INFORME DE LABORATORIO DE HIDRÁULICACALIBRACION DE VERTEDEROS CANAL DE PARSHALL MARCELA REYES TORRES CÓDIGO: 2123646 LISETH NATALIA DELGADO BARAJAS CÓDIGO: 2122891 JOHANNA CASTAÑEDA VARGAS CÓDIGO: 2083009 UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER (UIS) ESCUELA FISICOMECANICAS INGENIERIA CIVIL BUCARAMANGA 07MARZO 2016 razón por la cual resulta importante el aprendizaje de la construcción. intensiva y satisfactoriamente en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres.INTRODUCCION Existen dispositivos que se utilizan para medir el caudal de corrientes naturales y artificiales. razón por la cual su estudio es de gran importancia. Los vertederos pueden ser definidos como simples aberturas. Como vertedero de medida. Observar las ventajas y desventajas de los vertederos como estructuras de aforos. El término se aplica también a obstáculos en el paso de la corriente y a las excedencias de los embalses. por ello. tanto de ingreso como de egreso. causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. los vertederos suelen utilizarse para regular el caudal en los ríos y canales abiertos. . dado que es posible la estimación del caudal conociendo la relación entre el nivel del agua antes del vertedero y en la descarga del mismo. el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba. sobre los cuales un líquido fluye. en donde se suelen utilizar para determinar con cierta precisión los caudales. es decir. Los vertederos son muy utilizados. o bien para medir el caudal circulante por un canal. MARCO TEÓRICO VERTEDEROS Los vertederos son estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. manejo y funcionamiento de este tipo de dispositivos para el control y manejo de recursos hídricos. un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos. Determinar la ecuación de calibración de los vertederos Spillway y de cresta ancha y compararla con las formula estándar. OBJETIVOS Identificar los tipos de estructuras hidráulicas. mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor límite. además de depender de la geometría. analizar el comportamiento de vertederos de distintas secciones geométricas para ser calibrados. Una de las aplicaciones de mayor importancia de los vertederos es en plantas de tratamiento de aguas residuales. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel. Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un líquido con superficie libre. uso. así como en el control del flujo en galerías y canales. Los vertederos de cresta delgada sirven para medir caudales con muy buena precisión. donde el efecto de la curva del agua producido por el vertedero haya desaparecido se obtiene: 2 Q= (2 g)1 /2 H 3 / 2 3 Vertederos de pared gruesa . los vertederos presentan los más diversos comportamientos. Compuestos: construidos por secciones combinadas como los tipo sutro.5H. etc. Estos vertederos son construidos de una hoja de metal u otro material que pueda ser biselado y que permita que el chorro o manto salga libremente de la cresta del vertedero. entre éstos están: • Forma: Simples: rectangulares. Debe haber una poza de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. pero con arista aguda. • Longitud de la cresta: a) Vertedores sin contracciones laterales: b = B b) Vertedores con contracciones laterales: b < B Vertederos de pared delgada También conocidos como vertederos de cresta delgada o pared aguda. siendo muchos los factores que pueden servir de base para su clasificación. lo que causaría problemas en el modelo hidráulico. Mediante la aplicación de la ecuación de Bernulli a lo largo de una línea de corriente entre un punto ubicado aguas arriba del vertedero. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente y no se produzca una depresión. triangulares. siempre que estén bien instalados. • Espesor de la pared: Vertedores de pared delgada: la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma. Vertedores de pared gruesa: con e > 0.Clasificación de los vertederos Aceptando las más variadas formas y disposiciones. 03 2.209 8. La ecuación de calibración para el canal Spillway es calculada con los siguientes datos: Vmolinete 0. Con la ecuación del vertedero de cresta ancha y las alturas correspondientes.También llamada vertedero de cresta ancha. fue desarrollada en 1922. Q=C c bH n=CH n Canal Parshall El canal de parshall es una estructura hidráulica que permite que la cantidad de agua que pasa por una sección de un canal abierto basado en la ocurrencia de un punto de control.968 0.997 CÁLCULOS PARTE 1.739 H [cm] 3.301 6.87 2.489 6.472E-02 2.7 6.099 1.3 0.007 7. .63 2.5 6.243 0.990 8.870 1.25 0.053 Realizamos una regresión lineal a Ln (y) vs Ln (Q) para determinar los coeficientes de la ecuación de calibración n y C.060 8. Un vertedero es considerado de pared gruesa. cuando la cresta es suficientemente gruesa para que en la vena adherente se establezca el paralelismo de los filetes.59578 Hv 0.944 2. Este tipo de vertederos es utilizado principalmente para el control de niveles en los ríos o canales.292 0.8 6.041 1.087 2.292 0.110 1. se calculan los caudales para hallar la ecuación de la canaleta de Parshall Qv=5.802E-02 2. permita el cálculo del caudal en el canal. La fórmula para obtener el caudal de un vertedero de pared grueso se puede obtener a partir del análisis de condiciones críticas sobre el vertedero: 2 Q=V c A C = √ gy c by c yc= ∗H 3 Vertedero tipo Spillway En este vertedero la ecuación de descarga es similar a la del vertedero de pared gruesa con la diferencia que el exponente de H es desconocido.053 1.678E-02 Q[L/s] 8.63 2.97 2.83 2.105 2.116 1.293 0.405 6.802E-02 2.87 Ln Q 2.678E-02 2.289 y[cm] 6.596E-02 2.8 6.968 1.046 Ln y 1.843E-02 2.129 1.9 6.087 0.00 3. pero pueden ser también calibrados y usados como estructuras de medición de caudal. Graficamos y obtenemos la ecuación de la recta de regresión.261 0.793 2.5 Area [m2] 2.3 6 6.760E-02 2. 1969 Por lo tanto la ecuación de calibración del canal es igual a: QSpillway =C H n QSpillway =0.1969 n=2. y con la ecuaciones de calibración determinar el caudal del Spillway y del canal cresta ancha.7483 H 2.Con la ecuación de la recta tenemos que: a=−0.2899 C=e =e C=0.1969 Con los datos recolectados en el laboratorio puede calcularse entonces el caudal teórico que pasa por el canal rectangular. .7483 b=n b=2.2899 a=ln a −0. utilizando las mediciones con el molinete y la altura del agua. 555∗0.1 4.3 5 5.0389[m ] De la expresión de la conservación de masa Q ¿ V∗A . H Spillway [cm] H1 [cm] H2 [cm] H3 [cm] H prom [cm] 3.906 26.9 5.5 3. Qteórico =0.07 2 A=0. Cálculos tipo para la primera toma de datos: Q teórico Con los datos de la geometría puede calcularse el área de la sección A=B∗H A=0.772 16.629[ ] s Q experimental El caudal medido experimentalmente en el laboratorio es igual a: Qexperiemntal =QSpillway +Q cresta ancha Teniendo las mediciones de altura del canal Spillway y con la ecuación determinada anteriormente se calculan los caudales para cada toma de datos.2 3.443 .0389∗1000 l Qteórico =20.37 4.531∗0.1 4.2 4.4 3.13 4.07 Q Spillway [l/s] 10. teniendo los datos de velocidad y área es posible calcular el caudal. 5 3 H [m] 0.37 4.004 24. Qexperiemntal =10.8 5.1969 QSpillway =10.603 30.5 2.90 5.5.03 5.9 5 5.4 5 5.772 [] l s El caudal que pasa por la sección de cresta ancha es calculado con la respectiva ecuación de calibración del canal.2 5.7483∗3. la cual es la siguiente: Q crestaancha =1.4 4.43 26.3 5.5 5.3 5.3 4.2 5.7 5.7483 H 2.772+3.372.5 4.45(0.157 [ ] s Para todas las mediciones se tomó el mismo caudal de cresta ancha.45 B H 3 2 Con B=50 [ cm ] CRESTA ANCHA H [cm] 2.157 .0267 Q [l/s] 3.50)( 0.1969 QSpillway =0.062 30.0267)2 l Qcresta ancha =3.17 5.157 Reemplazando el promedio de las alturas 3 Qcresta ancha =1.829 QSpillway =0.2 5.569 27. 629−13.00165 0. [m3/s] 0.00409 0.929 |∗100 20.01038 0.929[ ] s Porcentaje de error | %Error= | Qteórico −Qexperiemental ∗100 Qteórico |20.48 CÁLCULOS PARTE 2.l Qexperiemntal =13.01508 .629 %Error= %Error=32.00525 0.00602 Q Parshall [m3/s] 0. Para el cálculo de los caudales en las canaletas Parshall y Cresta ancha son usadas las ecuaciones de calibración respectivas. 1 2 3 Q Cresta A. 5354 1.0173 ¿ ¿ Q cresta ancha =1.45 B H 3 2 0. para determinar estos parámetros se usa la tabla en el libro guía. obteniendo entonces: D [in] = k u QParshall =k H u QParshall =0.5354 ( 0.00165 [ m3 ] s Canaleta Parshall La ecuación depende de dos factores k y u.0487 )1.53 QParshall =0.53 QParshall =0.5) ¿ 0.5354 H 1.00525 [] l s 9 0.45(0. Cálculos tipo para el primer caudal Canaleta Cresta Ancha La ecuación de calibración es la misma que fue utilizada en la parte 1 Q crestaancha =1.45(0.0173 ¿ ¿ Qcrestaancha =1. estos pueden ser determinados según el valor del diámetro.53 .5) ¿ Qcrestaancha =0. Comparación de los datos Comparamos los valores sacando la razón que hay entre el caudal de la canaleta cresta ancha con respecto al caudal en la canaleta Parshall. 3.00165 = ∗100 Q Parshall 0. . por tanto los errores serían mayores. Qcrestanacha Q crestanacha = ∗100 Q Parshall QParshall Qcrestanacha 0. ¿a qué se deberán los errores generados en el análisis de cada estructura de medición? Los errores presentados durante la práctica. Desde su punto de vista. los instrumentos de medición (reglas y demás) tienen muy poca precisión al momento de tomar las medidas respectivas. por tanto consideramos que las mediciones deben ayudarse con instrumentación de mayor precisión para que así los resultados sean más precisos. 2. ¿Qué tan precisas son las diferentes estructuras hidráulicas al usarse como estructuras de aforo? De acuerdo a los resultados obtenidos. ¿Qué tan aplicable es la Teoría de Flujo Libre? La teoría es aplicable mientras la geometría de las estructuras permita que se presente esta condición.52 39.91 PREGUNTAS 1.00525 Qcrestanacha =31.35 39. consideramos que se puede deber en primera instancia a las regresiones que realizan. ya que corresponde a una estimación que siempre va a arrojar errores. y de no ser así no aplicaría.52 Q Parshall Q1 Q2 Q3 % 31. ya que las fórmulas y estimaciones utilizadas se basan en que el flujo se encuentre a presión atmosférica. De igual manera. podría decirse que los errores presentados fueron grandes. ya que el más adecuado para caudales grandes es el rectangular y para caudales pequeños es el triangular ya que éste presenta una mayor precisión. por lo que su construcción es bastante económica. La desventaja es que tiene como condición que el flujo de entrada debe ser uniforme para que lo anterior sea aplicable. se debe considerar el caudal a medir. Establezca Una ventaja y Desventaja de alguna de las Estructuras que vimos en el Laboratorio La ventaja de la canaleta de Parshall es que su diseño hidráulico no permite la acumulación de sedimentos y a su vez se encuentra diseñada para que el caudal corresponda a una función lineal del tirante. Al seleccionar el tipo de sección del vertedero a utilizar para aforar. ya que presentan la ventaja de ser de fácil elaboración. CONCLUSIONES El caudal que pasa por la canaleta cresta ancha es aproximadamente el cuarenta por ciento (40%) del caudal medido en la canaleta Parshall. . Debido a que los porcentajes de error puede concluirse que las estructuras de medición no están funcionando correctamente o que en la toma de datos se presentaron errores. Las medidas tomadas experimentalmente en los canales Spillway y cresta ancha presentan un alto porcentaje de error con respecto a al caudal teórico determinado. Los vertederos son el método más sencillo para la medición del caudal de agua en canales abiertos.4.