Informe N°3 - Aracely Núñez
July 12, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES ABIERTOS INFORME DE PRACTICA Nº 03 ALUMNO: Aracely ALUMNO: Aracely Raysa Núñez Villegas CÓDIGO: 20167406 CÓDIGO: 20167406 HORARIO: 0703 HORARIO: 0703
TEMA: TEMA:
MF2-06: MF2-06: Vertederos triangulares. MF2-07: Vertederos rectangulares. MF2-08: Vertederos de desborde(Aliviaderos).
JEFE DE PRÁCTICA:
Jara García Mitchell
FECHA DE REALIZACIÓN: REALIZACIÓN:
13/10/2020
CALIFICACIÓN: ITEM
PUNTOS
Trabajo y Participación Prueba de Entrada Introducción Metodología y Datos Informe de Sustentación Laboratorio Resultados y Discusión* Conclusiones* Memoria de Cálculo
Nota de Laboratorio *Incluye el factor por sustentación
FIRMA DEL JEFE DE PRÁCTICA 1
/5
ÍNDICE 1.
2.
3.
INTRODUCCIÓN:................................................................................................ ............................................ .................................................................... ................ 3 1.1.
OBJETIVOS: ................................................................................................ ............................................ .................................................................... ................ 3
1.2.
APLICACIONES EN INGENIERÍA: .................................................................................. ................................................. ................................. 3
METODOLOGÍA Y DATOS: ................................................ .................................................................................................. .................................................. 5 2.1.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS: ........................................................................................ ................................................ ........................................ 5
2.2.
PROCEDIMIENTO Y EQUIPO EMPLEADO:..................................................................... EMPLEADO:....................................................... .............. 8
2.3.
DESCRIPCIÓN DE LOS DATOS: ..................................................................................... .................................................... ................................. 9
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS: ................................................................... ............................................. ...................... 14 3.1.
RESULTADOS: ..................................................................................................... ................................................. ......................................................... ..... 14
3.2.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS:.................................................................................... .............................................. ...................................... 18
4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: ........................................................................... ..................................................... ...................... 22
5.
BIBLIOGRAFÍA: .................................................................................................. ............................................... ................................................................. .............. 24
6.
ANEXO: MEMORIA DE CÁLCULO ................................................ ...................................................................................... ...................................... 24
2
1 INTRODUCCIÓN: 11
OBJETIVOS: A) A) MF2-06: Vertederos triangulares. v ertedero triangular. Calcular el caudal de un canal mediante el uso de un vertedero Obtener y analizar los coeficientes” Cd” para los distintos caudales medidos. medido. ( GUÍA GUÍA Obtener el gráfico “Q vs H” para el caudal teórico y real medido.
LHCA,2020) LHCA,2020) B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares. Determinación Determinació n del tirante crítico y su ubicación. v ertedero rectangular. Calcular el caudal de un canal mediante el uso de un vertedero Obtener y analizar los coeficientes “Cd” para los distintos caudales medidos. Obtener el gráfico “Q vs H” para el caudal teórico y real medido. (GUÍA LHCA,2020) LHCA,2020) C) C) MF2-08: Vertederos de desborde(Aliviaderos).
Determinar el rango de trabajo adecuado de un vertedero de desborde. coeficiente “CWES” para los distintos caudales medidos, y Obtener y analizar el coeficiente por lo métodos de WES y el general. Obtener el gráfico “Q vs H” para el caudal teórico y real medido. (GUÍA LHCA,2020) LHCA,2020) 12
APLICACIONES EN INGENIERÍA: A) A) MF2-06: Vertederos triangulares: La principal aplicación de los vertederos triangulares es para la medición de caudales pequeños de un canal. En general, un vertedero consiste en una obstrucción del flujo de agua en un canal en el cual el agua se estanca para luego verterse por la cresta que produce el vertedero triangular.
GRAFICO 1.Canal de regadío agrícola en Perú (WEB: https://es.slideshare.net/Inf https://es.s lideshare.net/InfoAndina/construccin-de-verted oAndina/construccin-de-verteders-estructuras-de-con ers-estructuras-de-controltrolhidrulico ) hidrulico ) 3
B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares: La principal aplicación de los vertederos rectangulares es para la medición de caudales grandes de un canal. En general, un vertedero consiste en una obstrucción del flujo de agua en un canal en el cual el agua se estanca para luego verterse por la cresta que produce el vertedero rectangular.
Rosa. ( WEB: GRAFICO 2.Canal de riego Santa Rosa. https://peruconstruye.net/2019/10/21/reha https://peruco nstruye.net/2019/10/21/rehabilitan-canal-de-riego-s bilitan-canal-de-riego-santa-rosa-en-laanta-rosa-en-lacuenca-del-medio-bajo-piura/ ) ) C) C) MF2-07: Vertederos de desborde(Aliviaderos): Este tipo de vertederos se utilizan para para uniformizar el flujo aguas arriba del del y que de esta manera se garantice que el nivel de agua no sobrepase la altura máxima permitida. Así también, este tipo de aliviaderos consiste en vertedero que reproduce la superficie libre de la vena de descarga en donde se anula la presión hidrostática y se reduce la energía del flujo, la cual si no es controlada puede causar daños en el canal o cauce natural del agua.
Ciego en Cajamarca.(WEB: Cajamarca.(WEB: https://rpp.pe/peru/actualidad/cajamarcaGRAFICO 3.Represa Gallito Ciego gallito-ciego-esta-preparado-para-afr gallito-ciego-est a-preparado-para-afrontar-el-fenomeno-el-nino ontar-el-fenomeno-el-nino-noticia-832689?ref=rpp -noticia-832689?ref=rpp ) )
4
2. METODOLOGÍA Y DATOS: 2.1.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
A) A) MF2-06: Vertederos triangulares. El caudal se puede medir mediante un vertedero dado a que este consiste en un flujo de agua que se ve obstruida por una pared delgada o gruesa que altera tanto la velocidad del flujo como la energía a lo largo del canal.
gruesa y delgada(GUÍA HCA,2020) HCA,2020) GRAFICO 4.Vertedero de pared gruesa Existen dos tipos de vertederos triangulares los cuales son el vertedero de pared p ared delgada y pared gruesa: Para hallar el caudal teórico:
ó = 158 . 2.tan( 2.tan(2) . . ó = 158 . 2.tan( 2.tan(2)
Para hallar el caudal real:
. = = 1515.8 .8 2.tan( 2. .tan( 2 ) . 2.tan(2) 2.tan( 15 :Á : é é : : : . .
B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares. El caudal se puede medir mediante un vertedero dado a que este consiste en un flujo de agua que se ve obstruida por una pared delgada o gruesa que altera tanto la velocidad del flujo como la energía a lo largo de un canal rectangular: 5
Existen dos tipos de vertederos triangulares los cuales son el vertedero de pared delgada y pared gruesa: Para vertederos de pared delgada:
ó = 23 . 2... 2 ....
Para vertederos de pared gruesa:
ó =. =.223 . 22... ....
HCA, 2020) GRAFICO 5.Gráfico ilustrativo del ensayo a realizar.(GUÍA HCA,
: é é ::ℎ ℎ :: ó ó ó ó , , 5242 5242 =0.0001. 01.
: : : . .
Finalmente, existen vertederos en los cuales se presentan contracciones a lo largo de L en 0,1 H con un borde de escotadura de al menos 2.5H de la pared del canal. Para t>2.5H, donde t=10cm: LCorregido=L-0.1nH, donde n es el número de contradicciones (n=2) y L=2m
=0.1∗∗ =
C) C) MF2-08: Vertederos de desborde(Aliviaderos). Se establece una vena de perfil de descarga libre la cual consiste en una superficie libre de un vertedero de pared delgada con líneas de corriente con una grande curvatura cuyo objetivo es
6
reproducir una presión nula en el vertedero. En los vertederos con las características ya señaladas el flujo es rápidamente variado (FRV): Para aliviaderos que cuentan con la cara anterior vertical:
=.−.
: : ℎ á .. :: á . . : ññ :: . . : : . .
Para vertederos tipo WES se cumple la siguiente ecuación:
= ...
: : : : : ./
GRAFICO 6.Vertedero de desborde.(GUÍA HCA, HCA, 2020)
TABLA 1.Coeficientes de vertederos tipo WES según talud.(GUÍA HCA, 2020)
Además, los valores de H reflejan los efectos de cavitación para los valores que posea respecto al valor Hd como lo muestra la siguiente tabla:
7
TABLA 2.Límites de cavitación de vertederos tipo WES.( GUÍA HCA, 2020)
2.2.
PROCEDIMIENTO Y EQUIPO EMPLEADO:
A) A) MF2-06: Vertederos triangulares. EQUIPO EMPLEADO: • Canal de sección transversal rectangular de 40 cm de ancho con una rugosidad
compuesta debido a las paredes de vidrio y base de concreto. Medidor del caudal (L/s). Un par de limnímetros calibrados para determinar el par de tirantes de agua generados en el canal. Vertedero triangular. PROCEDIMIENTO: Realizar la colocación del vertedero triangular. Asignar un caudal al canal. Determinar valores de Q real y tirante para cada caudal asignado, el tirante debe ser medido a un metro aguas arriba del canal.
B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares: EQUIPO EMPLEADO: Canal de sección transversal rectangular de 40 cm de ancho con una rugosidad compuesta debido a las paredes de vidrio y base de concreto.
Medidor del caudal (L/s) Un par de limnímetros calibrados para determinar el par de tirantes de agua generados
el canal.rectangular. Vertedero en PROCEDIMIENTO: Realizar la colocación del vertedero rectangular. Asignar un caudal al canal. Determinar valores de Q real y tirante para cada caudal asignado, el tirante debe ser medido a un metro aguas arriba del canal.
C) C) MF2-08: Vertederos de desborde(Aliviaderos). EQUIPO EMPLEADO: Canal de sección transversal rectangular de 40 cm de ancho con una rugosidad compuesta debido a las paredes de vidrio y base de concreto.
Medidor del caudal (L/s)
8
Un par de limnímetros calibrados para determinar el par de tirantes de agua generados en el canal. Un aliviadero de pared vertical tipo WES. Pesas que eviten el deslizamiento del aliviadero por empuje de agua. PROCEDIMIENTO: Realizar la colocación del aliviadero a una distancia prudente del ingreso de agua. arriba del canal. Realizar la la toma toma de de datos datos del de latirante alturaaguas p del vertedero. Realizar Repetir el procedimiento las veces que el JP indique.
2.3.
DESCRIPCIÓN DE LOS DATOS:
A) A) MF2-06: Vertederos triangulares: Datos: Datos:
VERTEDERO TRIANGULAR Qreal (m^3)
N°
Tirante aguas arriba y(m)
Altura del vertedero p(cm)
1
0.010
28.33
15.87
2
0.015
30.93
15.87
3
0.020
33.18
15.87
4
0.025
34.79
15.87
θ(°)
90
TABLA 3. Datos de caudal real, tirante de agua y altura de vertedero. Q real: Caudal del flujo regulado por el caudalímetro(m3/s). Y: Tirante del flujo en la posición aguas arriba del vertedero triangular. p: Altura del vertedero medida desde el fondo del canal(m). H: Carga del aliviadero (m) Para hallar la carga encima del aliviadero:
=
Tirante aguas arriba y(cm)
N°
Altura del vertedero p(cm)
H(m)
1
28.33
15.87
0.125
2
30.93
15.87
0.151
3
33.18
15.87
0.173
4 34.79 15.87 TABLA 4.Determinación de la carga del aliviadero(H). aliviadero(H). 9
0.189
Para hallar el caudal teórico y CTeórico:
ó = . 2.tan 2.tan . . ó = . +++ 2.tan 2.tan
ó
N°
= θ(°)
H(m)
Q teórico (m^3)
Cteórico
1
0.125
0.01
2.36
2
0.151
0.02
2.36
3
0.173
0.03
2.36
0.189
0.04
2.36
4
90
C teórico prom
2.36
TABLA 5.Determinación del caudal teórico y Cteórico.
Para hallar coeficiente de descarga (Cd) y Creal:
= ó
=0.77. . 2.tan 2.tan = +++
Q real (m^3)
N°
Q teórico (m^3)
Cd
C real
1
0.010 0.013
0.77
1.82
2
0.015 0.021
0.72
1.70
3
0.020 0.029
0.68
1.60
4
0.025 0.037
0.68
1.61
TABLA 6.Determinación del coeficiente de descarga y Creal.
10
C real prom
1.68
B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares: Datos: VERTEDERO RECTANGULAR Tirante Altura del Q real aguas vertedero (m^3) arriba y(m) p(cm)
N°
1 0.020 24.6 11.68 2 0.025 27.03 11.68 3 0.030 28.44 11.68 4 0.035 29.9 11.68 tirante de agua y altura de vertedero. TABLA 7. Datos de caudal real, tirante Q real: Caudal del flujo regulado por el caudalímetro(m3/s). Y: Tirante del flujo en la posición aguas arriba del vertedero triangular. p: Altura del vertedero medida desde el fondo del canal(m).
Para hallar la carga encima del aliviadero:
=
Tirante aguas Altura del arriba vertedero N° y(m) p(cm) H(m) 1 24.6 11.68 0.129 2 27.03 11.68 0.154 3 28.44 11.68 0.168 4 29.9 11.68 0.182 TABLA 8. Determinación de la carga del aliv aliviadero(H). iadero(H).
Comprobación para L:
t > 2.5H => 0.1>2.5*0.129 => 0.1>0.323 => NO CUMPLE (No (No es necesaria la corrección) => L=0.2m
N°
L (m)
H(m)
t(m)
2.5H(m)
¿t >2.5H?
L corregido (m)
n
1 0.200
0.129
0.100
0.32
NO
2
0.2
2 0.200
0.154
0.100
0.38
NO
2
0.2
3 0.200
0.168
0.100
0.42
NO
2
0.2
0.182 NOsi es necesario corregir L. 2 TABLA 9.Proceso de0.100 comprobación0.46 para determinar L.
0.2
4 0.200
11
Para hallar el caudal teórico y CTeórico:
. ó = . 2... 2 ... ó = . 2. 2+++ . . √ 29. 29.81.0.2 ó =
=
N° 1 2 3 4
H(m) 0.129 0.154 0.168 0.182
L corregido (m) 0.200 0.200 0.200 0.200
Q teórico (m^3) 0.03 0.04 0.04 0.05
C teórico 0.59 0.59 0.59 0.59
C teórico prom
0.59
TABLA 10.Determinación del caudal teórico y C Teórico. Teórico.
Para hallar coeficiente de descarga (Cd) y Creal:
= ó
=. . +++ 2. 2. ó =
N° 1 2 3 4
Qreal (m^3) 0.020 0.025 0.030 0.035
Qteórico (m^3) 0.027 0.036 0.041 0.046
Cd 0.73 0.70 0.74 0.76
Creal 0.43 0.42 0.44 0.45
Creal prom
TABLA 11.Determinación el coeficiente de descarga y Creal.
C) C) MF2-08: Vertederos de desborde (Aliviaderos): VERTEDERO RECTANGULAR Tirante aguas Altura del Qreal arriba vertedero N° (m^3) y(m) p(cm) 1 0.005 28.5 26.5 2 0.010 29.91 26.5 3 0.015 31.85 26.5 4 0.020 33.58 26.5 TABLA 12. Datos de caudal real, tirante de agua y altura de vertedero. vertedero. Q real: Caudal del flujo regulado por el caudalímetro(m3/s). Y: Tirante del flujo en la posición aguas arriba a rriba del vertedero triangular. p: Altura del vertedero medida desde el fondo del canal(m).
12
0.43
Para hallar la carga encima del aliviadero:
= N°
1 2 3 4
Altura del vertedero p(cm) 26.5 26.5 26.5 26.5
Tirante aguas arriba y(m) 28.5 29.91 31.85 33.58
H(m) 0.020 0.034 0.054 0.071
TABLA 13. Determinación de la carga del aliviadero(H).
Para hallar la CWES y Creal :
= .. +++ . =
=
Qreal (m^3) 0.005 0.010 0.015 0.020
N° 1 2 3 4
L (m) 0.400 0.400 0.400 0.400
H(m) 0.020 0.034 0.054 0.071
CWES 4.42 3.97 3.03 2.65
Creal 1.768 1.588 1.212 1.062
TABLA 14.Determinación de CWES y Creal .
Para hallar la CWES y Creal :
== 0.2613 => =2.215 = >
Hd
N° 1 2 3 4
0.2613 CWESd
H(m) 0.020 0.034 0.054 0.071
H/Hd 0.077 0.131 0.205 0.271
2.215
CWES 4.419 3.970 3.030 2.654
CWES/ CWESd 1.995 1.792 1.368 1.198
TABLA 15.Determinación de H/Hd y CWES/CWESd.
13
Cpromedio
1.407
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS: 3.1.
RESULTADOS: A) A) MF2-08: Vertederos triangulares:
N°1 Qteórico0.01 (m^3) Cd 0.77 H(m)0.125 2 0.02 0.72 0.151 3 0.03 0.68 0.173 4 0.04 0.68 0.189 TABLA 16.Resultados de Cd ,H y caudal teórico para un vertedero triangular.
N° Qteórico (m^3) Qreal (m^3) % Error 1 0.013 0.010 29.462 2 0.021 0.015 38.618 3 0.029 0.020 47.252 4 0.037 0.025 47.133 TABLA 17.Porcentaje de error que existe entre los caudales reales del flujo y los caudales teóricos o calculados. calculados.
Qteórico vs H 0.04 0.04 0.03
y = 2.3624x2.5
0.03
Para caudal teórico
Q
Calculado Gráfico %Error C
2.36
2.362
0.08
m
2.5
2.5
0.00
TABLA 18.Comparación de valores de C y m calculados y los obtenidos mediante el gráfico para el caudal teórico.
0.02 0.02 0.01 0.01 0..115 0
0.125
0.135
0.145
0.155
0.165
0.175
0.185
0.195
H
GRAFICO 7.Diagrama de Q teórico vs H para la determinación de de C y m.
14
Qreal vs H 0.030
0.025
y = 0.9167x2.1715
Para caudal real 0.020
Calculado Gráfico %Error C
1.68
0.917
45.42
m
2.5
2.172
13.12
l a e r Q
0.015
TABLA 19.Comparación de valores de C y m calculados y los obtenidos mediante el gráfico para el caudal real.
0.010
0.005 0..115 0
0.125
0.135
0.145
0.155
0.165
0.175
0.185
0.195
H
GRAFICO 8. Diagrama de Q Real VS H para la determinación de C y m. B) B) MF2-08: Vertederos rectangulares:
N° Qteórico (m^3) 1 0.027 2 0.036 3 0.041 4 0.046
Cd 0.73 0.70 0.74 0.76
H(m) 0.129 0.154 0.168 0.182
TABLA 20. Resultados de Cd, H y caudal teórico para un vertedero rectangular
N° 1 2 3 4
Qreal (m^3) 0.020 0.025 0.030 0.035
Qteórico (m^3) 0.027 0.036 0.041 0.046
% Error 27.19 29.72 26.08 23.91
TABLA 21. Porcentaje de error que existe entre los caudales reales del flujo y los caudales teóricos o calculados. calculados.
15
Qreal vs H 0.037 0.035 0.033
Para caudal real Calculado Gráfico %Error C 0.43 0.55 27.91 m 1.5 1.629 8.60 TABLA 22. Comparación de valores de C y m calculados y los obtenidos mediante el gráfico para el caudal real.
0.031
y = 0.5499x1.6287
0.029 0.027 0.025 0.023 0.021 0.019 0.017 0..120 0
0.130
0.140
0.150
0.160
0.170
0.180
0.190
GRAFICO 9. Diagrama de Q Real VS H para para la determinación de de C y m.
Qteórico vs H 0.052
0.047
Para caudal teórico Calculado Gráfico %Error
0.042 1.5
C m
0.59 1.5
0.592 1.5
0.34 0.00
TABLA 23. Comparación de valores de C y m calculados y los obtenidos o btenidos mediante el gráfico para el caudal teórico.
y = 0.5915x 0.037
0.032
0.027
0.022
0.017 0..120 0
0.130
0.140
0.150
0.160
0.170
0.180
0.190
GRAFICO 10. Diagrama de Q Teórico VS H para la determinación de C y m. 16
C) C) MF2-08: Vertederos de desborde (Aliviaderos):
CWES/ N° H(m) H/Hd CWES CWESd 1 0.020 0.077 4.419 1.995 2 0.034 0.131 3.970 1.792 3 0.054 0.205 3.030 1.368 4 0.071 0.271 2.654 1.198 TABLA 24.Resultados de H/Hd, CWES y CWES/CWEd.
H/Hd VS CWES/CWESd
0.300 0.250 0.200 0.150
y = -0.2283x + 0.5334 0.100 0.050 0.000 1.100
1.200
1.300
1.400
1.500
1.600
1.700
1.800
1.900
2.000
2.100
GRAFICO 11.Diagrama de la relación de H/Hd, CWES y CWES/CWEd. CWES/CWEd.
C m
Para caudal real Calculado Gráfico %Error 1.407 0.361 74.34 1.5
1.084
Qreal VS H 0.025
27.73
TABLA 25. Comparación de valores de C y m
calculados y los obtenidos mediante el gráfico para el caudal teórico.
0.020
y = 0.3614x1.0837
0.015
0.010
0.005
0.000 0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.070
GRAFICO 12. Diagrama de Q real VS H para la determinación de de C y m. 17
0.080
3.2.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: A) A) MF2-06: Vertederos triangulares: Se esperaba que la precisión de determinación de caudales pequeños para vertederos triangulares sea mejor que para caudales numéricamente más grandes por lo que las variaciones de resultados del caudal del flujo respecto al caudal real, cuan más pequeños sean, poseerán una mayor precisión.es Así, a partir delflujo, análisis de porcentual la TABLA del 21, corroboramos que, cuan más pequeño el caudal real de el valor caudal teórico respecto al caudal real es menor. Por otro lado, la determinación de caudal en los vertederos triangulares no se ve influenciada por los parámetros de velocidad y altura del umbral dado que estos no son tan significativos y deben cumplir con que el ancho sea mayor o igual a 5 veces el valor de la carga sobre el vertedero (B>=5H):
N° B(m) 5H(m) ¿B>=5H? 1 0.4 0.623 NO 2 0.4 0.753 NO 3 0.4 0.8655 NO 4 0.4 0.946 NO B>=5H. TABLA 26.Comprobación de cumplimiento de B>=5H. Como podemos observar en la TABLA 26, para los valores de B Y H no se cumple la condición de B>=5H por lo que se infiere que para este caso los valores de velocidad y altura del umbral si influenciaran en los resultados de caudal teórico obtenido y explicaría por qué nuestros valores porcentuales de error entre el caudal real y el caudal teórico son muy altos. A partir de los estudios realizados por la Universidad de Chile en 1923 y 1924 también se establece un coeficiente m” el cual puede determinar mediante la ecuación m” = (8/15)
*Cd y mediante el GRÁFICO como se muestra a continuación:
N°
Q teórico (m^3)
Cd
H(m)
m"calculado
m"gráfico
%Error m”
1 0.01
0.77
0.125
0.412
0.315
23.536
2 0.02
0.72
0.151
0.385
0.310
19.428
3 0.03
0.68
0.173
0.362
0.310
14.410
4 0.04
0.68
0.189
0.362
0.310
14.479
.Determinación de valores de m” para determinar el comportamiento del flujo a lo TABLA 27 .Determinación largo del canal.
18
GRAFICO 13.Coeficientes de de descarga en vertederos triangulares.(ROCHA,2007) triangulares.(ROCHA,2007) Como podemos observar, los valores de carga sobre aliviadero ubican nuestro flujo en un punto de caudal considerado como alto por lo que a partir de este punto en el cual va aumentando nuestro caudal, se espera que para un ángulo de 90° se dé una disminución de los valores de m” el cual, dada su relación directamente proporcional con
el coeficiente de descarga, nos señala que el coeficiente de descarga también di disminuye sminuye a medida que el caudal aumenta. Este fenómeno lo podemos apreciar en m” calculado
en la TABLA 27, donde este valor disminuye a medida que el caudal aumenta. Además, podemos apreciar que el porcentaje de error entre m” calculado y del gráfico varían
fuera del rango del 10% de error permitido lo que nos supone la existencia de alguna fuente de error en el cálculo. Así también, al realizar la comparación de valores de coeficientes C y m calculados en la TABLA 18 y determinados en el GRÁFICO 7 para el caudal teórico se obtuvo que el valor porcentual de error para “C” es de 0.08% y el de “m “es 0% los cuales cumplen con el margen de error menor al 10%. Además, al realizar la comparación de valores de coeficientes C y m teóricos en la TABLA 19 y determinados en el GRÁFICO 8 para el caudal real se obtuvo que el valor porcentual de error para “C” es de 45.42% y el de “m “es 13.12% los cuales no cumplen con el
margen de error menor al 10% lo que supone la existencia de alguna fuente de error. Finalmente, a modo de resumen se realiza el TABLA 29 la cual posee todos los valores promediados para ser comparado con los valores típicos de un vertedero triangular que se presenta en la TABLA 28. Como se puede observar en las tablas los valores son muy parecidos y corresponden a valores muy aproximados, aunque en ciertos parámetros los valores no son tan cercanos lo cual evidencia alguna fuente de error en el ensayo.
19
ÁNGULO
90°
H>
0.159
m"
0.380
Cd C
0.71 1.68
TABLA 29.Resumen de valores promediados obtenidos obtenidos para un vertedero triangular.
TABLA 28. Resumen de valores típicos para un vertedero triangular.
B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares: Los vertederos rectangulares se presentan en dos grupos: sin contracciones y con contracciones, puesto que para nuestro laboratorio se usó un vertedero con reducción de área transversal se utiliza el segundo tipo de vertederos rectangulares. Para este tipo de vertederos realizaremos la comprobación de características según James B. Francis el cual señala la carga del aliviadero estar comprendida y 0.5m y que laque relación L/Hencima sea mayor que 3 paradebe poder aplicar su fórmula.entre 0.18m
N° H(m) L(m) L/H 0.18CWESd CWES>CWESd puesto a que conforme este coeficiente disminuye el caudal aumenta lo que establece una relación inversamente proporcional entre el caudal y el CWES. Finalmente, se realizó el GRÁFICO 12 y la TABLA 24 donde se establece la relación entre H/Hd y CWES/CWESd la cual, según el gráfico descrito anteriormente, corresponde a una ecuación lineal lineal en la cual se puede apreciar el comportamiento de la velocidad a lo largo del aliviadero.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: A) A) MF2-06: Vertederos triangulares: Los valores de los caudales reales siempre son menores a los valores de caudales reales debido a que en los caudales reales existe disipación de energía debido a diversos factores como son las contracciones del área transversal a lo largo del canal, los cambios de velocidad de flujo y la rugosidad del canal. El gráfico de Q VS H posee una tendencia potencial de la cual se puede extraer los coeficientess C y m tanto calculados como reales de los coeficiente l os cuales los valores teóricos poseen un porcentaje de error muy bajo. coeficiente La fórmula de determinación del caudal real y teórico difieren en la existencia del coeficiente de descarga para el caudal real debido a que este considera los cambios de sección transversal mientras que el caudal teórico no los considera por lo que finalmente la relación que existe entre el caudal real y caudal teórico es el coeficiente de descarga. Los vertederos triangulares adquieren mayor precisión cuando el caudal a lo largo del canal es pequeño. Una fuente error se puede dar en la determinación del coeficiente de descarga(Cd) dado que esta es determinada exclusivamente por métodos experimentales. Existe una relación directamente proporcional entre el caudal y la carga encima del vertedero. Los coeficientes “C” y “m” para el caso del caudal teórico son mucho más precisos que para el caso del caudal real pues los valores teóricos poseen un porcentaje de error muy bajo a comparación de los valores reales. se e A medida que el caudal aumenta los valores del coeficiente m” disminuyen debido a que s considera que se está trabajando con valores grandes de caudal. 22
recomendaciones que se tiene Las principales recomendaciones
para este tipo de ensayos son las siguientes: Realizar la toma de datos adecuada para no alterar los datos y calibrar adecuadamente los instrumentos de medición como son los limnímetros y la bomba de agua para que no exista un mayor margen de error que el permitido. B) B) MF2-07: Vertederos rectangulares:} Los valores de los caudales reales siempre son menores a los valores de caudales reales debido a que en los caudales reales existe disipación de energía debido a diversos factores como son las contracciones del área transversal a lo largo del canal, los cambios de velocidad de flujo y la rugosidad del canal. El
gráfico de Q VS H posee una tendencia potencial de la cual se puede extraer los coeficientess C y m tanto calculados como reales de los coeficiente l os cuales los valores teóricos poseen un porcentaje de error muy bajo.
La fórmula de determinación del caudal real y teórico difieren en la existencia del coeficiente
de descarga para el caudal real debido a que este considera los cambios de sección transversal mientras que el caudal teórico no los considera por lo que finalmente la relación que existe entre el caudal real y caudal teórico es el coeficiente de descarga. Existe una relación directamente proporcional entre el caudal y la longitud del vertedero. Una fuente error se puede dar en la determinación del coeficiente de descarga(Cd) dado que esta es determinada exclusivamente por métodos experimentales. El coeficiente de descarga(Cd) depende de varios factores como: carga H, naturaleza de los bordes, altura del umbral, propiedades del fluido. Existe una relación directamente proporcional entre el caudal y la potencia de 3/2 de la carga encima del vertedero. Los coeficientes “C” y “m” para el caso del d el caudal teórico son mucho más precisos que par paraa el caso del caudal real pues los valores teóricos poseen un porcentaje de error muy bajo a comparación de los valores reales. Las principales recomendaciones recomendaciones que se tiene para este tipo de ensayos son las siguientes: s iguientes: Realizar la toma de datos adecuada para no alterar los datos y calibrar adecuadamente los instrumentos de medición como son los limnímetros y la bomba de agua para que no exista un mayor margen de error que el permitido. C) C) MF2-08: Vertederos de desborde (Aliviaderos): El comportamiento del flujo para un vertedero de desborde es de un flujo rápidamente variado debido a que la presión hidrostática encima del aliviadero es casi nula. El número de Froude agua arriba del vertedero es del tipo subcrítico. El número de Froude agua abajo del vertedero es del tipo supercrítico. El número de Froude sobre el vertedero es del tipo crítico. Existe una relación directamente proporcional entre el caudal y la carga encima del vertedero. Existe una relación inversamente proporcional entre el caudal y el coeficiente de CWES del vertedero.
23
La
disipación de energía debido al cambio de velocidad es muy pequeña debido a que la altura de carga sobre el aliviadero es más pequeña que la altura de carga de diseño dis eño sobre el aliviadero. El gráfico de Q VS H posee una tendencia potencial de la cual se puede extraer los coeficientes C y m reales y compararlos con los valores c y m reales calculados como se muestra en la TABLA 25 y gráfico 11. Las principales recomendaciones recomendaciones que se tiene para
este tipo de ensayos son las siguientes: Realizar la toma de datos adecuada para no alterar los datos y calibrar adecuadamente los instrumentos de medición como son los limnímetros y la bomba de agua para par a que no exista un mayor margen de error que el permitido y observar si el aliviadero posee fugas que generen filtraciones de flujo en este.
5. BIBLIOGRAFÍA:
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ 2020 Guía-Laboratorio de Hidráulica de Canales. Experiencia 1, 2 y 3. Lima
ROCHA, Arturo 2007 “Hidráulica de tuberías y canales” . Universidad Nacional de Ingeniería.
Facultad de Ingeniería Civil. Lima
6. ANEXO: MEMORIA DE CÁLCULO A) A) MF2-06: Vertederos triangulares:
Para hallar la carga encima del aliviadero: Para hallar el caudal teórico y CTeórico:
=
ó = . 2.tan 2.tan . . . √ 2.2.9,81.tan .0.125. ó = =. +++ 22.tan .tan .=√ 22...9,81.=2.36 tan ó =
=
=0.01m^3/s
=2.36
Para hallar coeficiente de descarga (Cd) y Creal:
0.01 =0.77 = ó 0.013 =
=0.77. . 2.tan 2.tan 0.77. . √ 2.2.9,81.tan .+.+.+. =1.68 = +++ = =
=1.82
B) B) MF2-07: Vertederos triangulares: triangulares:
24
Para hallar la carga encima del aliviadero:
=
Comprobación para L: t > 2.5H => 0.1>2.5*0.129 => 0.1>0.323 => NO CUMPLE (No (No es necesaria la corrección) => L=0.2m
Para hallar el caudal teórico y CTeórico:
. .9.81.0.2.0.1290.0010.129. ó = . 2... 2 ... ó = . 2. 2+++ . . √ 29. 29.81.0..2 ó = = =0.59 =
=
=0.59
Para hallar coeficiente de descarga (Cd) y Creal:
0.02 =0.73 = ó 0.027 =
=. +++ . 2.=0.73. 2 .=0.73. .. √ +. 2.2.9,8+.1.0.2+.
ó =
=0.43
=
=0.43
C) C) MF2-08: Vertederos de desborde (Aliviaderos):
Para hallar la carga encima del aliviadero:
=
Para hallar la CWES y Creal :
= .. ..... = +++ . 4.420.4= .+.+. +. =1.407 =
=
=4.42 =4.42
=
= 1.768 1.768
Para hallar la CWES y Creal :
== 0.2613 => ... =2.215 .
=0.077 =0.077
=
= >
25
=
= 1.792 1.792
=0.03
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