Informa mecanica de fluidos
Páginas: 12 (2935 palabras)
Publicado: 24 de marzo de 2011
Universidad del valle
Servicios de Laboratorio
Laboratorio de Hidráulica II
Practica Nº 6
USO DE ESTRUCTURAS PARA MEDICION DE
CAUDAL A SUPERFICIE LIBRE - VERTEDEROS
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.
1.1. INTRODUCCIÓN.
La medición de caudales en cursos con flujo a superficie libre tiene diferentes propósitos, en general asociados al grado de influencia de las aguas en el entorno,en este sentido es importante conocer caudales en sistemas de distribución de agua, sistemas de riego, instalaciones hidroeléctricas, alcantarillas, ríos, torrenteras, etc.
Las estructuras de medición de caudales en cursos con flujo a superficie libre, en general se clasifican según su forma en los siguientes tipos:
a) Vertederos de cresta ancha
b) Vertederos de cresta corta
c) Vertederosde pared delgada
d) Medidores a régimen crítico
La presente práctica trata de la calibración y uso de vertederos de pared delgada y de medidores a régimen crítico.
1.2. VERTEDEROS DE PARED DELGADA
Un vertedero de pared delgada es un vertedero en el cual el ancho de la cresta en el sentido longitudinal del flujo, es suficientemente pequeño para no influir en el desarrollo del flujo sobreel vertedero.
Para la determinación de la relación altura - caudal, se aplica el teorema de Bernoulli, asumiendo que el vertedero funciona como un orificio con superficie libre. Para ello se deben asumir las siguientes condiciones:
a) La altura de agua sobre la cresta es igual a la altura de energía por lo que no existe contracción.
b) Las velocidades sobre la cresta son casi horizontalesc) La altura de la velocidad de aproximación aguas arriba es despreciable.
La velocidad en un punto arbitrario de la sección de control se calcula mediante la ecuación de Torricelli, referida a la Figura 1:
El caudal total se obtiene integrando la ecuación anterior entre los límites m = 0 y m = h1
Donde x denota el ancho local de la garganta del vertedero a la altura del punto m.Finalmente se introduce un coeficiente de descarga Cd y se obtiene la ecuación general de flujo sobre un vertedero de pared delgada:
El ancho de la cresta del vertedero debe cumplir:
Donde :
H1 => Altura de energía medida desde la base del vertedero
L => Espesor de la cresta del vertedero
También se debe cumplir la condición de que la pared de aguas abajo del vertedero mantenga unacirculación de aire adecuada para lograr un flujo libre de la capa de agua, de lo contrario, además de la distorsión del flujo sobre la cresta, es posible ocasionar daños en el material del vertedero si las frecuencias del flujo, del aire y de la pared del vertedero se aproximan.
Se resalta que la Figura 1 anterior, muestra el perfil longitudinal de un vertedero de pared delgada con flujo encondiciones ideales.
Las formas mas usuales para las secciones transversales de vertederos de pared delgada son la rectangular, triangular y trapezoidal.
1.3. Vertedero rectangular de pared delgada
Para una sección de control rectangular, x = bc = constante. La ecuación ec.3 se puede escribir de la siguiente forma:
Resolviendo:
1.4. Vertedero triangular de pared delgada
Para unvertedero triangular de pared delgada, referirse a la Figura 3:
Reemplazando en la ecuación ec.3 :
Resolviendo:
1.5. Efecto de contracciones
La contracción en el flujo sobre un vertedero ocurre cuando el ancho de la base del vertedero es menor que el ancho del canal (bc < B). En la Figura 4 se muestra el efecto de la contracción en las líneas de flujo.
Para evitar la distorsión en lamedición de caudales debida a la contracción del flujo, Francis propuso corregir el valor del ancho del vertedero mediante las siguientes relaciones.
1.6. Efecto de la velocidad del flujo aguas arriba
En la mayoría de los casos prácticos, la influencia de la velocidad de llegada del flujo al vertedero es insignificante; sin embargo, es necesario tomarla en cuenta si es que la velocidad de...
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Laboratorio de Hidráulica II
Practica Nº 6
USO DE ESTRUCTURAS PARA MEDICION DE
CAUDAL A SUPERFICIE LIBRE - VERTEDEROS
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.
1.1. INTRODUCCIÓN.
La medición de caudales en cursos con flujo a superficie libre tiene diferentes propósitos, en general asociados al grado de influencia de las aguas en el entorno,en este sentido es importante conocer caudales en sistemas de distribución de agua, sistemas de riego, instalaciones hidroeléctricas, alcantarillas, ríos, torrenteras, etc.
Las estructuras de medición de caudales en cursos con flujo a superficie libre, en general se clasifican según su forma en los siguientes tipos:
a) Vertederos de cresta ancha
b) Vertederos de cresta corta
c) Vertederosde pared delgada
d) Medidores a régimen crítico
La presente práctica trata de la calibración y uso de vertederos de pared delgada y de medidores a régimen crítico.
1.2. VERTEDEROS DE PARED DELGADA
Un vertedero de pared delgada es un vertedero en el cual el ancho de la cresta en el sentido longitudinal del flujo, es suficientemente pequeño para no influir en el desarrollo del flujo sobreel vertedero.
Para la determinación de la relación altura - caudal, se aplica el teorema de Bernoulli, asumiendo que el vertedero funciona como un orificio con superficie libre. Para ello se deben asumir las siguientes condiciones:
a) La altura de agua sobre la cresta es igual a la altura de energía por lo que no existe contracción.
b) Las velocidades sobre la cresta son casi horizontalesc) La altura de la velocidad de aproximación aguas arriba es despreciable.
La velocidad en un punto arbitrario de la sección de control se calcula mediante la ecuación de Torricelli, referida a la Figura 1:
El caudal total se obtiene integrando la ecuación anterior entre los límites m = 0 y m = h1
Donde x denota el ancho local de la garganta del vertedero a la altura del punto m.Finalmente se introduce un coeficiente de descarga Cd y se obtiene la ecuación general de flujo sobre un vertedero de pared delgada:
El ancho de la cresta del vertedero debe cumplir:
Donde :
H1 => Altura de energía medida desde la base del vertedero
L => Espesor de la cresta del vertedero
También se debe cumplir la condición de que la pared de aguas abajo del vertedero mantenga unacirculación de aire adecuada para lograr un flujo libre de la capa de agua, de lo contrario, además de la distorsión del flujo sobre la cresta, es posible ocasionar daños en el material del vertedero si las frecuencias del flujo, del aire y de la pared del vertedero se aproximan.
Se resalta que la Figura 1 anterior, muestra el perfil longitudinal de un vertedero de pared delgada con flujo encondiciones ideales.
Las formas mas usuales para las secciones transversales de vertederos de pared delgada son la rectangular, triangular y trapezoidal.
1.3. Vertedero rectangular de pared delgada
Para una sección de control rectangular, x = bc = constante. La ecuación ec.3 se puede escribir de la siguiente forma:
Resolviendo:
1.4. Vertedero triangular de pared delgada
Para unvertedero triangular de pared delgada, referirse a la Figura 3:
Reemplazando en la ecuación ec.3 :
Resolviendo:
1.5. Efecto de contracciones
La contracción en el flujo sobre un vertedero ocurre cuando el ancho de la base del vertedero es menor que el ancho del canal (bc < B). En la Figura 4 se muestra el efecto de la contracción en las líneas de flujo.
Para evitar la distorsión en lamedición de caudales debida a la contracción del flujo, Francis propuso corregir el valor del ancho del vertedero mediante las siguientes relaciones.
1.6. Efecto de la velocidad del flujo aguas arriba
En la mayoría de los casos prácticos, la influencia de la velocidad de llegada del flujo al vertedero es insignificante; sin embargo, es necesario tomarla en cuenta si es que la velocidad de...
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