápido de tuberías fácil de usar situado en la parte superior del banco permite cambiar rápidamente de accesorio sin necesidad de utilizar herramientas.

FME02:


BANCO HIDRAULICO FME00



Este módulo consta de distintos elementos que se emplean en combinación con el Banco Hidráulico (FME00): Una boquilla especial que se acopla a la boquilla de salida del Banco Hidráulico (FME00).Dos pantallas tranquilizadoras que, junto con el elemento anterior, proporcionan una corriente lenta en el canal. Un medidor de nivel consistente en un “nonius”, que se ajusta en un mástil, donde las alturas quedan señaladas en un calibre acoplado a éste. Un pequeño garfio o una punta se acopla a la base inferior del mástil para realizar las medidas. Dos vertederos de escotadura rectangular y en forma de “V”, que se montan en un soporte y se fijan a la parte final del canal del Banco Hidráulico (FME00).

FME02

CRONOMETRO:

Usado para determinar el tiempo en cada ensayo, volumen pequeño, medio y grande.

CONCEPTO TEORICO:




El caudal a través de un orificio rectangular viene dado por la expresión:

Q=23μm. b√2g .h

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Dónde:

μm : es el coeficiente de gasto o coeficiente de descarga.

b : es el ancho de la escotadura o anchura del vertedero.

h : es la altura de carga o altura de la lámina de agua sobre la cresta o umbral del

vertedero.

PROCEDIMIENTO:

Montar el equipo (pantalla, embocadura y placa de vertedero) como se indica en la figura.

Emplazar el soporte portador del nonius en la mitad, aproximadamente, de la distancia que separa el vertedero de la pantalla.

Suministrar agua por el canal hasta que esta descargue por el vertedero. Cerrar la válvula de control de suministro y parar la bomba. Dejar que le nivel del agua en el canal se estabilice. Tras establecer con precisión un mínimo de contacto entre la punta de la

lanceta, o del punto de tangencia del grafito, y la superficie libre del agua, proceder a ajustar e inmovilizar el “nonius” del calibre a cero.

Suministrar agua al canal ajustando la válvula de control del caudal para ir obteniendo, sucesivamente, incrementos escalonados de la altura de la carga h.

En cada variación escalonada del caudal, y una vez que se hallan estabilizados las condiciones de régimen, medir y anotar el valor de la altura h, así como del caudal utilizando las escalas del tanque volumétrico y el cronometro.

TABLA DE RESULTADOS OBTENIDOS EN LABORATORIO Y OFICINA:

VOLUMEN m^3

TIEMPO s

CAUDAL m^3⁄S

ALTURA m Q^(2⁄3) log Q log h h/b μm

0.005 20.640.000274814 0.0315 0.00422694 -3.56096093 -1.50168945 1.01612903 0.5369740530.005 19.48

0.005 15.360.005 8.13

0.000547828 0.0516 0.00669519 -3.261356 -1.2873503 1.66451613 0.5105632080.005 10.360.005 9.160.005 9.19

0.000537853 0.051 0.00661366 -3.26933672 -1.29242982 1.64516129 0.5101384780.005 9.80.005 8.94

CONCLUSION:




Los resultados obtenidos en laboratorio han servido para verificar que el coeficiente de gasto o descarga es el mismo para diferentes caudales o que varían a partir de la segunda cifra decimal (mirar cuadro de resultados).

EXPERIMENTO 02:

VERTEDRO EN “V” EN PARED DELGADA

OBJETIVO:

Estudiar las características del flujo a través de un vertedero con escotadura en forma de V, practicado en pared delgada y con el umbral afilado.

EQUIPO NECESARIO:

Banco hidráulico FME00, equipo de flujo sobre vertederos, FME02 (placa con escotadura en forma de V) y cronometro.

CONCEPTOS TEORICOS:

Para el vertedero objeto de estudio, la expresión que nos permite obtener la cantidad de líquido que fluye por el es.

Q= 815μm.√2.g . tg

θ2.h

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Dónde:

μm : es el coeficiente de gasto o de descarga.

θ2

: es el semiángulo del vértice de la escotadura.

h : es la altura de carga.




PROCEDIMIENTO:

Montar el equipo (pantalla, embocadura y placa de vertedero) como se indica en la figura.

Emplazar el soporte portador del nonius en la mitad, aproximadamente, de la distancia que separa el vertedero de la pantalla.

Suministrar agua por el canal hasta que esta descargue por el vertedero. Cerrar la válvula de control de suministro y parar la bomba. Dejar que le nivel del agua en el canal se estabilice. Tras establecer con precisión un mínimo de contacto entre la punta de la

lanceta, o del punto de tangencia del grafito, y la superficie libre del agua, proceder a ajustar e inmovilizar el “nonius” del calibre a cero.

Suministrar agua al canal ajustando la válvula de control del caudal para ir obteniendo, sucesivamente, incrementos escalonados de la altura de la carga h.

En cada variación escalonada del caudal, y una vez que se hallan estabilizados las condiciones de régimen, medir y anotar el valor de la altura h, así como del caudal utilizando las escalas del tanque volumétrico y el cronometro.

CUADRO DE RESULTADOS OBTENIDOS DE LABORATORIO Y DE OFICINA:

VOLUMEN m^3

TIEMPO s

CAUDAL m^3/s

ALTURA m Q^(2/5) h^(5/2) μm

0.005 1.390.00365436 0.017 0.10595574 3.7681E-05 0.00901330.005 1.7

0.005 1.130.005 27.41

0.00017696 0.027 0.03156094 0.00011979 0.001465280.005 32.080.005 25.960.005 18.26

0.00023193 0.0285 0.03516752 0.00013712 0.001723490.005 23.320.005 24.09

CONCLUSION:

de los resultados obtenidos en laboratorio y cálculos realizados verificamos que el coeficiente de gasto o descarga tiene los resultados que están en un rango de variación mínima de uno con respecto a otro, teniendo en cuenta que se ha realizado con tres caudales diferentes.

Podemos concluir que si conocemos el coeficiente de desgaste, la altura y el ángulo podemos determinar el caudal.


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