Mecánica De Fluidos

Experiencia MF2-06
Vertederos Triangulares

1. OBJETIVOS

* Hallar y comparar el valor del caudal obtenido a través del vertedero con el caudal real.
* Establecer una regresión potencial para la altura de carga del vertedero vs el caudal (teórico y real).
* Comparar el coeficiente de descarga obtenido con el valor teórico de los libros.

2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Elcaudal en un canal abierto puede medirse con un vertedero. Que consiste en una obstrucción que obliga al líquido a ganar energía de manera que puede pasar a través de la cresta. Con la altura de la superficie aguas arriba se puede determinar el caudal.

La fórmula del caudal teórico se obtiene a partir de un esquema teórico del flujo, sin contracciones de la vena líquida.

Qteorico=8152g tanθ2H52Luego se corrige esta fórmula porque en el flujo real existe una contracción vertical de la vena líquida y también una pequeña pérdida de carga por fricción:

Qreal=Cd8152g tanθ2H52

Cd: coeficiente empírico que varía con H pero cuyo valor teórico es de = 0.6 (coeficiente de descarga)
Qreal es el caudal, en m3/s
P : altura del vertedero
H: carga de agua sobre el vertedero(m)

En ladeducción de la fórmula del gasto teórico se ignora la altura de la velocidad de llegada del agua. La razón es que en la práctica estos vertederos se usan en canales pequeños donde por lo general la velocidad de llegada es muy reducida.

3. EQUIPO

* Un medidor de caudal que permite determinar el caudal circulante.
* Canal de corriente horizontal, de sección rectangular de 40 cm deancho con paredes de vidrio y fondo de concreto.
* Limnímetros para medir los tirantes de agua en el canal.
* Un vertedero triangular de 40cm de ancho.

4. PROCEDIMIENTO

* Se coloca adecuadamente el vertedero triangular.
* Se establece un caudal aleatorio para el canal.
* Se toma medidas del tirante antes del vertedero a 2 m del mismo, con diferentes caudales.


5.CÁLCULOS Y RESULTADOS

A continuación se presentan los cálculos necesarios para completar la tabla, como ejemplo el cálculo para el primer caudal de 15 lps

Qteórico=8152g tan9020,144952
Qt=0,0188m3s=18,81 lps
Entonces Cd=1518,81=0,794

Se presentan los resultados en la siguiente tabla:

Q(lps) | Cota 1 | Cota 2 | Elev. Vertedero | H (cm) |
15 | 40,09 | 10,1 | 15,5 | 14,49 |
25 |43,57 | 10,1 | 15,5 | 17,97 |
20 | 42,14 | 10,1 | 15,5 | 16,54 |





H(cm) | H(m) | Qt (m3/s) | Qt(lps) | Qr(lps) | Cd |
14,490 | 0,1449 | 0,01888 | 18,881 | 15,000 | 0,794 |
17,970 | 0,1797 | 0,03234 | 32,338 | 25,000 | 0,773 |
16,540 | 0,1654 | 0,02628 | 26,284 | 20,000 | 0,761 |
| | | | Cd Prom | 0,776 |

6. FUENTES DE ERROR

En la experiencia se presentan lassiguientes fuentes de error, las cuales serán comprobadas más adelante:

* Medición del caudal real, ya que la precisión del medidor es pobre y puede variar según se cambie de observador.
* Medición de las alturas de tirantes con los limnímetros.

7. GRÁFICOS

Se presentan los gráficos Q vs H para los dos caudales (real y teórico):

8. CONCLUSIONES

* Primero se comprobarála sensibilidad de datos en las fuentes de error:
a) Para corroborar la posibilidad de tener al caudal medido como fuente de error se varía el caudal con +/- 5 lps y se presenta los respectivos resultados obtenidos:

H(cm) | H(m) | Qt (m3/s) | Qt(lps) | Qr(lps) | Cd |
14,490 | 0,1449 | 0,01888 | 18,881 | 20,000 | 1,059 |
17,970 | 0,1797 | 0,03234 | 32,338 | 30,000 | 0,928 |
16,540 |0,1654 | 0,02628 | 26,284 | 35,000 | 1,332 |
| | | | Cd Prom | 1,106 |

Se observa que la variación del caudal solo influye en el cálculo final del coeficiente de descarga; sin embargo, una variación de éste produce valores muy por encima del esperado. Entonces se concluye que la medición del caudal real es una fuente de error sensible.

b) Para comprobar la sensibilidad de la...