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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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