Vertederos

VERTEDEROS

1. OBJETIVO

Determinar la ecuación experimental de la descarga de un liquido a través de un vertedero.

Determinar el coeficiente de descarga para un vertedero triangular.

2.- FUNDAMENTO TEORICO

Para medidas en el flujo de fluidos se emplean en la práctica de ingeniería numerosos dispositivos. Las medidas de velocidad se realizan con tubos de Pitot, medidores de corriente y anemómetros rotativos de hilo caliente. En estudios de modelos se utilizan con frecuencia métodos fotográficos. Las medidas se llevan a cabo mediante orificios, tubos, toberas, o boquillas, venturímetros y canales Venturi, medidores de codo, vertederos de aforo, numerosas modificaciones de los precedentes y varios medidores patentados. A fin de aplicar correctamente estos aparatos, es imperativo emplear la ecuación de Bernoulli y conocer las características y coeficientes de cada aparato. En ausencia de valores seguros de estos coeficientes, un aparato debe calibrarse para las condiciones de operación en que va a emplearse.

Las fórmulas desarrolladas para fluidos incompresibles pueden aplicarse a fluidos compresibles en donde la presión diferencial es pequeña en comparación con la presión total. En muchos casos prácticos se dan tales presiones diferenciales pequeñas. Sin embargo, cuando se debe considerar la compresibidad, se desarrollaran y se emplearán fórmulas especiales.

Los vertederos se pueden definir como simples aberturas atraves de las cuales fluye un líquido cuya superficie libre generalmente está en contacto con la atmósfera. Se puede decir que son canales sin la tapa superior y que son utilizados para medir caudales y controlar el flujo que sale de un depósito o estanque.

Los vertederos de aforo miden el caudal de líquidos en canales abiertos, corrientemente agua. Un cierto número de fórmulas empíricas se emplean en la literatura técnica, todas ellas con sus limitaciones. A continuación se citan solamente algunas de ellas. La mayoría de los vertederos son rectangulares: el vertedero sin contracción lateral de la lámina y generalmente empleado para grandes caudales, y el vertedero con contracción lateral de la lámina para caudales pequeños. Otros vertederos según su forma se pueden clasificar en triangulares, trapezoidales, semicirculares, parabólicos y de flujo proporcional. Para obtener resultados precisos un vertedero debe calibrarse en el lugar de su utilización bajo las condiciones en que va a ser empleado.

En esta práctica nos abocaremos únicamente al estudio del vertedero triangular.

B : Ancho de escurrimiento

H : Altura de carga

Ángulos de escotadura

Aplicando las leyes de la hidrodinámica se puede llegar a deducir una ecuación del caudal en función a la altura de carga ( ecuación de escurrimiento).

Consideremos una porción elemental del fluido, es decir un diferencial de área de ancho “b”, ubicado a una altura “h” del vértice y a una distancia genérica “y” por debajo de la superficie del líquido. Si tomamos en cuenta que “v” es igual a la velocidad de escurrimiento, obtenemos :

dA = b * dy

dQ = v * dA

dQ = v * (b * dy)

Aplicando el teorema de Bernoulli y dado que esta ecuación se refiere a dos puntos cualesquiera a lo largo del tubo de flujo, efectuamos un análisis en el punto “1" ubicado en la superficie libre del líquido y el punto “2" ubicado en la porción elemental del fluido y además adoptando el nivel de referencia mostrado en la figura se tiene:

P1 = P2 = Po Po ( Presión atmosférica )

v1 = 0

h1 = y

h2 = 0

v2 = v

3. MATERIALES

Vertedero triangular

Balanza

Cronómetros

Regla

Vernier

Vaso de precipitados o probeta

Recipiente colector de agua

Compuerta

4. PROCEDIMIENTO

Colocar el vertedero en posición horizontal con la compuerta cerrada.

Escoger a partir del vértice del vertedero, cuatro alturas de carga .

Llenar con agua el vertedero hasta un nivel ligeramente superior a la altura de carga en estudio.

Una persona abre la compuerta del vertedero dejando fluir el líquido hasta que el nivel superior coincida con la altura de carga seleccionada; mientras desciende el nivel del agua, una segunda persona lentamente y sin causar turbulencias repone el líquido evacuado con el fin de mantener constante el nivel del líquido, es decir hacer coincidir con la marca en estudio.

Una tercera persona se encarga de recolectar un volumen de agua que escurre del vertedero que fluye en un intervalo de tiempo.

Para determinar el volumen con mayor aproximación, utilizar la balanza y utilizar relaciones estequiometricas.

Repita los pasos para distintas alturas de carga.

Determine las medidas necesarias para el cálculo del ángulo de escotadura.

Llenar la hoja de datos

5.- FUNDAMENTO PRACTICO

Breve descripción del experimento

Primero armamos el modelo formado en la guía, tomamos las medidas respetivas del vertedero ,primero tomamos y marcamos alturas, llenamos el vertedero con agua e iniciamos la descarga para cada altura midiendo el tiempo con cronometro y a la vez llenando el vertedero con agua para mantener la altura pero el agua evacuada debia llenar el recipiente nosotros no llenamos el recipiente debido a que el tiempo no nos alcanzaria tomamos las cuatro medidas y los datos correspondientes .

CÁLCULOS

n 1 2 3 4

H (cm) 1.5 2 2.5 3

W(gf) 266.7 439.15 644.25 907.51

t(s) 6.99 8.28 8.09 7.99

Altura del vertedero: 5.4 cm

Ancho de la parte superior del vertedero: 4.7 cm

Peso del vaso de

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