Calibración De Un Vertedor

EXPERIMENTO: Calibración de un vertedor de pared delgada de sección rectangular sin contracción lateral

DEFINICIÓN DE EXPERIMENTO: Un experimento es un procedimiento mediante el cual se trata de comprobar (confirmar o verificar) una o varias hipótesis relacionadas con un determinado fenómeno, mediante la manipulación y el estudio de las correlaciones de la(s) variables que presumiblemente son su causa.

La experimentación constituye uno de los elementos claves de la investigación científica y es fundamental para ofrecer explicaciones causales.

HIPOTESIS

Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un líquido con superficie libre, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor límite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometría; por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos.

OBJETIVOS

• Realizar la curva de calibración de un vertedero de pared delgada de forma rectangular • Estimar el coeficiente de descarga y compararlos con los reportados por otros investigadores.

• Reconocer los vertederos de cresta delgada como herramientas de medición de caudales para flujos sobre canales abiertos.

MARCO TEÓRICO

VERTEDORES DE PARED DELGADA

También conocidos como vertederos de cresta delgada o pared aguda. Estos vertederos son construidos de una hoja de metal u otro material que pueda ser biselado y que permita que el chorro o manto salga libremente de la cresta del vertedero.

Los vertederos de cresta delgada sirven para medir caudales con muy buena precisión, siempre que estén bien instalados. Debe haber una poza de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente y no se produzca una depresión, lo que causaría problemas en el modelo hidráulico. El medidor de la altura de carga (H) debe de ser instalado detrás de la escotadura, a una distancia mayor o igual a 4H para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a medida que se acerca a la misma. El cero del medidor fija el nivel en el punto más bajo de la escotadura.

Existen diferentes tipos de vertederos según la forma geométrica que se obligue a adoptar a la sección de la vena líquida que circula por la escotadura, siendo los más comunes:

VERTEDOR RECTANGULAR

El vertedero rectangular es uno de los más sencillos para construir y por este motivo, es justamente uno de los más usados. La precisión de la lectura que ofrece está determinada por su nivel de error, que fluctúa entre 3 y 5%. Sin embargo, se necesita tener una carga bastante alta antes de poder utilizar la ecuación, la cual es válida únicamente cuando la superficie inferior de la lámina vertiente se ventila correctamente. Para calcular el caudal o gasto, se pueden utilizar diferentes ecuaciones empíricas; la más utilizada, es la ecuación de Francis . La ecuación de la fórmula teórica de un vertedor rectangular sin contracciones de pared delgada:

Q_T= 2/3 L √2g [(H+V^2/2g)^(3/2)-(V^2/2g)^(3/2) ]

Dónde:

Q_T= Gasto teórico

L= Longitud de la cresta vertedora

V= Velocidad de aproximación

H= Carga sobre el vertedor

De la ecuación anterior, despreciando la velocidad debido a que es muy pequeña la ecuación resulta:

Q_T= 2/3 L √2g H^(3/2)

Para calcular el gasto real se utiliza:

Q_R= Q_T*(C_exp)

DIAGRAMAS DE VELOCIDADES Y SECCIONES DEL VERTEDOR

En los siguientes dibujos se muestran la vista lateral y frontal del vertedor

De la fórmula de Francis

Q=m (L-nH/10)[(H+ V^2/2g)^(3/2) 〖-(V^2/2g)〗^(3/2) ]

Dónde:

Q= Gasto real

L= Longitud de la cresta vertedora

V= Velocidad de aproximación

n= Número de contracciones en el vertedor

n= 0 (no hay contracciones)

n= 1 (1 contracción)

n= 1 (1 contracción)

n= 2 (2 contracciones)

Esta ecuación es válida para un vertedor cuya longitud de la cresta vertedora es de 1.067m a 5.182m bajo cargas de 0.183m a 0.488m

Determinando el coeficiente experimental que utilizo Francis con un m= 1.84, despreciando la velocidad de aproximación

Q=1.84 (L-0H/10)[(H+ 0)^(3/2) 〖-(0)〗^(3/2) ]

Q_R=1.84 (L)[(H)^(3/2) ]

Q_R=(C_exp )*[(H)^(3/2) ]

Pero Q_T= 2/3 L √2g H^(3/2) ∴ (1.84 (L)[(H)^(3/2)

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