Universidad Peruana Los Andes - UPLA- Faculta de IngenieraCarrera Profesional de Ingeniera Civil

INFORME TECNICO N010-2011-UPLA

I. DATOS GENERALES:

1.1 ASIGNATURA: Laboratorio de Mecnica de Fluidos e Hidrulica1.2 PARTICIPANTES: Baquerizo Salas Brandon Rojas Munive Luz Vilchez Tapia Rolando 1.3 TITULO DEL ENSAYO Derrame de lquidos por vertedero de pared delgada1.4 GRUPO Mircoles 1:00 3:151.5 FECHA 14 DE DICIEMBRE 2011

II. EQUIPOS Y/O MATERIALES

FME00. Banco Hidrulico

DESCRIPCIN

Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teora hidrulica y las propiedades de la mecnica de fluidos. Compuesto por un banco hidrulico mvil que se utiliza para acomodar una amplia variedad de mdulos, que permiten al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecnica de fluidos. Equipo autnomo (depsito y bomba incluidos). Innovador sistema de ahorro de agua consistente en un depsito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que devuelve el excedente de agua a dicho depsito. Vlvula de desage fcilmente accesible. Dispone de un depsito escalonado (volumtrico) para medir caudales altos y bajos, adems de una probeta de un litro de capacidad para caudales an ms bajos. Tubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del depsito superior. Caudal regulado mediante un vlvula de membrana. Pantalla amortiguadora de flujo para reducir el grado de turbulencia. Canal en la parte superior especialmente diseado para el acoplamiento de los mdulos, sin necesidad de usar herramientas. El montaje de los distintos mdulos, sin necesidad de utilizar herramientas, asegura su simplicidad. Fabricado con materiales resistentes a la corrosin lo que garantiza una larga vida til del equipo. Bomba centrifuga. Interruptor de puesta en marcha de la bomba, seguridad y piloto de encendido. Cada mdulo se suministra completo y de fcil y rpida conexin al banco, maximizado as el tiempo disponible para que el estudiante realice su experimento de demostracin o medida. Utilizable con distintos Equipos del rea de Mecnica de Fluidos:

POSIBILIDADES PRCTICAS Medida de caudales.

ESPECIFICACIONES Banco hidrulico mvil, construido en polister reforzado con fibra de vidrio y montado sobre ruedas para moverlo con facilidad. Bomba centrfuga 0,37 KW, 30- 80 litros/min, a 20,112,8m, monofsica 220V./50Hz 110V./60Hz. Rodete de acero inoxidable. Capacidad del depsito sumidero: 165 litros. Canal pequeo: 8 litros Medida de flujo: depsito volumtrico calibrado de 07 litros para caudales bajos y de 0-40 litros para caudales altos. Vlvula de control para regular el caudal. Probeta cilndrica y graduada para las mediciones de caudales muy bajos. Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeo escaln y cuya finalidad es la de soportar, durante los ensayos, los diferentes mdulos. Vlvula de cierre, en la base de tanque volumtrico, para el vaciado de ste. Rapidez y facilidad para intercambiar los distintos mdulos.

DIMENSIONES Y PESO Dimensiones: 1130 x 730 x 1000 mm. aprox. Peso: 70 Kg. aprox.

SERVICIOS REQUERIDOS Toma de agua para llenado del depsito. Desage. Cronmetro. Suministro elctrico: monofsico, 220V/50 Hz 110V./60 Hz.

FME09. Visualizacin de Flujo en Canales

DESCRIPCIN El mdulo 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 impulsin del Banco Hidrulico (FME00) del Grupo de Alimentacin Hidrulica Bsico (FME00/B),mediante una tubera flexible, pasando a travs de un depsito de amortiguamiento que elimina las turbulencias. Dispone de un sistema de inyeccin de colorante, que consta de un depsito, una vlvula de control de flujo y unas agujas que permiten una mejor visualizacin del flujo alrededor de los diferentes modelos hidrodinmicos, los cuales se colocan en la parte central del canal. Nivelacin del mdulo mediante patas ajustables. Se suministran varios modelos hidrodinmicos para el estudio del flujo alrededor de stos.

POSIBILIDADES PRCTICAS Derrame de lquidos por vertederos de pared delgada. Derrame de lquidos por vertederos de pared gruesa. Modelos con perfil de ala sumergidos en una corriente fluida. Aerodinmica. Modelos circulares sumergidos en una corriente fluida. Aerodinmica. Demostracin del fenmeno asociado con el flujo en canales abiertos. Visualizacin de las lneas de flujo alrededor de distintos modelos hidrodinmicos sumergidos.

ESPECIFICACIONES Capacidad del depsito de colorante: 0,3 litros. Anchura/longitud del canal aprox.: 15/630 mm. Profundidad del canal aprox.: 150 mm. Depsito de amortiguamiento que elimina las turbulencias. Modelos hidrodinmicos: Dos alargados. Dos circulares de 25 y 50 mm. de dimetro. Rectngulo con aristas redondeadas. Cua. Sistema de conexin rpida incorporado. Estructura de aluminio anodizado.

DIMENSIONES Y PESO Dimensiones: 900 x 450 x 500 mm. aprox. Peso: 7 Kg. aprox.

SERVICIOS REQUERIDOS Banco Hidrulico (FME00) Grupo de Alimentacin Hidrulica Bsico (FME00/B). Colorante vegetal (Fluorescena C20H12O5). Cronmetro.

III. MARCO TEORICO

Ecuacin de FrancisLa ecuacin de Francis, desarrollada en 1823, es la ms comnmente utilizada para la estimacin del caudal descargado en vertederos rectangulares. Para vertederos con contraccin y despreciando la velocidad de aproximacin, La Ecuacin de Francis es:

Donde:Q = caudal b = Longitud de Cresta del Vertederon = Nmero de contraccionesH = Lamina de Agua sobre la cresta del VertederoCuando: , La ecuacin de Francis es:

SEGN LA 1RA CONDICINSEGN LA 2DA CONDICIN

IV. PROCEDIMIENTO

1) Se encendi la motobomba y maniobrando la vlvula de alimentacin se llen el interior del tanque hasta una cierta altura.2) Se medi la altura del umbral con un escalmetro.3) Se midi la altura de la lmina de agua sobre la cresta del vertedero de pared delgada.4) Se realizo el ensayo para determinar en cul de ellos la ecuacin: cumpla el requisito para poder utilizar la ecuacin:

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 catedrtico.

V. TABLA DE REGISTRO DE DATOS

Altura de vertedero =7Ancho de vertedero =1.5Lamina de Agua sobre la cresta del Vertedero = 2.4

VI. DATOS PROCESASOS

PRIMER PASO: Ecuacin de Francis

SEGUNDO PASO: Calculo del caudal = Q1

0.0001021

TERCER PASO: clculo de la velocidad = V0

CUARTO PASO: clculo de la altura = h

QUINTO PASO: Calculo del caudal = Q2

0.0001039

COMPARANDO LOS CAUDALES = Q1; Q2.

0.0001021

0.0001039

Si Q1 Q2 Contina la iteracin desde el tercer paso

TERCER PASO: clculo de la velocidad = V0

CUARTO PASO: clculo de la altura = h

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 mnimaEl caudal calculado es: 0.0001040

CUESTIONES

1. Para diferentes caudales introducidos comprar que se cumpla esta relacin sino es as debido a que pueda ser:

Rpta: Debido a una errnea aplicacin de la formula y tambin 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 ecuacin introduciendo un coeficiente de vertedero

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 hidrulico?

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 Tambin puede ser debida a una mala aplicacin de la formula

CONCLUSIONES

El modelo hidrulico es una ayuda importante para el diseo de las obras hidrulicas difciles de analizar por medio de un modelo matemtico, siempre y cuando el diseo de un modelo reducido sea correcto, est bien operado y los resultados sean interpretados con sentido crtico. En este proyecto se conocen principios fundamentales sobre los vertederos, como son la medicin de caudales, coeficientes de descarga en funcin 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 prctica utilizamos la formula determinada por Francis. El elevar la altura del umbral, nos ayudara 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, tambin se observa que se va alejando de la siguiente relacin: Cuando se encuentra contraccin en el canal, se utiliza el nmero de Manning para la ecuacin de Francis. S es posible visualizar el flujo permanente, ya que tendramos el caudal constante, y adems el rea es conocida, la velocidad resulta ser constante obtenindose as un flujo permanente. En el ensayo se observo las diferentes lneas de corriente para cada modelo. El vertedero de pared delgada es importante que tenga la pared de aguas arriba vertical, est colocado perpendicularmente a la direccin de la corriente, y, la cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que esta sea triangular, la bisectriz del ngulo est vertical.

El derrame de liquido en pared gruesa es ms rpida 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 lquidos de mayor viscosidad para poder notar las diferencias que esto podra representar.

RECOMENDACIONES

Existen varias frmulas para calcular la descarga a travs de vertederos es recomendable aplicar la que ms se acerque a nuestras condiciones geomtricas para as tener resultados confiables. Las placas a utilizar se deben acoplar exactamente en el canal para que no exista prdida de caudal. Se debe seguir un procedimiento riguroso para la toma de datos y as obtener resultados confiables para el anlisis de las prcticas. Limpiar tanto el tanque como el canal peridicamente de modo que estas impurezas no afecten la toma de datos Utilizar la relacin para seccin 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 nmero de contracciones influye en la ecuacin de Francis, con sus diferentes tipos de materiales. Aumentar el nmero de ensayos para el trabajo en el laboratorio para tener ms informacin. No olvidar medir altura (Y) del vertedero utilizado y ancho del canal. Realizar los ensayos con materiales de mayor precisin en cuanto a la toma de las medidas y distancias. Mediante el colorante, determinar el punto crtico 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, asegurndose que el equipo quede completamente limpio, vlvulas cerradas y sitio de trabajo seco y en orden. Abrir lentamente la vlvula de regulacin hasta que se visualicen las lneas de flujo con el colorante. Anotar, describir y/o dibujar el comportamiento de las lneas de flujo a travs de las obstrucciones (vertedero o ala). Cerrar la vlvula de regulacin Verificar que el depsito de tinta y las agujas y estn limpias, haciendo pasar agua corriente por el depsito y abriendo la vlvula de regulacin hasta que salga agua limpia por las agujas. Desalojar completamente el agua y cerrar la vlvula de regulacin,

1Laboratorio de Mecnica de Fluidos e Hidrulica