PRÁCTICA: CANAL HIDRODINÁMICO

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "PRÁCTICA: CANAL HIDRODINÁMICO"

Joaquín Rey Lara
hace 8 años
Vistas:

1 PRÁCTICA: CANAL HIDRODINÁMICO htttp://www3.uco.es/moodle Descripción de los equipos y esquema de la instalación El equipo utilizado para esta práctica es un Canal Hidrodinámico para ensayo de una presa de cresta ancha y un medidor de caudal en canal Venturi. El canal es transparente con una longitud de 2,5 m de largo. El agua es impulsada por una bomba centrífuga desde un depósito de almacenamiento que cierra el circuito de agua. 1. Elemento para canal de 2,5 m. 2. Elemento de admisión con efecto de tobera. 3. Ranura para rebosadero 4. Elemento de desagüe. 5. Depósito de almacenamiento con válvula de desagüe. 6. Instrumento de medición de caudal. 7. Válvula de bloqueo. 8. Caballete con rodamiento fijo, bomba centrífuga y caja de distribución. 9. Conducto de presión. 10. Válvula de evacuación con empalmes de medición. 11. Ajuste de inclinación con volante de mano. Área de Máquinas y Motores Térmicos Prácticas de Laboratorio

2 Objetivos. Los objetivos de esta práctica son: 1. Obtener el caudal de agua a partir del nivel aguas arriba en una presa de cresta ancha 2. Observar la transición desde el comportamiento de presa aliviadero hasta el comportamiento de dique sumergible. 3. Obtener el caudal de agua a partir del nivel aguas arriba en un canal Venturi. 4. Observar la propagación de perturbaciones en distintos tipos de flujo. Introducción teórica. Presa de cresta ancha Una presa de cresta ancha es un bloque rectangular de altura P w y longitud L w que tiene una cresta horizontal sobre la cual el flujo es crítico. Se coloca con la intención de provocar una elevación artificial del nivel aguas arriba. Según la altitud de la corona de la presa en relación al nivel aguas abajo, las presas se clasifican en: - Presas aliviadero. - Diques sumergibles. La misma presa puede presentar comportamiento de aliviadero o de dique sumergible dependiendo del caudal de desagüe. Cuando el caudal es pequeño, la presa actúa como presa aliviadero, pero con grandes caudales la profundidad aguas abajo aumenta con mayor rapidez que aguas arriba y entonces se comporta como dique sumergible. La transición de un comportamiento a otro se produce cuando el nivel aguas abajo supera la altura de la corona de la presa. El parámetro decisivo a la hora de dimensionar una presa en el curso de un río es la altura del aliviadero h. Esta altura se debe medir aguas arriba a una distancia de la presa L > 4h. Si se 2

3 fijan la altura P w y el ancho b de la presa, el cálculo de la altura del aliviadero se reduce a la dependencia h=f(q). En un dique sumergible es difícil determinar matemáticamente su comportamiento, debido al remanso. En un aliviadero perfecto (nivel aguas abajo debajo de la corona de la presa) se obtiene como se describe a continuación. El flujo sobe una obstrucción lo suficientemente alta en un canal abierto es siempre crítico. Por lo tanto la velocidad de flujo sobre un vertedero lo suficientemente ancho se expresa como: (1.1) Donde y c es la velocidad crítica. Entonces el caudal sobre un vertedero de ancho b puede expresarse como: Para relacionar la velocidad crítica y c con la altura del aliviadero h, se utiliza la ecuación de la energía ente la sección aguas arriba y la sección sobre el vertedero para flujos con fricción despreciable: (1.2) (1.3) Sustituyendo V c de la ecuación 1.1 en 1.3, despejando y c y sustituyendo en 1.2 se obtiene: (1.4) Se pueden considerar los efectos de la fricción introduciendo un coeficiente de descarga del vertedero μ. Una ecuación que estima el caudal como función de la altura aguas arriba es: 3

(1.5) Canal Venturi De la misma forma que el medidor Venturi en tubos se utiliza para medir el caudal en flujos cerrados, el canal Venturi se utiliza para medir el caudal en canales abiertos.

4 (1.5) Canal Venturi De la misma forma que el medidor Venturi en tubos se utiliza para medir el caudal en flujos cerrados, el canal Venturi se utiliza para medir el caudal en canales abiertos. El medidor Venturi consiste en dos placas colocadas a cada lado del canal para producir un estrangulamiento en su sección. El cálculo del caudal de paso Q por un medidor Venturi se basa en la Ecuación de Continuidad entre dos secciones 1 y 2 del canal: (2.1) Donde b 1 es la sección del canal antes del medidor, y b 2 medidor Venturi. es la sección mínima dentro del 4

La ecuación de la energía nos da: Si en la sección de estrangulamiento se alcanzan condiciones críticas, entonces y 2 =2/3 E s. Sustituyendo esta expresión en 2.1 y 2.2: (2.2) (2.

5 La ecuación de la energía nos da: Si en la sección de estrangulamiento se alcanzan condiciones críticas, entonces y 2 =2/3 E s. Sustituyendo esta expresión en 2.1 y 2.2: (2.2) (2.3) Donde C es el coeficiente para el estrangulamiento, que depende de los siguientes parámetros: (2.4) Mediante la siguiente gráfica: Método experimental. A continuación se detallan los pasos a seguir para resolver la práctica. Todos los cálculos y resultados se entregarán en un único archivo del programa EES. Se medirá la altura h sobre la corona en la presa de cresta ancha y el nivel aguas arriba del canal Venturi para diferentes caudales. Para ello se seguirán los siguientes pasos: 5

6 1º. Montar la presa de cresta ancha con el borde suave aguas arriba, y el Venturi aguas abajo del anterior. 2º. Asegurarse mediante el interruptor b del cuadro de mando, de que la alimentación a la bomba está cortada (posición off). 3º. Comprobar que no existen tornillos, herramientas u otras piezas sueltas en el interior del canal. Podrían ser absorbidas por la bomba, provocando su daño. 4º. Conectar el equipo a la toma de red eléctrica. 5º. Comprobar que el interruptor de emergencia (c) no está enclavado. Cerrar la válvula que se encuentra situada a la izquierda del cuadro de mando y pulsar el botón de arranque (a). Abrir la válvula suavemente hasta alcanzar el caudal deseado, que se indica en el instrumento de medición del caudal. 6º. Nivelar el canal mediante el volante de mano. 7º. Colocar el dispositivo de medición de nivel sobre el canal y calibrarlo. 8º. Realizar las medidas de nivel necesarias para completar la práctica. 9º. Al finalizar la práctica el canal debe quedar vacío y todos los equipos secos y guardados en su lugar correspondiente. 6

7 Resultados: 1. Obtener el caudal de agua a partir del nivel aguas arriba en una presa de cresta ancha Se completarán las medidas indicadas en la siguiente tabla y se representará mediante EES la curva de caudal frente al nivel h para los valores medidos, junto con los valores calculados mediante la fórmula (1.5). CAUDAL MEDIDO CON PRESA DE CRESTA ANCHA (μ=0,55) Experiencia Q (m 3 /h) h (m) Q calculado (m 3 /h)

8 2. Obtener el caudal de agua a partir del nivel aguas arriba en un canal Venturi Se completarán las medidas indicadas en la siguiente tabla y se representará mediante EES la curva de caudal frente al nivel h para los valores medidos, junto con los valores calculados mediante la fórmula (2.3). CAUDAL MEDIDO CON CANAL VENTURI Experiencia Q (m 3 /h) h (m) C Q calculado (m 3 /h)

Documentos relacionados

PRÁCTICA: TUNEL DE VIENTO

PRÁCTICA: TUNEL DE VIENTO htttp://www.uco.es/moodle Descripción de los equipos y esquema de la instalación El equipo utilizado en esta práctica es un túnel de aerodinámico subsónico HM 70 con un tramo