MEDICIONES HIDRAULICAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA FACULTAD DE MINAS – CIVIL – AMBIENTAL ESCUELA PROFESIONAL D
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MEDICIONES HIDRAULICAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA FACULTAD DE MINAS – CIVIL – AMBIENTAL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
INFORME Nº 001-2018-MEDIONES HIDRAULICAS/FIMCA/EPIC-UNH A
: ING. KARINA CUTTI HUALLPA Docente del curso de Mediciones Hidráulicas
DE
ASUNTO
:
ÑAHUINCOPA UNOCC, Enma Cera
: Visita y recolección de datos de laboratorio de mediciones hidráulicas en Huancavelica
REFERENCIA :
Indicación verbal del docente.
FECHA
21 de Julio del 2018
:
_______________________________________________________________ Por medio del presente es grato dirigirme hacia su persona con la finalidad de hacerle llegar el saludo cordial y a la vez hacerle conocimiento del informe sobre la visita y recolección de datos de laboratorio de mediciones hidráulicas en Huancavelica, en el cual se realizó jueves 19 de julio del presente año. Esperando su consideración y amabilidad de su persona pongo de su conocimiento mi trabajo que fue realizado, la cual detallare líneas abajo. Es todo cuanto informo para su conocimiento y demás fines que estime por conveniente.
ATENTAMENTE: Mi persona
MEDICIONES HIDRAULICAS
CAPITULO I MEDICION DE CAUDAL EN VERTEDERO DE PARED DELGADA
1. OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL
Medir el caudal en cuatro tipos de vertederos OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el nivel de aguas arriba ho con caudales máximos y mínimos para los cuatro tipos de vertederos.
2. DEFINICIÓN: Los vertederos de paredes delgadas son vertederos hidráulicos, generalmente usados para medir caudales. Para obtener resultados fiables en la medición con el vertedero de pared delgada es importante que:
tenga la pared de aguas arriba vertical,
esté colocado perpendicularmente a la dirección de la corriente, y,
la cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que ésta sea triangular, la bisectriz del ángulo esté vertical.
Además, debe cuidarse de mantener la presión atmosférica debajo de la lámina vertida; el canal aguas arriba debe ser recto y estar desobstruido. La carga ho, sobre la cresta del vertedero debe ser medida a una distancia suficiente, aguas arriba, para no tener influencia de la curvatura de la superficie líquida en la
MEDICIONES HIDRAULICAS proximidad del vertedero. Para mantener la presión del aire, y evitar que este se vea succionado, acercando la lámina de agua al aliviadero, se instalan sistemas e aireación (generalmente tubos a los lados por donde entra el aire).
3. VERTEDERO DE PARED DELGADA VERTEDERO DE PARED DELGADA
Q = Caudal que fluye por el vertedero bw = Ancho de la cresta B = Ancho del canal de acceso ho = Nivel de aguas arriba h = Carga en el vertedero hw = Altura de la cresta referida al fondo del canal u = coeficiente del vertedero
𝒉 = 𝒉𝒐− 𝒉𝒘 →Carga en el vertedero
3.1. TIPOS DE VERTEDEROS:
MEDICIONES HIDRAULICAS
Vertedero rectangular sin contracción
Vertedero rectangular con contracción
Vertedero triangular
Vertedero trapezoidal
3.2. FORMULA DE VERTEDEROS A.- Vertedero rectangular sin contracción 2
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ 𝐵 ∗ ℎ 3
3
3 2
𝑚3 /𝑠 Ecuacion de Poteni
𝑚3 /𝑠 (Formula de Francis)
𝑄2 = 1.84 ∗ 𝐵 ∗ ℎ2
B.- Vertedero rectangular con contracción 2
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ 𝑏𝑤 ∗ ℎ 3
3 2
𝑚3 /𝑠 Ecuacion de Poteni 3
𝑄2 = 1.84 ∗ (𝑏𝑤 − 0.2 ∗ ℎ) ∗ ℎ2
𝑚3 /𝑠 (Formula de Francis)
MEDICIONES HIDRAULICAS C.- Vertedero triangular
𝑄1 =
8
5
𝛼
∗ 𝑢 ∗ tan ( ) ∗ √2𝑔 ∗ ℎ2 15 2 5
𝑚3 /𝑠
𝑚3 /𝑠 (Formula de Thomson)
𝑄2 = 1.4 ∗ ℎ2
D.- Vertedero trapezoidal (Cipolletti) 3
2
4
𝜃
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ ℎ2 ∗ [𝑏𝑤 + ∗ ℎ ∗ tan ( )] 𝑚3 /𝑠 3 5 2 3
𝑚3 /𝑠 (Formula de Francis)
𝑄2 = 1.859 ∗ 𝑏𝑤 ∗ ℎ2
Coeficiente de Vertedero A)
B)
𝑢 = 0.615 ∗ [1 + 𝑢 = [0.578 +
1
1000∗ℎ+1.6
𝑏𝑤 0.037( )2 𝐵
C)
𝑢 = 0.565 +
D)
𝑢 = 0.64
] ∗ [1 + 0.5(
0.0087 √ℎ
,
3.615−3∗(
+(
ℎ ℎ+ℎ𝑤
𝑏𝑤 2 ) 𝐵
1000∗ℎ+1.6
)2 ] 𝑏𝑤
ℎ
)] ∗ [1 + 0.5( 𝐵 )4 ∗ (ℎ+ℎ𝑤)2 ]
𝛼 = 90°
Experimentalmente
4. EN LABORATORIO El método consiste en determinar el nivel de aguas arriba ho con caudales máximos y mínimos para los cuatro tipos de vertederos. Una vez obtenido los valores de ho se calcula el caudal siguiendo el procedimiento de las formulas ya dadas por las ecuaciones correspondientes para sacar el caudal por los cuatro tipos de vertedero. Paso 01. Los datos del caudal ya están dados según los cuatro tipos de vertederos.
A)
10 𝑚3 /h – 90 𝑚3 /h
B)
10 𝑚3 /h – 70 𝑚3 /h
C)
10 𝑚3 /h – 34 𝑚3 /h
D)
10 𝑚3 /h – 50 𝑚3 /h
MEDICIONES HIDRAULICAS
Máquina para digitar los datos:
Es el programa que da inicio al El programa gunt transmite los datos en funcionamiento de la máquina y ese lapso de tiempo a la computadora y la controla el caudal, cuando se digita computadora de igual manera transmite los datos de cada tipo de vertedero.
(están conectados entre sí.).
Indicador de nivel:
EQUIPO PORTA
Este equipo se encarga de lecturar los datos de Nivel de aguas arriba ho.
MEDICIONES HIDRAULICAS
A.- Vertedero rectangular sin contracción
Imagen 01. Con un caudal de 10 m3/h como minimo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 203.39 mm
→ 10 m3/h
Imagen 02. Con un caudal de 90 m3/h como máximo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 295.95 mm
B.- Vertedero rectangular con contracción
→ 90 m3/h
MEDICIONES HIDRAULICAS
Imagen 03. Con un caudal de 10 m3/h como minimo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 210.36 mm
→ 10 m3/h
Imagen 04. Con un caudal de 70 m3/h como minimo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 305.36 mm C.- Vertedero triangular
→ 70 m3/h
MEDICIONES HIDRAULICAS Imagen 05. Con un caudal de 10 m3/h como mínimo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 253.83 mm
→ 10 m3/h
Imagen 06. Con un caudal de 34 m3/h como máximo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 308.86 mm
→ 34 m3/h
D.- Vertedero trapezoidal
Imagen 07. Con un caudal de 10 m3/h como mínimo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 225.68mm → 10 m3/h
MEDICIONES HIDRAULICAS
Imagen 08. Con un caudal de 50 m3/h como máximo. Obteniendo 𝒉𝒐 = 225.68mm → 10 m3/h
Obteniendo el dato de Nivel de aguas arriba (𝒉𝒐 ) tenemos lo siguiente: A)
B)
C)
D)
ℎ𝑜
= 203.39 mm = 0.203 m
→ 10 m3/h
ℎ𝑜
= 295.95 mm = 0.296 m
→ 90 m3/h
ℎ𝑜
= 210.36 mm = 0.210 m
→ 10 m3/h
ℎ𝑜
= 305.36 mm = 0.305 m
→ 70 m3/h
ℎ𝑜
= 253.83 mm = 0.254 m
→ 10 m3/h
ℎ𝑜
= 308.86 mm = 0.308 m
→ 34 m3/h
ℎ𝑜 = 225.68 mm
= 0.226 m → 10 m3/h
ℎ𝑜 = 309.59 mm
= 0.309 m → 50 m3/h
Ejercicio 01: Desarrollar con los datos obtenidos de laboratorio y calcular el caudal por los cuatro tipos de vertedero.
A.- Vertedero rectangular sin contracción Para ho = 0.203 m (minimo) → 10m3/h
MEDICIONES HIDRAULICAS
B = 0.284 m hw = 0.18 m ho = 0.203 m (minimo) h = ho – hw → h = 0.023 m u = 0.64 g = 9.81 m/s
𝑢 = 0.615 ∗ [1 +
1
ℎ
] ∗ [1 + 0.5 (
1000∗ℎ+1.6
ℎ+ℎ𝑤
2
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ 𝐵 ∗ ℎ 3
3 2
)2 ] = 0.64
𝑚3 /𝑠
3 𝑚3 2 𝑄1 = ∗ 0.64 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.284 ∗ 0.0232 = 1.872183057 ∗ 10−3 𝑚3 /𝑠 3 𝑠
𝑄1 = 1.872183057 𝑥10−3 ∗ 3600 = 6.74 𝑚3 /ℎ 3
𝑚3 /𝑠 = 6.56 𝑚3 /ℎ
𝑄2 = 1.84 ∗ 𝐵 ∗ ℎ2
Para ho = 0.296 m (maximo) → 90m3/h B = 0.284 m hw = 0.18 m ho = 0.296 m (maximo) h = ho – hw → h = 0.116 m u = 0.67
𝑢 = 0.615 ∗ [1 + 2
1
] ∗ [1 + 0.5 (
1000∗ℎ+1.6 3
ℎ
ℎ+ℎ𝑤
)2 ] = 0.67
𝑚3 /𝑠 = 0.02219925342 𝑚3 /𝑠
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ 𝐵 ∗ ℎ2 3
𝑄1 = 0.02219925342 ∗ 3600 = 79.92 𝑚3 /ℎ 3
𝑄2 = 1.84 ∗ 𝐵 ∗ ℎ2
𝑚3 /𝑠 = 74.32 𝑚3 /ℎ
MEDICIONES HIDRAULICAS B.- Vertedero rectangular con contracción Para ho = 0.210 m (minimo) → 10m3/h B = 0.284 m bw = 0.22 m hw = 0.18 m ho = 0.210 m (minimo) h = ho – hw → h = 0.03 m u = 0.66
𝑏𝑤 3.615 − 3 ∗ ( 𝐵 )2 𝑏𝑤 2 𝑏𝑤 ℎ 𝑢 = [0.578 + 0.037( ) + ( )] ∗ [1 + 0.5( )4 ∗ ( )2 ] = 0.66 𝐵 1000 ∗ ℎ + 1.6 𝐵 ℎ + ℎ𝑤 3
2
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ 𝑏𝑤 ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 3
3
2
𝑄1 = ∗ 0.66 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.22 ∗ 0.032 3
𝑚3 𝑠
= 2.227956673 𝑥 10−3 𝑚3 /𝑠
𝑄1 = 2.227956673 𝑥 10−3 ∗ 3600 = 8.02 𝑚3 /ℎ 3
𝑄2 = 1.84 ∗ (𝑏𝑤 − 0.2 ∗ ℎ) ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 = 7.37 𝑚3 /ℎ Para ho = 0.305 m (maximo) → 70m3/h B = 0.284 m bw = 0.22 m hw = 0.18 m ho = 0.305 m (maximo) h = ho – hw → h = 0.125 m u = 0.63
𝑏𝑤 3.615 − 3 ∗ ( 𝐵 )2 𝑏𝑤 2 𝑏𝑤 ℎ 𝑢 = [0.578 + 0.037( ) + ( )] ∗ [1 + 0.5( )4 ∗ ( )2 ] = 0.66 𝐵 1000 ∗ ℎ + 1.6 𝐵 ℎ + ℎ𝑤 2
3
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ 𝑏𝑤 ∗ ℎ2 3
2
3
𝑚3 /𝑠
𝑄1 = ∗ 0.63 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.22 ∗ 0.1252 𝑚3 /𝑠 = 0.01808783103𝑚3 /𝑠 3
MEDICIONES HIDRAULICAS 𝑄1 = 0.01808783103 ∗ 3600 = 65.12 𝑚3 /ℎ 3
𝑄2 = 1.84 ∗ (𝑏𝑤 − 0.2 ∗ ℎ) ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 = 57.08 𝑚3 /ℎ C.- Vertedero triangular Para ho = 0.254 m (minimo) → 10m3/h B = 0.284 m hw = 0.18 m ho = 0.254 m (minimo) h = ho – hw → h = 0.074 m u = 0.60
𝛼 = 90°
𝑢 = 0.565 + 𝑄1 = 𝑄1 =
8
8
0.0087 √ℎ
= 0.60 5
𝛼
∗ 𝑢 ∗ tan ( ) ∗ √2𝑔 ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 15 2 5
90
∗ 0.60 ∗ tan ( ) ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.0742 15 2
𝑚3 𝑠
= 1.803340265 𝑥 10−3 𝑚3 /𝑠
𝑄1 = 1.803340265 𝑥 10−3 𝑥 3600 = 6.50𝑚3 /ℎ 5
𝑄2 = 1.4 ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 = 7.51 𝑚3 /ℎ Para ho = 0.308 m (maximo) → 34m3/h B = 0.284 m hw = 0.18 m ho = 0.308 m (maximo) h = ho – hw → h = 0.128 m u = 0.63
𝛼 = 90°
𝑢 = 0.565 + 𝑄1 =
8
0.0087 √ℎ 𝛼
= 0.59 5
∗ 𝑢 ∗ tan ( ) ∗ √2𝑔 ∗ ℎ2 15 2
𝑚3 /𝑠
MEDICIONES HIDRAULICAS 𝑄1 =
8 15
5
90
∗ 0.59 ∗ tan ( ) ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.1282
𝑚3
2
𝑠
= 6.977889148 𝑥 10−3 𝑚3 /𝑠
𝑄1 = 6.977889148 𝑥 10−3 ∗ 3600 = 25.12𝑚3 /ℎ 5
𝑄2 = 1.4 ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 = 29.54 𝑚3 /ℎ
D.- Vertedero trapezoidal Para ho = 0.226 m (minimo) → 10m3/h bw = 0.11 m hw = 0.18 m ho = 0.226 m (minimo) h = ho – hw → h = 0.046 m u = 0.64
𝜃 = 22.9°
2
3
4
𝜃
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ ℎ2 ∗ [𝑏𝑤 + ∗ ℎ ∗ tan ( )] 𝑚3 /𝑠 3 5 2 3
2
4
22.9
5
2
𝑄1 = ∗ 0.64 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.0462 ∗ [0.11 + ∗ 0.046 ∗ tan ( 3
)] 𝑚3 /𝑠
𝑄1 = 2.175748054 𝑥 10−3 ∗ 3600 = 7.83 𝑚3 /ℎ 3
𝑄2 = 1.859 ∗ 𝑏𝑤 ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 = 7.26 𝑚3 /ℎ Para ho = 0.309 m (maximo) → 50m3/h bw = 0.11 m hw = 0.18 m ho = 0.309 m (maximo) h = ho – hw → h = 0.129 m u = 0.64
𝜃 = 22.9° 2
3
4
𝜃
𝑄1 = ∗ 𝑢 ∗ √2𝑔 ∗ ℎ2 ∗ [𝑏𝑤 + ∗ ℎ ∗ tan ( )] 𝑚3 /𝑠 3 5 2
MEDICIONES HIDRAULICAS 𝑄1 =
2 3
∗ 0.64 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗
3 0.1292
∗ [0.11 +
4 5
∗ 0.129 ∗ tan (
22.9 2
)] 𝑚3 /𝑠
𝑄1 = 0.01127466768 ∗ 3600 = 40.59 𝑚3 /ℎ 3
𝑄2 = 1.859 ∗ 𝑏𝑤 ∗ ℎ2 𝑚3 /𝑠 = 34.11 𝑚3 /ℎ RESULTADOS FINALES A)
B)
C)
D)
→ 10 m3/h → 𝑄1 = 6.74 𝑚3/ℎ , 𝑄2 = 6.56 𝑚3/ℎ ℎ𝑜 = 0.296 m → 90 m3/h→ 𝑄1 = 79.92 𝑚3 /ℎ, 𝑄2 = 74.32 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜 = 0.210 m → 10 m3/h→ 𝑄1 = 8.02 𝑚3 /ℎ , 𝑄2 = 7.37 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜 = 0.305 m → 70 m3/h→ 𝑄1 = 65.12 𝑚3 /ℎ , 𝑄2 = 57.08 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜 = 0.254 m → 10 m3/h→ 𝑄1 = 6.50 𝑚3 /ℎ , 𝑄2 = 7.51 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜 = 0.308 m → 34 m3/h→ 𝑄1 = 25.12 𝑚3 /ℎ , 𝑄2 = 29.54 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜 = 0.226 m → 10 m3/h → 𝑄1 = 7.83 𝑚3 /ℎ , 𝑄2 = 7.26 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜 = 0.309 m → 50 m3/h → 𝑄1 = 40.59 𝑚3 /ℎ , 𝑄2 = 34.11 𝑚3 /ℎ ℎ𝑜
= 0.203 m
Concluyendo: Los resultados obtenidos del caudal es demasiado lejano de los caudales ya dados, eso quiere decir que hubo demasiada perdida del caudal en el proceso de evaluación en el laboratorio. LABORATORIO DE MEDICIONES HIDRAULICAS EN HUANCAVELICA