Medicion de Caudales Por Vertederos

VERTEDEROS (MEDICIÓN DE CAUDAL)

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENERIA CIVIL

Curso:

MECÁNICA DE FLUIDOS

Tema:

VERTEDEROS (MEDICION DE CAUDAL)

Docente:

ING. SAGASTEGUI PLASENCIA FIDEL GERMAN

Integrantes:

RUIZ JIMENEZ, JHONSON

Turno:

Viernes 4:10pm – 6:50p m

2014MECANICA DE FLUIDOS– ING. CIVIL - UPAOPágina 1


INTRODUCCIÓN

Desde tiempos ancestrales el ser humano ha tenido la necesidad de cuantificar el agua, para satisfacer sus necesidades de consumo y poder utilizar de forma eficiente sus recursos hídricos. Debido a esta necesidad se han inventado diferentes dispositivos que ayudan a medir el agua.

La Hidráulica cuenta con dispositivos que se utilizan para medir caudales en corrientes naturales y artificiales, para uso del ser humano como abastecimiento de agua y drenajes, así como de uso veterinario y en sistemas de riego en agricultura.

Dentro de los dispositivos más utilizados por su facilidad de construcción e instalación se pueden mencionar los vertederos, los cuales se diseñan y construyen para ser utilizados dentro de los ensayos de laboratorio de los cursos de Hidráulica e Hidráulica de Canales, a efecto de complementar la enseñanza experimental y práctica del estudiante acerca del correcto uso de cada uno de estos medidores de caudal, así como los límites de aplicación de éstos y la determinación de cada una de las ecuaciones de calibración que poseen, con lo cual se logrará una mejor comprensión de dichos dispositivos, al comparar los resultados obtenidos de forma experimental con los teóricos, adquiriendo un mejor criterio al decidir qué método o fórmula utilizar, dependiendo del grado de recisión que se desee obtener.

MECANICA DE FLUIDOS– ING. CIVIL - UPAOPágina 2


RESUMEN

Ante la importancia que representa para el estudiante de la Facultad de Ingeniería el conocimiento y el adquirir buen criterio al momento de seleccionar el mejor método para realizar aforos en proyectos hídricos, se presenta este trabajo de

graduación, en el cual se enfatiza el estudio del correcto

Funcionamiento de los vertederos de pared delgada de distintas secciones geométricas, así como del canal tipo Parshall como dispositivos eficientes y precisos en la medición de caudales.

Además se detalla el diseño, la construcción, la instalación y el ensayo de vertederos de pared delgada, así como del canal Parshall en el laboratorio de Hidráulica. Esto como complemento a los conocimientos adquiridos de forma teórica, logrando una mayor comprensión al visualizar sus funcionamientos bajo condiciones reales.

Para ambos dispositivos se presenta la forma de encontrar las ecuaciones de calibración propias, al igual que las fórmulas teóricas que presentan algunos autores para la obtención de caudales. Contiene además la comparación de los resultados entre ambos métodos, obteniendo un mejor criterio sobre cuál utilizar.

Al final se presenta una propuesta para ser tomada en cuenta como instructivo de laboratorio cuando se realicen los ensayos utilizando estos medidores de caudal, conteniendo los lineamientos básicos para desarrollar cada práctica, concluyendo con la determinación de los resultados finales.



ABSTRACT

Given the importance it represents for the student of the Faculty of Engineering to acquire knowledge and good judgment when selecting the best method for gauging in water projects, this paper presents graduation, in which the study emphasizes the correctLandfill operation thin wall of different geometric sections and the Parshall type channel devices as efficient and accurate flow measurement. Besides the design, construction, installation and testing of thin wall landfills and the Parshall flume in the Hydraulics Laboratory is detailed.

This in addition to the knowledge gained in theory, achieving greater understanding when viewing their performances under realistic conditions.

For both devices the way of finding the calibration equations themselves, as theoretical formulas presented by some authors to obtain flow occurs. It also contains a comparison of the results between the two methods, obtaining a better criterion on which to use. Finally a proposal to be taken into account as an instructional laboratory occurs when tests are conducted using these flow meters, containing basic guidelines for developing each practice, concluding with the determination of the final results.



1. MEDICIÓN DE CAUDALES

I. Hidrometría

La Hidrometría es una de las partes más importantes de la Hidráulica, porque se ocupa de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería, por unidad de tiempo.

Se define la Hidrometría como la parte de la Hidráulica que tiene por objeto medir el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo dentro de una sección transversal de flujo.

Las determinaciones de caudal se realizan para diversos fines: sistemas de abastecimiento de agua, obras de riego, estudios de drenajes, instalaciones hidroeléctricas, etc.

II. Medición del agua

Es la cuantificación del caudal de agua que pasa por la sección transversal de un río, canal o tubería. También se le conoce como aforo. La medición del agua resulta de la necesidad de brindar mayor control sobre su uso y distribución. Dicha medición se realiza a través de medidores de flujo, los cuales son dispositivos que utilizan diferentes principios mecánicos o físicos para permitir que un flujo de agua pueda ser cuantificado.

III. Instrumentos de medición de flujo en canales abiertos

Existen varias formas de aforo en canales abiertos, dentro de las principales se encuentran:

1) Método volumétrico

2) Vertederos

3) Canal Parshall

4) Método hidráulico



VERTEDEROS

La medición del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser exacta debido a que el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relación entre nivel y caudal. Los canales de corrientes naturales están también sometidos a cambios debidos a erosión o depósitos. Se pueden obtener cálculos más confiables cuando el caudal pasa a través de una sección donde esos problemas se han limitado.

Partes de un vertedero

Uso de vertederos para medir el caudal (Q)

Los vertederos se utilizan como instrumentos de medición de caudales más antiguos, simples y confiables para medir el flujo del agua en un canal si se dispone de suficiente caída y la cantidad de agua a medir no es muy grande. Los vertederos son instrumentos efectivos de medición porque si tienen un tamaño y forma determinados en condiciones de flujo libre y régimen permanente, existe una relación definida entre la forma de la abertura determina el nombre del vertedero.

Clasificación de Vertederos

Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:

Por su localización en relación a la estructura principal

Vertederos frontales, Vertederos laterales, Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo.(Vertedero tulipa descargando agua)



Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido:

• Vertederos libres, sin control.

• Vertederos controlados por compuertas.

Desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento:

• Vertedero de pared delgada

• Vertedero de pared gruesa

• Vertedero con perfil hidráulico

Desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento:

• Rectangulares

• Trapezoidales

• Triangulares

• Circulares



A. Vertederos Rectangulares

El vertedero rectangular es uno de los más sencillos para construir y por este motivo es uno de los más utilizados.

Es un vertedero con una sección de caudal en forma de rectángulo con paredes delgadas, de metal, madera o algún polímero resistente, con una cresta biselada o cortada en declive, a fin de obtener una arista delgada.

La precisión de la lectura que ofrece está determinada por su nivel de error que oscila entre un 3 y 5 %.

La ecuación más utilizada, según De Azevedo y Acosta en el Manual de Hidráulica, es la de Francis

Q = 1.84 (L – (0.1 n H)) H3/2

Donde: Q = Caudal que fluye por el vertedero, en m3/s L = Ancho de la cresta, en m H = Carga del vertedero, en m

n = Número de contracciones (0, 1, o 2)

a. Vertedero rectangular sin contracciones

Es un vertedero en el cual la longitud de la cresta (L) es igual al ancho del canal de acceso (B), por lo que teniendo un valor n = 0, la ecuación 1 queda de la siguiente forma:

Q = 1.84 L H3/2

Y efectuando la conversión en las unidades para obtener caudales en l/s se tiene: Q = 0.0184 L H3/2

Vertedero rectangular sin contracciones



b. Vertederos rectangulares con dos contracciones

Este es un vertedero con una longitud de cresta (L) menor que el ancho del canal de acceso (B). Teniendo un valor de n = 2, la ecuación queda de la siguiente forma para caudales en m3/s.

Q = 1.84 (L - 0.2 H) H3/2

Efectuando la conversión para caudales en l/s:

Q = 0.0184 (L – 0.2 H) H3/2

Vertedero rectangular con dos contracciones

B. Vertederos Triangulares

Los vertederos triangulares permiten obtener medidas más precisas de las alturas de carga (H) correspondientes a caudales reducidos. Por lo general son construidos de placas metálicas. En la práctica únicamente se utilizan los que tienen forma isósceles, siendo los más usuales los de 90º. Para estos vertederos se adapta la fórmula de Thomson obteniendo caudales en m3/s: Q = 1.4 H5/2 EC.5

Para obtener caudales en l/s se realiza la conversión a la fórmula descrita anteriormente: Q = 0.014 H5/2 Cuando los caudales son pequeños es conveniente aforar usando vertederos en forma de V puesto que para pequeñas variaciones de caudal la variación en la lectura de la carga hidráulica H es más representativa.



Vertederos Triangulares

C. Vertedero circular

Su utilización es menos común que los anteriores, presentando como ventajas: la facilidad en su construcción, así como no requerir el nivelamiento de su cresta debido a su forma geométrica. Para este tipo de vertederos De Azevedo y Acosta en el Manual de Hidráulica presenta la siguiente ecuación en unidades métricas, dando caudales en m3/s. Q = 1.518 D0.693 H1.807

Y al requerir caudales en l/s se tiene la siguiente fórmula: Q = 0.01518 D0.693 H1.807

Vertedero circular



Determinación del Caudal Teórico

El caudal Teórico Qtea través de un orificio en V viene dado por la siguiente expresión:

1. Materiales Banco Hidráulico

Vertederos Rectangular y en V

-Medidor de Nivel



Punta y Garfio

Punta y Garfio

Nivel

-Paletas Tranquilizantes



2. Procedimiento Se coloca las dos pantallas tranquilizadoras o rompeolas a una distancia prudente para

evitar que el flujo sea turbulento. Se coloca la placa de escotadura rectangular en el equipo asegurando cuidadosamente,

para evitar posibles fugas de agua. Se coloca el medidor de nivel aproximadamente a la mitad del Banco. se suministra agua al canal hasta que descargue por el vertedero. Se cierra la válvula para que el agua en el canal se estabilice. Se establece con precisión el mínimo contacto entre el agua y la punta del medidor de

nivel o altímetro, para luego ajustar en el altímetro del calibre a cero Se abre el suministro de agua para medir repetidamente el caudal del agua con variaciones escalonadas, con lo cual la altura aumenta y por ende el caudal también.

En cada incremento de en la válvula se toma datos de la altura. Se establece un volumen determinado y se cronometra el tiempo que tarda en llenar

dicho volumen. Se toma nota de los datos obtenidos para realizar los cálculos siguientes



3. Tabla de registro de DatosVERTEDERO RECTANGULAR

Muestra Volumen Tiempo Altura

1 0.005 14.95 0.0309

2 0.005 14.15 0.0327

3 0.005 5.84 0.0552

4 0.005 16.9 0.03195 0.005 7.16 0.05316 0.005 5.68 0.0615

VERTEDERO TRIANGULAR ø=90

Muestra Volumen Tiempo Altura

1 0.001 6.695 0.02232 0.001 10.11 0.01893 0.005 14.495 0.03154 0.005 15.82 0.03145 0.01 25.91 0.0337



6 0.01 26.7 0.033

4. Cálculos de Datos (Vertedero Rectangular)



Aplicando mínimos Cuadrados



5. Vertedero Triangular ø=90



Entonces el valor de la pendiente seria µ= 0.8131 ese sería el coeficiente de descarga del fluido



Recomendaciones. Preferiblemente realizar las gráficas con funciones exponenciales, ya que nos dará

una función más certera de la ecuación. Tener mucho cuidado al tomar el tiempo porque es ahí donde se comete la más

posibilidad de error. Tomar la mayor cantidad de muestras para tener más certeza en la toma de datos.

Conclusiones Se observo que el caudal teórico no es igual al caudal en las mediciones, y que hay

una desviación de diferencia lo cual nos indica que hay error cometido ya sea de precisión del material que interfiere en el cronometro, es la principal falla, y a la vez no es muy exacto ya que nosotros los alumnos somos lo que calculamos el tiempo. Por tal motivo es necesario hacer varias repeticiones.

El presente trabajo sirve para determinar el coeficiente de descarga (llamado en adelante u) de un vertedero triangular o rectangular.

El caudal aumenta en forma directamente proporcional a la altura hallada. En los dos primeros gráficos del vertedero rectangular se cumple con una función

lineal, pero en el último para hallar u en función de la altura nos sale una función polifónica.

En el flujo por vertederos triangulares el caudal es mucho menor en relación al rectangular.

En este tipo de vertederos depende básicamente del ángulo de abertura que tiene el vertedero.

En este caso la función que se obtiene del grafico es una lineal, los que demuestra que el u varía directamente proporcional a Q2/3.

El uso de la estadística nos ayuda a determinar correctamente los valores al realizar las gráficas. Ya que nos ayuda a corregir algunos datos tomados erróneamente dándole aproximaciones más cercanas al caudal real.

BIBLIOGRAFIA http://es.scribd.com/doc/48114928/Flujo-por-vertederos http://www.edibon.com/products/catalogues/es/units/

fluidmechanicsaerodynamics/fluidmechanicsgeneral/BHI.pdf http://es.scribd.com/doc/98490308/Medicion-de-Caudales-Por-Vertederos


http://es.scribd.com/doc/98490308/Medicion-de-Caudales-Por-Vertederos

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