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Laboratorio de Hidrulica (CIV-334)
Práctica No. 1
CALIBRACIÓN DEL VERTEDERO TRIANGULAR
1.1 ANTECEDENTES
1.1.1. Introducción.
Se estudian los vertederos de pared delgada de forma rectangular y triangular con contracción lateral.
Se determinan las relaciones funcionales entre el caudal Q de salida del vertedero y la altura h, medida a partir de la cresta del vertedero a la superficie libre del agua, que se mide con un captador de nivel.
Fig.1 Fig. 2 Fig. 3
1.1.2. Aplicación de los vertederos
Un vertedero de aforo es necesario en obras hidráulicas, ya que el caudal de un canal abierto puede medirse con un vertedero, el cual es una obstrucción del canal que obliga al líquido a estancarse detrás y a verter por encima de él.
Midiendo la altura de la superficie del agua aguas arriba se puede determinar el caudal del canal. Los vertederos se construyen de chapa de acero o de otro material, de tal manera que si el chorro o lámina sólo toca en una arista de la cresta se la llama vertedero de pared delgada, y en cambio si toca en una cierta porción de la cresta e denomina vertedero de pared gruesa.
Los vertederos pueden ser definidos como simples aberturas, sobre los cuales un líquido fluye. Los vertederos pueden clasificarse de diferentes maneras según su
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forma, el espesor de la pared, el tipo de descarga y el número de contracciones laterales.
Diferentes tipos de vertederos según su forma geométrica.
Los vertederos pueden ser de pared gruesa o delgada; el más común para mediciones en corrientes superficiales es el de pared delgada. Puede trabajar con descarga libre o parcialmente sumergida, pero es preferible la condición de descarga libre.
Vertederos triangulares (Usaremos en el laboratorio)
Son utilizados para caudales menores de 30 l/s y cargas hidráulicas comprendidas entre 6 y 60 cm. Su sensibilidad es mejor que la de los vertederos rectangulares para caudales comprendidos entre 40 y 300 l/s.
Vertedero triangular
En la práctica son empleados los que tienen forma de triángulo isósceles, siendo más usuales los que tienen una abertura de 90º.
1.1.3. Estudios realizados en vertederos
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J. N. Brodley estudia y obtiene coeficientes de descarga de los vertederos de desborde para alturas diferentes que la de diseño.
También realizó comparaciones Buehler que junto con Brodley han mostrado que dan descargas con gran seguridad para todas pero muy bajas alturas. Para alturas bajas de 5 pies o cerca, la descarga calculada puede ser tan baja como 8% debajo del valor actual. Para métodos prácticos, sin embargo, ambos métodos son suficientemente seguros.
1.1.4. Objetivos
1.1.4.1. Objetivo general
El objetivo principal de la práctica es encontrar una ecuación de un vertedero triangular de 90° para calibrar el vertedero, para ello se requiere determinar las constantes C y m, con las cuales posteriormente mediante una simple medición en la reglilla del vertedero se pueda calcular más fácilmente variables importantes como el caudal, velocidad y volumen de agua, necesarias para todos los cálculos que se vayan a realizar
Las variables que intervienen en esta práctica son:
h = Altura del tanque (contando desde 0 en la reglilla) [cm]
t = Tiempo para una lectura [seg]
H = Altura del vertedero (se mantiene constante durante cada lectura) [cm]
A = Área del vertedero [cm2]
V = Volumen de agua en el vertedero [cm3]
Q = Caudal [cm3/seg]
1.1.4.2. Objetivo especifico
Describir y utilizar formulas ingenieriles para la determinación de caudales en vertederos hidráulicos de cualquier tipo de sección.
1.2. TEORÍA
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Para caudales pequeños es conveniente utilizar para aforos el vertedero en forma de V (triangular). Se desprecia la contracción de la lámina para el cálculo teórico del caudal.
1.2.1. Ecuaciones
La ecuación que rige esta práctica para determinar las constantes del vertedero es:
Tomando logaritmos en cada miembro tenemos:
Cambiando de variables para la regresión lineal tenemos:
La regresión lineal se realizará por el método de mínimos cuadrados.Donde:
1.3. ANÁLISIS EXPERIMENTAL
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1.3.1. Instrumentos utilizados en la práctica
Cronómetro
Banco hidráulico
Un vertedor Triangular.
Probeta
1.3.2. Procedimiento de la práctica
Armado del equipo.
Medición del volumen, tiempo y altura del vertedor triangular con ayuda de
una probeta, cronometro.
Medición de volumen, tiempo con ayuda de un medidor de agua.
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1.3. RESULTADOS
1.3.1. Datos procesados
MANUAL MEDIDOR DE AGUANo H(mm) Vol(Lt) t(s) Q(L/S) Vol(Lt) t(s) Q(L/S)
1 23,12 0,439 12,06 0,03640133 1 25,4 0,039370082 26,15 0,37 7,92 0,04671717 1 13,8 0,072463773 29,77 0,375 5,62 0,06672598 1 12,3 0,081300814 30,76 0,38 4,77 0,07966457 2 20,7 0,096618365 31,61 0,387 5,04 0,07678571 3 31,2 0,096153856 31,88 0,337 4,18 0,08062201 4 40,2 0,099502497 32,38 0,343 4,23 0,08108747 5 49,05 0,10193688 44,39 0,41 2,25 0,18222222 5 22,5 0,22222222
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Nºh
(cm)V (l) t (s)
Q=V/t (l/s)
log h log Q
123,12
0,439 12,06
0,0364013
1,36399-
1,4388828
226,15 0,37 7,92
0,0467172
1,41747-
1,3305235
329,77
0,375 5,62 0,066726
1,47378 -1,175705
430,76 0,38 4,77
0,0796646
1,48799-
1,0987348
531,61
0,387 5,04
0,0767857
1,49982-
1,1147196
631,88
0,337 4,18 0,080622
1,50352-
1,0935464
732,38
0,343 4,23
0,0810875
1,51028-
1,0910462
844,39 0,41 2,25
0,1822222
1,64729-
0,7393987
C = -4,85m = 2,50r = 0,99662
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1.3.2. Grafica
CONCLUSIONES
La práctica realizada es muy usual en situaciones reales ya que con un vertedero se puede realizar un buen control de obras hidráulicas como canales con una inversión mucho menor que adquiriendo instrumentos especiales.
En cuanto a los errores que pudo arrastrar la práctica, se puede mencionar que tanto en la medición manual del volumen, tiempo pudimos cometer errores pero con varias mediciones podemos compensar estos errores y ver el resultado sin mucha variación.
BIBLIOGRAFÍA
Hidráulica General ´´Sotelo´´ .capítulo 7 Asociación Nacional de Empresas de Servicio de Agua Potable y Alcantarillado
Modulo 1
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