Determinar el coeficiente de descarga a partir de los datos obtenidos en los vertederos.

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENEIRIA MECANICA

MECANICA DE LOS FLUIDOS

PRACTICA DE LABORATORIO:

“VERTEDEROS DE PARED DELGADA”

Objetivos:

• Observar el comportamiento del flujo a través de cada vertedero.
• Determinar el coeficiente de descarga  a partir de los datos obtenidos en los vertederos.

VERTEDEROS

Se llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efectúa una descarga a superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas según las finalidades a las que se destine. Si la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse como dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pequeñas dimensiones.

La utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente a laboratorios, canales pequeños y corrientes que no lleven escombros u sedimentos. Los tipos más comunes son el vertedero rectangular y el triangular.

CANAL DE PENDIENTE VARIABLE

El canal de pendiente variable es un equipo que permite la visualización y práctica de los diferentes vertederos, ya sean de pared delgada o gruesa, con la intensión de observar las variaciones de caudal que experimente el fluido. Las componentes del equipo son: [pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

1. Tanque recolector
2. Tanque volumétrico: es utilizado para medir el caudal del fluído
3. Tanque de entrada
4. Canal
5. Bomba
6. Tuberías de desagüe
7. Limnímetro: utilizado para medir la profundidad del fluido en el canal.
8. Ubicación de los vertederos y sus respectivas tuercas mariposas.

Vertederos rectangulares sin contracción

Donde: [pic 6]

P= altura del vertedero (9.5 cm)

H= carga del vertedero

P+H= profundidad del líquido aguas arriba del vertedero

L= ancho del vertedero (13.2 cm)

La descarga real será dada por la fórmula de caudal como sigue:

[pic 7]

Donde:

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

De tal modo que el valor del coeficiente de descarga está determinado por la ecuación:

[pic 12]

Donde [pic 13]

Vertederos rectangulares con contracción

[pic 14]

Donde:        

P= altura del vertedero (9.5 cm)

H= carga del vertedero

P+H= profundidad del líquido aguas arriba del vertedero

L= ancho del vertedero (5 cm)

B= ancho del vertedero (17 cm)

Las ecuaciones del vertedero rectangular con contracción son las mismas que para uno sin contracción.

Vertederos triangulares

[pic 15]

Donde:

b= ancho del agujero del vertedero.

H= carga del vertedero

α=ángulo de entalladura del vertedero (45°)

P=altura del vertedero (9.5 cm)

La ecuacion del vertedero triangular es:

[pic 16]

Donde:

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

De tal modo que el valor del coeficiente de descarga está determinado por la ecuación:

[pic 20]

Donde [pic 21]

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA DEL LABORATORIO

EQUIPO

1. Canal hidráulico de laboratorio.
2. Vertedero rectangular sin contracción.
3. Vertedero rectangular sin contracción.
4. Vertedero triangular.
5. Cronómetro.
6. Medidor de profundidad (limnímetro)

PROCEDIMIENTO

1. Colocar el vertedero rectangular sin contracción, apretándolo por medio de las tuercas tipo mariposas.
2. Abrir la válvula de escape del tanque volumétrico.
3. Encender la bomba y poner el sistema en funcionamiento hasta que se estabilice el flujo, aproximadamente 5 minutos.
4. Poner a cero el cronómetro.
5. Cerrar la válvula de escape del tanque volumétrico y presionar el botón start del cronómetro cuando el nivel de agua llegue a la marca inicial del visor del tanque volumétrico.
6. Tomar el tiempo en que se toma llegar desde la marca inicial hasta la segunda marca del visor del tanque volumétrico. Las medidas del volumen entre dichas marcas ya se encuentran dados: para 30 lt y 35 lt. Efectuar la medición del tiempo para ambas medidas.
7. Aliviar la válvula del tanque volumétrico.
8. Mediante la utilización del limnímetro  se tomará la medida de la profundidad del flujo de agua (P+H) y con las medidas dadas de altura del vertedero calcular H.
9. Con las medidas dadas de las dimensiones del vertedero, calcular el caudal teórico, y mediante los valores de tiempo y volumen dados calcular el caudal real.
10. Calcular el coeficiente de descarga correspondiente al flujo en vertedero y llenar la siguiente tabla, para varias pruebas.

Después de efectuar las pruebas en el vertedero rectangular sin contracción, seguir los mismos pasos para el caso del vertedero rectangular con contracción y del vertedero triangular.

PRECAUCIONES:

1. Asegurarse que los seguros que posee el tanque recolector estén bien colocados para evitar que la presión que ejerce el agua sobre él pueda dañarlo o abrirlo.
2. Evitar cambiar la pendiente del canal si en la práctica no se le especifica.

ASIGNACIONES

1. Defina concepto de vertedero.
2. Mencionar los diferentes tipos de vertedores de pared delgada.
3. ¿Qué aplicaciones se pueden nombrar para los vertederos?
4. ¿Qué ocurre con el valor de  H al cambiar los vertederos y mantener el mismo caudal? Explique y ejemplifique.

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