LABORATORIO "DESCARGA POR VERTEDEROS"

DESCARGA POR VERTEDEROS

1. OBJETIVO

• Determinar el coeficiente de descarga de un vertedero de tipo triangular.

2. FUNDAMENTO TEORICO

2.1 Vertederos triangulares

Para medir pequeños gastos, el vertedero triangular es más preciso que el rectangular, puesto que, para un mismo caudal, los valores de h son mayores.

Considérese la figura siguiente, en donde se esquematiza el flujo a través de un vertedero triangular, simétrico y de pared delgada, con un ángulo 2 en el vértice de la escotada.

[pic 1]

FIGURA 1. GRÁFICO DE UN VERTEDERO TRIANGULAR

En la FIGURA 1, se muestra un vertedero triangular cualquiera, ésta figura es parecida al vertedero usado para la realización de la segunda práctica del laboratorio de Física II, el mismo está mostrado en la Figura 2.

Despreciando la velocidad de aproximación, Vo, la velocidad teórica del flujo sobre la cresta, es:

[pic 2]

La descarga elemental, a través del diferencial de área, es:

[pic 3]

De la Figura 1, dA = 2xdy

Además,           tan (2 / 2) =  x/(h-y)

[pic 4]

Luego,  dA 0 2 (h – y ) tan (2 / 2) dy

Sustituyendo este último resultado, se tiene:

[pic 5]

El caudal total, teórico, será:

 [pic 6]                 (6)    

El caudal real se obtiene multiplicando el caudal teórico por el correspondiente coeficiente de descarga, Cd, así:

[pic 7]

El caudal real será;

[pic 8]              (8)

[pic 9]

        3. PROCEDIMIENTO

El vertedero se encontraba sobre un mesón que pertenecía al ambiente donde se realizan las prácticas de laboratorio de Física II, al mismo tiempo se lo situó al lado, cerca de un grifo que tenía conectada una manguera, la misma manguera estaba situada dentro el recipiente con agua  en el cual se encontraba el vertedero.

Para la toma de datos de esta práctica, se abría el grifo de agua de tal modo que el agua cayera por el vertedero con una velocidad constante, la elevación que alcanzó el agua inicialmente fue de un centímetro (cm); una vez alcanzada esta altura se ubicaba un vaso de precipitado al centro del chorro de agua que caía del vertedero, con el objetivo de llenarlo hasta un tope máximo de agua (volumen), al momento de ubicar el vaso de precipitado al centro del chorro de agua, se activaba un cronómetro para obtener el tiempo en el que el chorro de agua llene el vaso de precipitado hasta el tope máximo; el tope máximo era el volumen que llegaba a obtener el chorro de agua, éste lo determinaba el docente antes de ubicar el vaso de precipitado al centro del chorro de agua.

Como fue indicado anteriormente, la primera altura tomada fue de un centímetro (cm), se ubicó el vaso de precipitado al centro del chorro de agua, y éste lo lleno hasta que diera un volumen de 100 centímetros cúbicos (cm3), en un tiempo de 20.40 segundos, el volumen de agua fue medido con ayuda de una probeta situada al otro extremo del mesón.

Se realizaron 6 pruebas, con 6 alturas diferentes, éstas fueron variando de un centímetro (cm), hasta llegar a los 3.5 centímetros (cm), se realizaron todas las operaciones mencionadas anteriormente con cada una de las alturas, conforme transcurrían las pruebas, los volúmenes determinados por el docente también aumentaban, pero éstos no aumentaban de forma continua, los valores cambiaban debido a que no se podía llegar hasta ese volumen al tanteo tan fácilmente.

[pic 10]

        GRIFO                     RECIPIENTE[pic 11][pic 12]

        MANGUERA        [pic 13]

[pic 14]

        VERTEDERO

FIGURA 2. PRIMER GRÁFICO DE LOS MATERIALES UTILIZADOS DURANTE LA PRÁCTICA DE DESCARGA POR VERTEDEROS

En la FIGURA 2, se muestra el primer gráfico de los materiales utilizados al momento de la realización de la Práctica de Descarga por Vertederos del Laboratorio de Física II, la imagen mostrada fue tomada al finalizar las 6 pruebas mencionadas en el punto (3), los materiales utilizados pero no ilustrados en esta figura, están ilustrados en la FIGURA 3.

[pic 15]

        PROBETA[pic 16]

                                                                             VASOS DE

                                                                         PRECIPITADO

[pic 17][pic 18]

FIGURA 3. SEGUNDO GRÁFICO DE LOS MATERIALES UTILIZADOS DURANTE LA PRÁCTICA DE DESCARGA POR VERTEDEROS

En la FIGURA 3, se muestra el segundo gráfico de los materiales utilizados al momento de la realización de la Práctica de Descarga por Vertederos, en la imagen mostrada se ilustra los materiales restantes que fueron utilizados al momento de la realización de esta práctica, pero que no fueron ilustrados en la FIGURA 2.

4. DATOS

[pic 19]

FIGURA 4. GRÁFICO DEL VERTEDERO UTILIZADO DURANTE LA REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

En la FIGURA 4, se muestra el gráfico del vertedero utilizado para la realización de la práctica, éste grafico contiene las dimensiones reales del vertedero utilizado más sus ángulos o el ángulo que tenía el mismo.

[pic 20]

TABLA 1. DATOS EXPERIMENTALES PARA LOS CÁLCULOS DEL COEFICIENTE DE DESCARGA DEL VERTEDERO TRIANGULAR UTILIZADO.

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