76439777 derrame de liquidos por vertedero de pared delgada
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Universidad Peruana Los Andes - UPLA- Faculta de Ingeniería Carrera Profesional de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica
INFORME TECNICO N°010-2011-UPLA
I. DATOS GENERALES:
1.1 ASIGNATURA:
Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica
1.2 PARTICIPANTES:
Baquerizo Salas Brandon
Rojas Munive Luz
Vilchez Tapia Rolando
1.3 TITULO DEL ENSAYO
Derrame de líquidos por vertedero de pared delgada
1.4 GRUPO
Miércoles 1:00 – 3:15
1.5 FECHA
14 DE DICIEMBRE 2011
II. EQUIPOS Y/O MATERIALES
FME00. Banco Hidráulico
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Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica
DESCRIPCIÓN
Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teoría
hidráulica y las propiedades de la mecánica de fluidos.
Compuesto por un banco hidráulico móvil que se utiliza para
acomodar una amplia variedad de módulos, que permiten al
estudiante experimentar los problemas que plantea la mecánica
de fluidos.
Equipo autónomo (depósito y bomba incluidos).
Innovador sistema de ahorro de agua consistente en un depósito
sumidero de alta capacidad y un rebosadero que devuelve el
excedente de agua a dicho depósito.
Válvula de desagüe fácilmente accesible.
Dispone de un depósito escalonado (volumétrico) para medir
caudales altos y bajos, además de una probeta de un litro de
capacidad para caudales aún más bajos.
Tubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del
depósito superior.
Caudal regulado mediante un válvula de membrana.
Pantalla amortiguadora de flujo para reducir el grado de
turbulencia.
Canal en la parte superior especialmente diseñado para el
acoplamiento de los módulos, sin necesidad de usar
herramientas.
El montaje de los distintos módulos, sin necesidad de utilizar
herramientas, asegura su simplicidad.
Fabricado con materiales resistentes a la corrosión lo que
garantiza una larga vida útil del equipo.
Bomba centrifuga.
Interruptor de puesta en marcha de la bomba, seguridad y piloto
de encendido.
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Cada módulo se suministra completo y de fácil y rápida conexión
al banco, maximizado así el tiempo disponible para que el
estudiante realice su experimento de demostración o medida.
Utilizable con distintos Equipos del área de Mecánica de Fluidos:
POSIBILIDADES PRÁCTICAS
Medida de caudales.
ESPECIFICACIONES
Banco hidráulico móvil, construido en poliéster reforzado con fibra
de vidrio y montado sobre ruedas para moverlo con facilidad.
Bomba centrífuga 0,37 KW, 30- 80 litros/min, a 20,112,8m,
monofásica 220V./50Hz ó 110V./60Hz.
Rodete de acero inoxidable.
Capacidad del depósito sumidero: 165 litros.
Canal pequeño: 8 litros
Medida de flujo: depósito volumétrico calibrado de 07 litros para
caudales bajos y de 0-40 litros para caudales altos.
Válvula de control para regular el caudal.
Probeta cilíndrica y graduada para las mediciones de caudales
muy bajos.
Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeño escalón y
cuya finalidad es la de soportar, durante los ensayos, los
diferentes módulos.
Válvula de cierre, en la base de tanque volumétrico, para el
vaciado de éste.
Rapidez y facilidad para intercambiar los distintos módulos.
DIMENSIONES Y PESO
Dimensiones: 1130 x 730 x 1000 mm. aprox.
Peso: 70 Kg. aprox.
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SERVICIOS REQUERIDOS
Toma de agua para llenado del depósito.
Desagüe.
Cronómetro.
Suministro eléctrico: monofásico, 220V/50 Hz ó 110V./60 Hz.
FME09. Visualización de Flujo en Canales
DESCRIPCIÓN
El módulo consiste en un canal transparente de metacrilato
dotado de un rebosadero en la parte superior y una placa
regulable en el extremo de descarga. Dicha placa permite regular
el nivel de flujo.
El agua es suministrada al canal desde la boca de impulsión del
Banco Hidráulico (FME00) ó del Grupo de Alimentación
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Hidráulica Básico (FME00/B),mediante una tubería flexible,
pasando a través de un depósito de amortiguamiento que elimina
las turbulencias.
Dispone de un sistema de inyección de colorante, que consta de
un depósito, una válvula de control de flujo y unas agujas que
permiten una mejor visualización del flujo alrededor de los
diferentes modelos hidrodinámicos, los cuales se colocan en la
parte central del canal.
Nivelación del módulo mediante patas ajustables.
Se suministran varios modelos hidrodinámicos para el estudio del
flujo alrededor de éstos.
POSIBILIDADES PRÁCTICAS
Derrame de líquidos por vertederos de pared delgada.
Derrame de líquidos por vertederos de pared gruesa.
Modelos con perfil de ala sumergidos en una corriente fluida.
Aerodinámica.
Modelos circulares sumergidos en una corriente fluida.
Aerodinámica.
Demostración del fenómeno asociado con el flujo en canales
abiertos.
Visualización de las líneas de flujo alrededor de distintos modelos
hidrodinámicos sumergidos.
ESPECIFICACIONES
Capacidad del depósito de colorante: 0,3 litros.
Anchura/longitud del canal aprox.: 15/630 mm.
Profundidad del canal aprox.: 150 mm.
Depósito de amortiguamiento que elimina las turbulencias.
Modelos hidrodinámicos:
o Dos alargados.
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o Dos circulares de 25 y 50 mm. de diámetro.
o Rectángulo con aristas redondeadas.
o Cuña.
Sistema de conexión rápida incorporado.
Estructura de aluminio anodizado.
DIMENSIONES Y PESO
Dimensiones: 900 x 450 x 500 mm. aprox.
Peso: 7 Kg. aprox.
SERVICIOS REQUERIDOS
Banco Hidráulico (FME00) ó Grupo de Alimentación
Hidráulica Básico (FME00/B).
Colorante vegetal (Fluoresceína C20H12O5).
Cronómetro.
III. MARCO TEORICO
Ecuación de Francis
La ecuación de Francis, desarrollada en 1823, es la más comúnmente
utilizada para la estimación del caudal descargado en vertederos
rectangulares. Para vertederos con contracción y despreciando la velocidad
de aproximación, La Ecuación de Francis es:
[
]
Donde:
Q = caudal
b = Longitud de Cresta del Vertedero
n = Número de contracciones
H = Lamina de Agua sobre la cresta del Vertedero
www.siar.cl/docs/como_medir_agua_riego.pdf
www.siar.cl/docs/como_medir_agua_riego.pdf
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Cuando:
,
La ecuación de Francis es:
SEGÚN LA 1RA CONDICIÓN SEGÚN LA 2DA CONDICIÓN
[
]
IV. PROCEDIMIENTO
1) Se encendió la motobomba y maniobrando la válvula de alimentación se
llenó el interior del tanque hasta una cierta altura.
2) Se medió la altura del umbral con un escalímetro.
3) Se midió la altura de la lámina de agua sobre la cresta del vertedero de
pared delgada.
4) Se realizo el ensayo para determinar en cuál de ellos la ecuación
:
cumplía el requisito para poder utilizar la ecuación:
5) Una vez finalizado el registro de datos, procedimos a tratar de hallar el
caudal por medio del tanteo, mediante las ecuaciones proporcionadas
por el catedrático.
www.siar.cl/docs/como_medir_agua_riego.pdf
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V. TABLA DE REGISTRO DE DATOS
Altura de vertedero =7
Ancho de vertedero =1.5
Lamina de Agua sobre la cresta del Vertedero = 2.4
VI. DATOS PROCESASOS
PRIMER PASO: Ecuación de Francis
SEGUNDO PASO: Calculo del caudal = Q1
0.0001021
TERCER PASO: cálculo de la velocidad = V0
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CUARTO PASO: cálculo de la altura = h
QUINTO PASO: Calculo del caudal = Q2
0.0001039
COMPARANDO LOS CAUDALES = Q1; Q2.
0.0001021
0.0001039
Si Q1≠ Q2 Continúa la iteración desde el tercer paso
TERCER PASO: cálculo de la velocidad = V0
CUARTO PASO: cálculo de la altura = h
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QUINTO PASO: Calculo del caudal = Q3
0.0001040
COMPARANDO LOS CAUDALES = Q2; Q3.
0.0001039
0.0001040
Se considera de los caudales son iguales porque la diferencia es mínima
El caudal calculado es: 0.0001040
CUESTIONES
1. Para diferentes caudales introducidos comprar que se cumpla esta
relación sino es así debido a que pueda ser:
Rpta: Debido a una errónea aplicación de la formula y también una
mala toma de datos de caudal
2.- En la formula anterior aunque correcta el coeficiente 0.81 es demasiado
elevado generalmente se emplea la siguiente ecuación introduciendo un
coeficiente de vertedero
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Conocida la altura para diferentes caudales determinar el coeficiente de
pared delgada
Rpta: Cw = 0.011
3.- la formula anterior fue obtenida T. Rehbock (1929) propuso quedando
de la siguente manera.
¿Coincide la formula de Rehbock con los valores experimentalmente
obtenidos?
Rpta: No
5.- ¿coinciden los caudales calculados con los caudales medidos en el
banco hidráulico?
Caudal calculado = 0.0001040 m3/s
Caudal medido = 0.0002090 m3/s
Existe una diferencia que puede ser debido a una mala toma de
datos del caudal
También puede ser debida a una mala aplicación de la formula
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CONCLUSIONES
El modelo hidráulico es una ayuda importante para el diseño de las obras
hidráulicas difíciles de analizar por medio de un modelo matemático,
siempre y cuando el diseño de un modelo reducido sea correcto, está bien
operado y los resultados sean interpretados con sentido crítico.
En este proyecto se conocen principios fundamentales sobre los
vertederos, como son la medición de caudales, coeficientes de descarga en
función de las dimensiones, forma del vertedero y de una altura referencial
del flujo respecto al vertedero (en este caso la cresta).
El caudal se puede determinar de muchas formas, en el caso de esta
práctica utilizamos la formula determinada por Francis.
El elevar la altura del umbral, nos ayudaría a reducir la formula dada para el
caudal, pero no es lo recomendado, ya que el caudal obtenido seria de
poca potencia, siendo este no recomendable para los trabajas de canales
abiertos
Cuanto menos sea la altura del umbral, el caudal tiende a aumentar,
también se observa que se va alejando de la siguiente relación:
Cuando se encuentra contracción en el canal, se utiliza el número de
Manning para la ecuación de Francis.
Sí es posible visualizar el flujo permanente, ya que tendríamos el caudal
constante, y además el área es conocida, la velocidad resulta ser constante
obteniéndose así un flujo permanente.
En el ensayo se observo las diferentes líneas de corriente para cada
modelo.
El vertedero de pared delgada es importante que tenga la pared de aguas
arriba vertical, esté colocado perpendicularmente a la dirección de la
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corriente, y, la cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que esta
sea triangular, la bisectriz del ángulo esté vertical.
El derrame de liquido en pared gruesa es más rápida que en pared
delgada, esto se debe a que la altura del vertedero de pared gruesa es
menor que el vertedero de pared delgada.
Utilizar en el ensayo otros líquidos de mayor viscosidad para poder notar
las diferencias que esto podría representar.
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RECOMENDACIONES
Existen varias fórmulas para calcular la descarga a través de vertederos es
recomendable aplicar la que más se acerque a nuestras condiciones
geométricas para así tener resultados confiables.
Las placas a utilizar se deben acoplar exactamente en el canal para que no
exista pérdida de caudal.
Se debe seguir un procedimiento riguroso para la toma de datos y así
obtener resultados confiables para el análisis de las prácticas.
Limpiar tanto el tanque como el canal periódicamente de modo que estas
impurezas no afecten la toma de datos
Utilizar la relación para sección eficiente al momento de hacer los ensayos
de laboratorio, y comparar el caudal de los diferentes ensayos con este.
Determinar en laboratorio como es que el número de contracciones influye
en la ecuación de Francis, con sus diferentes tipos de materiales.
Aumentar el número de ensayos para el trabajo en el laboratorio para tener
más información.
No olvidar medir altura (Y) del vertedero utilizado y ancho del canal.
Realizar los ensayos con materiales de mayor precisión en cuanto a la toma
de las medidas y distancias.
Mediante el colorante, determinar el punto crítico del caudal, en el canal.
Medir el caudal, recolectando el agua que sale por el rebosadero en la
probeta y tomando el tiempo de llenado. Recuerde que es conveniente
hacer por lo menos tres medidas para hallar un caudal promedio.
vaciar todo el equipo, asegurándose que el equipo quede completamente
limpio, válvulas cerradas y sitio de trabajo seco y en orden.
Abrir lentamente la válvula de regulación hasta que se visualicen las líneas
de flujo con el colorante. Anotar, describir y/o dibujar el comportamiento de
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las líneas de flujo a través de las obstrucciones (vertedero o ala). Cerrar la
válvula de regulación
Verificar que el depósito de tinta y las agujas y estén limpias, haciendo
pasar agua corriente por el depósito y abriendo la válvula de regulación
hasta que salga agua limpia por las agujas. Desalojar completamente el
agua y cerrar la válvula de regulación,