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INFORME VERTEDEROS LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA I UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES Juan José Caballero Galván, Valeria Castaño Arboleda, Francisco J. Meneses Fajardo, Gerónimo Osorio Carvajal.

OBJETIVOS GENERAL -

Conocer los diferentes tipos de vertederos, sus características, funcionamiento y utilidad como medidor de flujo con la ayuda de instrumentos de calibración.

ESPECIFICOS    

Conocer la aplicación y el uso de cada uno de los tipos de vertederos. Determinar el caudal teórico y real de los vertederos que se encuentran en el laboratorio de procesos productivos. Evaluar cada vertedero para encontrar la curva característica de caudal vs altura del líquido. Trazar las curvas de calibración para cada tipo de vertedero empleado.

TABLAS Y RESULTADOS OBTENIDOS Resultados obtenidos por Vertedero

Vertedero Triangular 60°

Vertedero Trapezoidal: Vertedero Trapezoidal Medicion 1 2 3

Volumen Tiempo (L) (s) 10 2,03 10 1,53 10 1,42

Vertedero Triangular 60°:

Caudal L/s 4,93 6,52 7,06

Altura cresta (m) 0,174 0,183 0,187

Volumen Tiempo Medicion (L) (s) 1 10 1,99 2 10 1,77 3 10 1,39

Caudal L/s 5,03 5,65 7,21

Altura cresta (m) 0,215 0,223 0,233

Tabla 2. Datos para vertedero triangular 60°

Tabla 1. Datos para vertedero trapezoidal

Figura 1. Dimensiones Vertedero Trapezoidal

L= 0.12 m P= 0.10 m B= 0.20 m

Figura 2. Dimensiones Vertedero Triangular 60°

Vertedero Semicircular:

Vertedero Rectangular con contracción: Vertedero Rectangular con contraccion

Vertedero Semicircular Medicion 1 2 3

Volumen Tiempo (L) (s) 10 1,99 10 1,75 10 1,55

Caudal L/s 5,03 5,73 6,45

Altura cresta (m) 0,178 0,185 0,189

Medicion 1 2 3

Volumen Tiempo (L) (s) 10 2,11 10 1,78 10 1,51

Caudal L/s 4,73 5,62 6,62

Altura cresta (m) 0,168 0,178 0,185

Tabla 3. Datos para Vertedero Semicircular

Tabla 5. Datos para Vertedero Rectangular con contracción

Figura 3. Dimensiones Vertedero Semicircular

Figura 5. Dimensiones Vertedero Rectangular con contracción

Vertedero Rectangular sin contracción: Vertedero Rectangular sin contraccion Medicion 1 2 3

Volumen Tiempo (L) (s) 10 2,08 10 1,85 10 1,51

Caudal L/s 4,82 5,41 6,62

Altura cresta (m) 0,15 0,155 0,16

MUESTRA DE CÁLCULO Caudal Real: El caudal real para los diferentes tipos de vertederos se calculó tomando un recipiente con un volumen fijo de 10 L y midiendo el tiempo que tarda en llenarse. Se utilizó la siguiente ecuación:

Tabla 4. Datos para Vertedero Rectangular sin contracción

𝑄𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚3 [ ] 1000 ∗ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑠

El caudal real se relaciona en cada una de las tablas (1 -5), para cada una de las mediciones realizadas. Cada medición consistió en abrir o cerrar más la válvula de paso en la alimentación del tanque. Figura 4. Dimensiones Vertedero Rectangular sin contracción

Caudal Teórico: Para el cálculo del caudal teórico se tiene en cuenta la configuración geométrica de cada vertedero y sus respectivas ecuaciones reportadas en la literatura. A continuación se muestran las ecuaciones para el cálculo del caudal teórico:

Vertedero Trapezoidal:

Vertedero Triangular 60°

𝑄 = 1.859 ∗ 𝐿 ∗ 𝐻1.5 Vertedero triangular de 60º

Medicion

Altura cresta (m)

Caudal Teorico m^3/s

Caudal Teorico m^3/s

% Error

1

0,115

0,0050

0,0037

35%

2

0,123

0,0056

0,0044

29%

3

0,133

0,0072

0,0053

36%

𝑄 = 0.775 × 𝐻2.47 Tabla 7. Comparación de datos para Vertedero Triangular

Vertedero Semicircular:

Medicion

Altura cresta (m)

Caudal Teorico m^3/s

Longi tud de Cres ta (m) Caudal Teorico m^3/s

1

0,078

0,0050

0,0132

62%

2

0,085

0,0057

0,0154

63%

3

0,089

0,0065

0,0168

62%

𝑄 = 1.518 ∗ 𝐷0.0693 ∗ 𝐻1.807

Vertedero Semicircular

Vertedero rectangular sin Contracción: 𝑄 = 3,3 ∗ 𝐿 ∗ 𝐻1,5 Vertedero rectangular con contracción:

% Error

Tabla 8. Comparación de datos para Vertedero Semicircular

𝑄 = 1,83 ∗ 𝐿 ∗ 𝐻1,5

Vertedero Rectangular sin contraccion Caudal Altura Medicion Teorico cresta (m) m^3/s 1 0,05 0,0048 2 0,055 0,0054 3 0,06 0,0066

Donde 𝑄: Caudal en

0,144

𝑚3 𝑠

𝐻: Altura de la cresta en m. 𝐿: Longitud de la cresta. 𝐷: Diámetro del Vertedero Semicircular.

|𝑄𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑄𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜| 𝑒= ∗ 100 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑙

RESULTADOS

0,2 % Error 35% 37% 32%

Tabla 9. Comparación de datos para Vertedero Rectangular sin contracción

Vertedero Rectangular con contraccion

Porcentaje de error

Longi tud de Cres ta (m) Caudal Teorico m^3/s 0,0074 0,0085 0,0097

Medicion

Altura cresta (m)

1 2 3

0,068 0,078 0,085

Caudal Teorico m^3/s 0,0047 0,0056 0,0066

Longi tud de Cres ta (m) Caudal Teorico m^3/s 0,0042 0,0051 0,0058

0,128

% Error 14% 10% 14%

Tabla 10. Comparación de datos para Vertedero Rectangular con contracción

Comparación de resultados Vertedero Trapezoidal

Longi tud de Cres ta (m)

0,12

Medicion

Altura cresta (m)

Caudal Teorico m^3/s

Caudal Teorico m^3/s

% Error

1

0,074

0,0049

0,0045

10%

2

0,083

0,0065

0,0053

22%

3

0,087

0,0071

0,0057

23%

Tabla 6. Comparación de datos para Vertedero Trapezoidal

En las siguientes graficas de caudal vs altura de la cresta, se muestran las curvas para los datos teóricos y reales. De esta manera se analiza y compara fácilmente las desviaciones entre las dos formas de medición de caudales, y clasificar que tipos de vertederos son los más convenientes para dicho proceso.

Figura 6. Comparación caudales Vertedero Trapezoidal Figura 10. Comparación Caudales Vertedero Rectangular con contracción

ANALISIS DE RESULTADOS 

Figura 7. Comparación Caudales Vertedero Triangular



 Figura 8. Comparación Caudales Vertedero Semicircular

Después de determinar los caudales teóricos y reales para los 5 tipos de vertederos, se observó que todos presentan algún tipo de desviación entre las dos formas de determinación de caudal, siendo el de mayor exactitud el caudal rectangular con contracción ya que como se observa en la tabla 10, los porcentajes de error son bajos y las curvas mostradas en la gráfica 10 están muy cercanas. En el vertedero semicircular existen algunos datos de caudal que se alejan bastante entre las dos mediciones. Estas desviaciones se asocian a la inadecuada instrumentación utilizada para la medición del caudal real, ya que se presentaban dificultades a la hora de tomar los tiempos en cada medición. Para el resto de vertederos se tiene un rango de error entre 22 y 37%, los cuales se asocian a fuentes de error presentadas en la práctica, por ejemplo errores en medición de caudales por baldometría, o error de medición de la altura de las crestas.

FUENTES DE ERROR 

Figura 9. Comparación Caudales Vertedero Rectangular sin contracción

El método de medición de caudal con balde y cronómetro es poco consecuente, pues existe una gran incomodidad a la hora recibir el flujo a analizar. También es una medida llena de subjetividades pues la perspectiva de cuando se debe parar



el cronómetro, depende de la perspectiva de cuando llega al aforo de los 10 L. Otra posible causa de error puede ser el hecho de usar un flujo turbulento, además contaminado con tantas impurezas, pues los valores de las constantes de proporcionalidad dadas en la correlación, deben estar dadas para condiciones específicas de trabajo, tales como una contaminación, una cantidad de sedimentos permitida, además de un rango de viscosidades establecidas.

RECOMENDACIONES 





Al momento de realizar la toma de datos es necesario tener en cuenta que cuando se realice la práctica la persona encargada de medir volumen y tiempo sea la misma para cada ensayo, todo con el fin de reducir de manera considerable los errores en la toma de datos. Esperar que el proceso se estabilice para tomar valores de alturas del nivel de agua uniformes y así reducir los posibles errores intrínsecos en la experiencia. El método práctico de laboratorio tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que sale por la descarga. Se debe evitar la pérdida de muestra en el momento de aforar, así mismo una adecuada toma de tiempo para no inducir a errores grandes como los presentados anteriormente.

CONCLUSIONES 



El vertedero con menor porcentaje de error en las medidas fue el rectangular con contracción, con cual se puede afirmar que es óptimo para la toma de mediciones de caudal. Se aplicaron los diferentes tipos de vertederos para la medición experimental de caudales.







A pesar de que los vertederos pueden ser una forma fácil de medir caudales en cuanto a su procedimiento, no es factible su instalación dentro de una planta, para ello se cuenta con otros mecanismos más exactos y precisos. Para cada tipo de vertedero existe una ecuación algebraica que modela el comportamiento sistemático y facilita el cálculo de caudales. La serie de errores involucrados en la medición son inevitables, lo que hace que en una práctica experimental siempre se presente una desviación con relación al comportamiento teórico esperado.

Bibliografía 1. http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/ 08_3165_C.pdf 2. http://datateca.unad.edu.co/contenid os/358003/Residuales_Contenido_en _linea/leccin_17__medicin_de_cauda les_de_descarga.html