hidraulica laboratorio - vertedores

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U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L. 3.- INTRODUCCON Los vertederos son diques o paredes que se oponen al flujo y que poseen una escotadura con una forma geométrica regular por la cual pasa el flujo. En general hay dos tipos de vertederos, los de pared delgada y gruesa. Los vertederos de pared delgada se usan básicamente para determinar el caudal en cualquier momento en una corriente pequeña. Los vertederos de pared gruesa se usan principalmente para control de excedencias, y su evacuación puede ser libre o controlada. Los vertederos que nos interesan son los de pared delgada y dentro de estos los más utilizados son: rectangular, triangular y trapezoidal. Para el modelamiento de los vertederos se tienen en consideración los siguientes aspectos -Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie del fluido paralela al fondo del canal. -Se cumple la ley de presiones hidrostática. -Los efectos de la viscosidad y la tensión superficial se consideran despreciables. -El correcto funcionamiento de un vertedero de pared delgada debe garantizar que la lámina de agua vertida esté siempre a presión atmosférica. La finalidades de los vertederos pueden ser. -Como dispositivo de aforo o elementos de calibración de aforadores en laboratorios hidráulicos -En medición de caudales en condiciones libres, así como en obras de control o de excedencias. 4.- OBJETIVOS: 4.1.- Objetivo general Determinar la curva de calibración del vertedero de pared delgada con dos contracciones laterale gasto vs. altura de carga. 4.2 Objetivos Específicos Comparar el caudal lecturado por el medidor electromagnético con cada uno de los caudales calculados por cada una de las formulas que presenta cada

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  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    3.- INTRODUCCON

    Los vertederos son diques o paredes que se oponen al flujo y que poseen una escotadura

    con una forma geomtrica regular por la cual pasa el flujo.

    En general hay dos tipos de vertederos, los de pared delgada y gruesa. Los vertederos de

    pared delgada se usan bsicamente para determinar el caudal en cualquier momento en una

    corriente pequea.

    Los vertederos de pared gruesa se usan principalmente para control de excedencias, y su

    evacuacin puede ser libre o controlada.

    Los vertederos que nos interesan son los de pared delgada y dentro de estos los ms

    utilizados son: rectangular, triangular y trapezoidal.

    Para el modelamiento de los vertederos se tienen en consideracin los siguientes aspectos

    -Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie del fluido paralela al fondo

    del canal.

    -Se cumple la ley de presiones hidrosttica.

    -Los efectos de la viscosidad y la tensin superficial se consideran despreciables.

    -El correcto funcionamiento de un vertedero de pared delgada debe garantizar que la lmina

    de agua vertida est siempre a presin atmosfrica.

    La finalidades de los vertederos pueden ser.

    -Como dispositivo de aforo o elementos de calibracin de aforadores en laboratorios

    hidrulicos

    -En medicin de caudales en condiciones libres, as como en obras de control o de

    excedencias.

    4.- OBJETIVOS:

    4.1.- Objetivo general

    Determinar la curva de calibracin del vertedero de pared delgada con dos

    contracciones laterale gasto vs. altura de carga.

    4.2 Objetivos Especficos

    Comparar el caudal lecturado por el medidor electromagntico con cada uno

    de los caudales calculados por cada una de las formulas que presenta cada

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    autor para el vertedero, como tambin el caudal calculado por el mtodo de

    rea de velocidad. Y calcular su respectivo porcentaje de error con respecto al

    caudal electromagntico.

    Determinar el caudal por midi del vertedor

    Observar el movimiento parablico del agua que forma al momento de

    abandonar el vertedero.

    5.- DEFINICIONES

    Vertedero.- son diques o paredes que se oponen al flujo y que poseen una escotadura con

    una forma geomtrica regular por la cual pasa el flujo.

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    FUNDAMENTO TEORICO

    Flujo en un Vertedero

    Un vertedero para su correcto funcionamiento debe en lo posible tener la cresta en forma de

    arista, buscando que el contacto del fluido con el vertedero sea en arista, esto reduce el

    efecto de la viscosidad y la tensin superficial. Adems permite que para cargas de fluido

    bajas sobre la cresta la lmina de agua no se adhiera tan fcilmente. Dentro de los valores

    de trabajo normales h debe estar entre 0.06 y 0.6 m.

    Tambin la medicin de h debe hacerse a una distancia adecuada del vertedero para que la

    lectura no este afectada por la depresin de la lmina de agua, L 5h, donde L es la

    posicin del laminmetro aguas arriba del vertedero. Los vertederos de pared delgada en

    general son usados para medir caudales menores de 300 l/s.

    Dentro del desarrollo terico de las ecuaciones se observa que estas tienen una forma

    potencial:

    Donde:

    Q: caudal

    h: lmina o carga de fluido sobre el vertedero

    a y b: constantes

    Las unidades depende de las unidades de trabajo(mm, cm, l/s).

    La anterior expresin se puede realizar mediante una transformacin logartmica y ajustar

    una lnea recta lo que permite encontrar los valores de las constantes a y b. La constante b

    toma un valor cercano al terico para cada tipo de vertedero y la constante a explica los

    coeficientes de las expresiones de las expresiones tericas. Para encontrar el valor de un

    caudal dada una altura de lmina de agua se puede trabajar en tres formas:

    -Utilizar la ecuacin

    -Utilizar una tabla que proviene de la ecuacin en la cual la altura de la lmina de fluido

    est discretizada y al frente tiene el correspondiente valor de caudal.

    -Utilizar una grfica de Q vs h

    bahQ

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    Vertederos de Pared Aguda.-

    Los dos tipos ms comunes son el vertedero triangular (con escotadura en V) y el vertedero

    rectangular como se muestra en la Fig.(c). Debe haber una poza de amortiguacin o un

    canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se

    acerque al vertedero lenta y suavemente.

    Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al

    ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corriente

    sobre el vertedero. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que

    la corriente fluya libremente tal como se muestra en la Fig.(d).

    A esto se denomina contraccin final, necesaria para aplicar la calibracin normalizada.

    Para determinar la profundidad de la corriente a travs del vertedero, se instala un medidor

    en la poza de amortiguacin en un lugar en el que se pueda leer fcilmente. El cero del

    medidor fija el nivel en el punto ms bajo de la escotadura.

    El medidor debe instalarse bastante detrs de la escotadura para que no se vea afectado por

    la curva de descenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma.

    CORRIENTE LIBRE

    CORRIENTE SUMERGIDA

    FIGURA(b). Corriente libre con contraccin final y corriente controlada con contraccin

    en el vertedero en un canal.

    FIGURA(c). Medicin del caudal con vertederos de pared aguda.

    (a) vertedero con escotadura en V de 90

    (b) vertedero con escotadura rectangular

    FIGURA(d). Los vertederos con pared aguda deben tener el extremo agudo aguas arriba.

    Los vertederos con escotadura en V son porttiles y sencillos de instalar de manera

    temporal o permanente. La forma en V significa que son ms sensibles a un caudal

    reducido, pero su ancho aumenta para ajustarse a caudales mayores.

    El ngulo de la escotadura es casi siempre de 90, pero se dispone de diagramas de

    calibracin para otros ngulos, 60, 30 y 15, cuando es necesario aumentar la

    sensibilidad. En el Cuadro 1 Figuran los valores del caudal a travs de pequeos vertederos

    con escotadura en V de 90.

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    Para caudales mayores el vertedero rectangular es ms adecuado porque el ancho se puede

    elegir para que pase el caudal previsto a una profundidad adecuada. En el Cuadro 2 se

    indican los caudales por metro de longitud de la cresta, por lo que se puede aplicar a los

    vertederos rectangulares de cualquier tamao.

    Otros Vertederos con Pared Delgada.-

    En algunos vertederos se combinan las caractersticas de la escotadura en V y de la

    escotadura rectangular. El vertedero Cipolletti tiene una cresta horizontal como una

    escotadura rectangular y lados en pendiente, sin embargo, para instalaciones sencillas, esto

    no aporta ninguna ventaja con respecto a la escotadura rectangular (Figura 30).

    El vertedero compuesto se utiliza a veces cuando hace falta una medicin sensible de

    caudales reducidos a travs de la escotadura en V y se necesitan tambin mediciones de

    caudales grandes a travs de la escotadura rectangular.

    El diseo y la calibracin ms complicadas implican que este tipo de vertedero se limite a

    estudios hidrolgicos complejos (Fig.d).

    Vertederos de Pared Ancha.-

    En las corrientes o ros con gradientes suaves, puede resultar difcil instalar vertederos con

    pared aguda que requieren un rebose libre de aguas abajo.

    La otra posibilidad est constituida por los vertederos que pueden funcionar parcialmente

    sumergidos. Se trata de un vertedero casi normalizado en el sentido de que se dispone de

    tablas de aforo (USDA 1979), pero el aforo est influido por la velocidad de llegada y la

    calibracin debe verificarse por medio de mediciones efectuadas con un molinete.

    Otro ejemplo, que podra igualmente denominarse aforador o vertedero, se indica y requiere

    igualmente la calibracin con un molinete.

    CUADRO(1). Caudales por encima de un vertedero de escotadura en V de 90 (de USDI

    1975).

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    CUADRO (2). Caudales por encima de un vertedero rectangular con contracciones

    finales (de USDI 1975)

    Carga(mm) Caudal (l/s) por metro de longitud de cresta

    30 9,5

    40 14,6

    50 20,4

    60 26,7

    70 33,6

    80 40,9

    90 48,9

    100 57,0

    110 65,6

    120 74,7

    130 84,0

    140 93,7

    150 103,8

    160 114,0

    170 124,5

    180 136,0

    190 146,0

    200 158,5

    210 169,5

    220 181,5

    230 193,5

    240 205,5

    250 218,5

    260 231,0

    270 244,0

    280 257,5

    290 271,0

    300 284,0

    310 298,0

    20 311,5

    330 326,0

    340 340,0

    350 354,0

    360 368,5

    370 383,5

    380 398,0

    Carga

    (mm)

    Caudal

    (lt/s)

    40 0,441

    50 0,731

    60 1,21

    70 1,79

    80 2,49

    90 3,34

    100 4,36

    110 5,54

    120 6,91

    130 8,41

    140 10,2

    150 12,0

    160 14,1

    170 16,4

    180 18,9

    190 21,7

    200 24,7

    210 27,9

    220 31,3

    230 35,1

    240 38,9

    250 43,1

    260 47,6

    270 52,3

    280 57,3

    290 62,5

    300 68,0

    350

    100,0

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    Las partes de un vertedor son las siguientes:

    -Cresta o Umbral.- Es el borde superior del vertedor, su longitud se presenta por L.

    -Carga sobre el vertedor.- Es la altura de lquido medida desde la cresta y se representa por

    H. Aguas arriba del vertedor y cerca del mismo, la superficie libre sufre un abatimiento, por

    ese motivo la carga del vertedor se mide a una distancia suficientemente grande (mayor o

    igual a 4 veces la mxima carga usada), para que no se manifieste ese abatimiento. La carga

    sobre el vertedor se mide por medio de una mira mecnica graduada y cuyo extremo, en

    contacto con el agua puede ser en forma de gancho o en forma de punta recta.

    -Ancho del Canal de acceso.- Se representa por B. Es el ancho del canal aguas arriba del

    vertedor.

    -Altura de la cresta sobre el piso.- Se denomina P. Es la distancia entre el piso y la cresta

    del vertedor.

    -Angulo del Vrtice.- Se denomina como para vertedores triangulares.

    CLASIFICACIN. -

    a) Por su planta.

    - De planta recta.

    - De planta curva.

    - De planta combinada.

    b) Por su geometra.

    - De forma rectangular.

    - De forma de triangular.

    - De forma trapecial.

    - De forma circular.

    c) Por su perfil o espesor de pared.

    - De pared delgada.

    - De pared gruesa. (Espesor mayor de 0.66 H).

    d) Por su funcionamiento.

    - Con velocidad de llegada.

    - Sin velocidad de llegada.

    e) Por su longitud de cresta con relacin al ancho del canal de acceso.

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    - Sin contracciones laterales (L=B).

    - Con contracciones laterales (L

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    -Aguas arriba del vertedor, en le canal deber ser recto en una longitud mnima de 10 veces

    el largo de la cresta del vertedor.

    -El plano del vertedor debe ser perpendicular en la direccin del flujo, y la cara aguas arriba

    perfectamente plana y lisa.

    -La cresta se deber nivelarse de manera que quede horizontal y recta. Conviene comprobar

    la horizontalidad peridicamente y su referencia al cero de la escala de medicin.

    -El espesor del bisel de la cresta en vertedores de cresta delgada, deber ser menor de 2mm.

    -En vertedores sin velocidad de llegada, se procurara instalar un vertedor en un estanque

    largo y profundo con el fin de evitar velocidades de llegada mayores de 0.15m/s.

    -La altura de la cresta sobre el fondo del canal de llegada(P) debe ser de por lo menos 2

    veces la carga sobre la cresta, pero no menor a 0.30m.

    -Tratndose de vertedores con contraccin laterales, la distancia entre los dos costados del

    canal de llegada y los costados del vertedor no ser menor de 2 veces la carga sobre la

    cresta, ni menor de 0.30m.

    -Construir los vertedores de manera que el aire circule libremente por debajo del manto.

    Para el caso de vertedores sin contraccin lateral se colocara tubos de aireacin lateral por

    debajo del manto.

    -La carga del vertedor se medir en un punto aguas arriba del vertedor, en una longitud

    aproximadamente de 5 veces la carga mxima.

    -Se inspecciona los vertedores una ves instalados, para ver que no se presenten fugas en al

    estructura.Evitar obstrucciones agua arriba de vertedor, lo que implica construccin y

    limpieza.

    Cumpliendo con los requisitos anteriores puede esperarse obtenerse gastos con errores

    comprendidos entre 2 y 3%. En otras condiciones podrn obtenerse errores que van del 5 al

    15%.

    En le caso de vertedores rectangulares, es necesario cumplir con la condicin importante de

    que el ancho B del canal de acceso es igual o mayor a 5 veces la carga mxima H, esto:

    B 5H.

    VERTEDORES RECTANGULARES.-

    Se puede considerar como un caso particular de un orificio, en que la carga sobre el borde

    superior se ha reducido a cero.

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    La expresin del gasto terico (Qt) a que llega en el caso ms general, en el que se

    considera el efecto de la velocidad de aproximacin es la siguiente:

    2/32

    2/32

    2

    1

    2

    12

    3

    2

    g

    V

    g

    VHgLQt

    Donde:

    Qt = gasto teorico del vertedor(m3/s)

    L = longitud de la cresta(m)

    H = carga del vertedor(m)

    V1 = velocidad de aproximacin en le canal(m/s2)

    g = aceleracin de la gravedad(m/s2)

    Sin velocidad de aproximacin, el gasto terico queda:

    2/323

    2HgQt

    Debido a las contracciones el caudal real (Q) es menor que el terico, tambin debido a las

    prdidas de energa que se producen en el vertedor.

    Tenemos:

    2/323

    2HgLQtQ

    El coeficiente se denomina coeficiente de gasto y se puede determinar por:

    2/323

    2HgL

    Q

    FORMULAS EMPRICAS.-

    -Formula de Fracis

    - Si la velocidad se considera cero y no hay contracciones laterales

    2

    3

    84.1 LHQ

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    - Considerando la velocidad de aproximacin y no hay contracciones laterales

    -

    2

    2

    3

    26.0184.1PH

    HLHQ

    - Con contracciones laterales

    Las contracciones laterales ocurren en los vertedores cuyo ancho es inferior al canal en que

    se encuentran instalados(L< B).

    Francis, despus de muchos experimentos concluyo que todo sucede como si en el vertedor

    con contracciones laterales el ancho de lamina vertiente(Lr) fuese reducido, en relacin a la

    longitud de cresta (L), por efecto de las contracciones.

    Las ecuaciones anteriores utilizadas sustituyendo L por Lr. donde:

    KnHLLr

    Donde:

    Lr = longitud efectiva(m)

    L = longitud fsica de la cresta(m)

    n = numero de contracciones

    k = 0.1 para una forma de entrada a escuadra

    Limites de aplicacin para esta formula:

    0.18m H 0.50m ; 2.40m L 3.00m ; 0.60m P 1.50m ; 3H L

    Formula de Rehbock

    Esta formula es utilizada cuando no hay contracciones laterales.

    2/32/3 953.223

    2CoLHCoLHgQ

    Limites de aplicacin

    0.03m H 0.50m; 0.3m L; 0.10m P

    Esta formula es muy precisa en la determinacin de gastos; es aconsejable utilizar en

    vertedores con poca velocidad de llegada, para lo cual es recomendable que H/P 1.

    Para cuando hay velocidad de llegada la formula de Rehbock es:

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    2/3236.0787.1 LHP

    HQ

    Formula de Bazin

    Corregida por Hegly, se puede utilizar con o sin contracciones laterales

    22

    2/3

    2/3

    551.010027.0

    03.0405.0

    :

    429.4

    2

    PH

    H

    B

    L

    HB

    LBCo

    quelaEn

    CoLHQ

    CoLHgQ

    Limites de aplicacin

    0.10m H 0.60m; 0.50m L 2.00m; 0.20m P 2.00m

    Es un poco manos exacta que la Redbock, para cuando hay velocidad de llegada la

    formula es:

    2

    2/3 55.010133.0

    794.1PH

    HLH

    HQ

    Formula de King

    Formula cuando no hay velocidad de llegada:

    47.178.1 LHQ

    Para cuando hay velocidad de llegada

    2

    47.1 56.0178.1PH

    HLHQ

    Formula de sociedad Suiza de Ingenieros y Arquitectos

    - Con contracciones laterales

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    24

    2

    2

    2/32/3

    5.016.11000

    3615.3

    037.0578.0

    :

    953.223

    2

    B

    H

    B

    L

    H

    B

    L

    B

    LCo

    Donde

    CoLHCoLHgQ

    Limites de aplicacin:

    0.025B/L H 0.80m ; L 0.30B ; 0.30m P

    - Sin contracciones laterales

    -

    2

    2/32/3

    5.016.11000

    615.0615.0

    :

    953.223

    2

    PH

    H

    HCo

    Donde

    CoLHCoLHgQ

    Limites de aplicacin:

    0.025m H 0.80m ; 0.30m P ; H/P 1

    Formula de Kindsvaster

    Por su gran presicion fue aceptada por la comisin de la Asociacin Internacional de

    Normas.

    Es valida para vertedores rectangulares sin y con contraccin lateral.

    klLLkhHHP

    HCe

    HLgCeQ

    ee

    cc

    ;;

    23

    2 2/3

    Donde:

    Ce = coeficiente de gasto

    y = coeficientes de correlacin adimensionales

    kl y kh = valores de correlacin (m)

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    Los valores de , , kl y kh, dependen de la relacin L/B

    L/B Kl(mm) Kh(mm)

    1.0 -1.0 1.0 0.602 +0.0750

    0.9 +3.7 1.0 0.598 +0.0640

    0.8 +4.2 1.0 0.596 +0.0450

    0.7 +4.0 1.0 0.594 +0.0300

    0.6 +3.5 1.0 0.593 +0.0180

    0.4 +2.7 1.0 0.591 +0.0058

    0.2 +2.4 1.0 0.588 +0.0018

    0.0 +2.4 1.0 0.587 +0.0023

    VERTEDORES TRIANGULARES.-

    O de escotadura en V, permiten la medicin exacta de gastos mucho menores que los que

    se pueden medir con vertedores rectangulares y trapeciales. Estos generalmente son

    construidos en placas metlicas, en la prctica los ms usuales son los de 90 de ngulo en

    vrtice.

    La expresin del gasto terico es la siguiente:

    2/5

    2tg2

    15

    8HgCoQt

    Donde:

    Qt = gasto terico del vertedor(m3/s)

    Co = coeficiente de descarga o gasto en vertedor triangular

    H = carga sobre el vertedor(m)

    = ngulo del vrtice

    El gasto real (Q) se obtiene de multiplicar el Qt por un coeficiente de gasto .

    2/5

    2tg2

    15

    8HgCoQ

    El valor del coeficiente de gasto se puede obtener de la siguiente expresin:

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    2/5

    2tg2

    15

    8HgCo

    Q

    Se ha experimentado que el error cometido al despreciar la velocidad de aproximacin y el

    efecto de las contracciones laterales no disminuye apreciablemente la preedicin.

    La mediad de las cargas H, debe ser precisa, dado que intervienen en la ecuacin, a la

    potencia 2.5 aproximadamente.

    A continuacin se muestra un tabla con un resumen de algunas formulas de vertedores

    triangulares:

    Angulo Ecuacin Autor

    = 60 Q = 0.81 H2.5

    Francis

    = 60 Q = 0.80 H2.5

    Barr

    = 60 Q = 0.821 H2.51

    King

    = 90 Q = 1.4 H2.5

    Francis

    = 90 Q = 1.35 H2.47

    Barr

    = 90 Q = 1.34 H2.48

    King

    = 120 Q = 2.35 H2.48

    Hertzleer

    = 120 Q = 2.39 H2.5

    Barr

    Barr pone como limitaciones para sus formulas:

    0.06 H 0.54m

    Formula de Lenz (para agua exclusivamente)

    2/5

    22554.1 Htg

    H

    NQ

    n

    30 40 50 60

    N 0.131 0.102 0.087 0.068

    N 0.576 0.579 0.582 0.588

    Limites de aplicacin de la formula de Lenz:

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    0.06m H 0.50m ; B 4(H+L)

    Formula de Kindsvaster

    )(2215

    8 2/5 khHHeHegCetgQ

    kh = longitud que toma en cuenta la viscosidad y la tensin superficial. Para el agua a

    temperatura entre 5 y 30C los valores de kh para diferentes se presentan a continuacin:

    (en ) 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Kh(mm) 2.9 2.2 1.7 1.4 1.2 1.0 0.9 0.85 0.85

    Ce = coeficiente de gasto. Depende de las relaciones P/B y H/P. En la tabla se muestran los

    valores para vertedores con = 90

    Si H/P > 2 y B/P > 10; el valor de Ce solo depende del ngulo . A continuacin se

    presenta una tabla para su determinacin:

    (en) 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Ce 0.592 0.587 0.583 0.578 0.577 0.576 0.577 0.578 0.581

    Los limites de aplicacin son los siguientes:

    H 0.06m y P 0.09m

    Los vertedores triangulares se recomiendan para el aforo de gastos inferiores 30l/s y cargas

    superiores a 0.06m y hasta0.6m.

    Su presicin es mayor que la del rectangular para gastos pequeos incluso para gastos

    comprendidos entre 40 y 300l/s. Para gastos mayores es recomendable el rectangular

    debido a que el triangular es mas sensible a cualquier cambio de rugosidad en la placa y

    tambin por que requiere mayor exactitud en la medicin de cargas, pues el gasto varia con

    la potencia 5/2 de la misma.

    VERTEDORES TRAPECIALES.-

    El gasto terico se puede calcular suponiendo la suma del gasto correspondiente a uno

    rectangular con longitud de cresta L y al triangular formado por las dos orillas.

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    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    Qt(trapecial)=Q1(rectangular) + Q2(triangular)

    De los vertedores trapeciales el mas utilizado es desarrollado por el italiano Cipolletti. Este

    tipo de vertedor tiene un talud en los lados de 0.25:1. Fue desarrollado con esta pendiente

    en los costados para compensar el gasto que deja pasar por efecto de las contracciones

    laterales en el vertedor rectangular.

    La ecuacin del gasto terico (Qt) ser la misma para vertedor rectangular.

    2/323

    2HgLQt

    El gasto real o efectivo vendr dado por la expresin:

    2/323

    2HgLQ

    Donde.

    = es el coeficiente del gasto del vertedor.

    De la ecuacin se puede obtener el valor del coeficiente del gasto.

    2/323

    2HgL

    Q

    La expresin de gasto propuesta por Cepolletti es la siguiente:

    2/386.1 LHQ

    En la practica se realizara la calibracin de un vertedor del tipo esta dado para comprobar

    los resultados experimentales obtenidos con los tericos.

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    8.- APARATOS INSTRUMENTOS Y EQUIPO UTILIZADO

    Flexo (para medir los diferentes tirantes de agua a una determinada profundidad)

    Una moto bomba elctrica, para bombear agua y propulsar el agua hasta el

    vertedero que conecta al canal.

    Un vertedero de pared delgada, un dispositivo hidrulico que se coloca al final de

    un canal actuando como un obstaculizador por tener dos contracciones laterales

    sirve para poder calcular el caudal.

    Agua.- Es el fluido conducido por el canal y por ultimo pasa por el vertedor

    Tanque de aforo.- Es un recipiente metlico donde se afora el caudal de

    dimensiones de L= 2m. b= 1.5m. h= 1.0m

    Piezmetros, y una mira de precisin.- Estos van acompaados en un mismo

    lugar la cual sirve para realizar las lecturas de alturas de carga de energa, la mira es

    una varilla que tiene una escala mtrica justamente para poderla lecturar, la lectura

    se lo realiza en forma mecnico.

    9.- DESCRIPCION DE LA INSTALACION

    La instalacin se produjo de la siguiente manera:

    Se fijo el vertedor seleccionado al final del canal de conduccin, en este caso el vertedor de

    pared delgada con contracciones laterales de seccin rectangular

    Se prosegio a activar el funcionamiento de la bomba.

    Se dio la regulacin mxima de la vlvula de entrada o sea con caudal mximo para la

    primera observacin En la llave de entrada para el paso del agua hacia el vertedor se le

    abri al tope o sea al mximo.

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    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    10.-PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA

    En la siguiente figura se muestra un esquema de la instalacin disponible en el laboratorio

    para realizar una calibracin de vertedores de pared delgada.

    Consta de:

    -Vlvula de regulacin de entrada.

    -Disipador de energa para disminuir la velocidad de aproximacin en el canal de acceso.

    -Vertedor de pared delgada.(Se puede seleccionar de tipo triangular, o trapecial).

    -Tanque de aforo.

    -Piezmetros, y una mira de precisin.

    Los pasos que se recomienda seguir para la realizacin del experimento son los siguientes:

    1.Colocar el vertedor seleccionado.

    2.Se miden las caractersticas geomtricas de los vertedores como son: longitud de la

    cresta, ancho de canal de aproximacin, altura de la cresta con respecto al piso, ngulo en el

    vrtice, nmero de contracciones. Se debe tomar nota de la elevacin de la cresta, de forma

    que la carga sobre el vertedor se mida con respecto a ese nivel.

    3.Poner a funcionar las bombas que abastecen al tanque de carga constante. Abrir la vlvula

    de regulacin hasta lograr que se estabilice el flujo en la instalacin. Se debe observar que

    no existan salideros de agua por las uniones del vertedor y que durante toda la calibracin

    el tanque de carga constante se encuentre vertiendo.

    4.Se mide la carga sobre el vertedor con la mira mecnica y el tiempo de llenado del

    volumen prefijado en el tanque de aforo.

    5.Variar el gasto y repetir las indicaciones del punto 4.

    11.- OBSERVACIONES

    Justamente en la unin del vertedor con el canal se originaba perdidas de agua,

    auque no en gran magnitud la cual esto provoca un distorcionamiento del ensayo.

    Al momento de aforar la dos primeros alturas de 10cm de cada observacin se

    observo que esos tiempos no son tan confiables por que el agua al tener poca

    profundidad en el tanque de aforo el agua tiene mucho mas oleaje, la cual esto hace

    que suba y baje el nivel de agua en la jeringa y no hacienda de manera uniforme

    donde se esta precisando la altura correspondiente del agua.

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    En esta prctica tuvimos la suerte de que nadie estaba realizando otros ensayos o

    utilizando el caudal que despacha la bomba a las diferentes conexiones que se tiene

    en el laboratorio. Entonces quiere decir que todo el caudal se diriga a nuestro

    ensayo de manera constante.

    15.-ANALISIS DE RESULTADOS

    Para la primera observacin trabajamos con caudal mnimo pero la cual se la realizo al final

    de la practica. En esta observacin el resultado del caudal calculado por el mtodo

    volumtrico nos arroja un resultado muy pequeo comparado con los caudales obtenidos

    por la formula de vertedores y el caudal lecturado por el medidor electromagntico, en este

    caso lo desprecio este caudal porque tiene un error del 40.8% con respecto caudal del

    medidor electromagntico.

    Para la observacin N 2 y observacin N 3 los caudales tienen un valor parecido con las

    formulas que cumplen los lmites de aplicacin para este ensayo como tambin el caudal

    electromagntico y el volumtrico. (independiente de cada una estas observaciones)

    cumplen respectivamente con el margen de error tanto (N 2 y N 3)

    Para la observacin N 4 El caudal calculado por el mtodo volumtrico no compatibiliza

    con los otros caudales calculados por medio de la formula de vertedores por lo tanto se

    despreciar porque tiene un de error del 17.77%

    CONCLUSONES Y RECOMENDACIONES.-

    -En las diferentes formulas de vertedores que presentan cada uno de los autores para el

    clculo del gasto. Se tiene formulas que no cumplen los lmites de dimensiones que exige

    cada una de las formulas, y esas frmulas son las siguientes:

    (Form. De Francis y la de Rehbock), Pero igual les hice participe para el calculo del

    caudal, pero no les eh tomado en cuenta para el calculo del caudal promedio para la

    realizacin de la grfica de la curva de calibracin del vertedero.

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    -Para la realizacin del caudal promedio de cada observacin se tomo solo los caudales que

    cumplen con el margen de error de tolerancia. Y ese margen de tolerancia de error esta

    dado por el laboratorio de la (U.A.J.M.S) y vale 5% ( Q 5% )

    -Los vertederos son dispositivos importantes para la medicin de caudales, tanto en

    laboratorio como en obras de control de excedencias.

    -La precisin de estos aforadores est en funcin del tipo de vertedor con que se cuente, ya

    que por ejemplo para medir caudales pequeos el ms exacto es el vertedor triangular.

    -Para el clculo del gasto y su respectivo coeficiente de gasto existen muchas frmulas de

    diferentes autores, para vertedores con o sin contraccin.

    -Es necesario que en la instalacin del vertedor se tomen en cuenta las normas establecidas,

    de manera que obtengan resultados confiables.

    -La buena aplicacin de las frmulas tambin es un factor determinante para que los gastos

    y coeficientes sean confiables.

    -con respecto a la grfica de la curva de calibracin gasto vs. Altura de carga obtuvimos

    una curva que se ajusto a los cuatro puntos de observacin con una correlacin de: R =

    0.99998 que esto es relativamente igual a 1 (resultado exitoso)

  • U. A. J. M. S. LAB. DE HIDRAULICA

    ING. MARCELO PACHECO UNIV. JAVIER DONAIRE L.

    19.2.-ABACO

    Tabla A1.1

    L/B Kl(mm) Kh(mm)

    1.0 -1.0 1.0 0.602 +0.0750

    0.9 +3.7 1.0 0.598 +0.0640

    0.8 +4.2 1.0 0.596 +0.0450

    0.7 +4.0 1.0 0.594 +0.0300

    0.6 +3.5 1.0 0.593 +0.0180

    0.4 +2.7 1.0 0.591 +0.0058

    0.2 +2.4 1.0 0.588 +0.0018

    0.0 +2.4 1.0 0.587 +0.0023