Prácticas de Laboratorio de Hidráulica

Transcripción

1 Universidad Politécnica de Madrid E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos Prácticas de Laboratorio de Hidráulica Jaime García Palacios Francisco V. Laguna Peñuelas 2010

2 Índice general 5. Molinete Introducción Objetivo de la práctica Descripción del canal Descripción del molinete Descripción del limnímetro Desarrollo de la práctica Datos de entrada Resultados

3 Ejercicio práctico 5 Molinete 5.1. Introducción El molinete es un aparato utilizado para medir la velocidad del flujo en corrientes. Es utilizado habitualmente en canales y ríos para un aforo rápido y aproximado Objetivo de la práctica El objetivo de la práctica consiste en la realización de varias medidas en un canal del laboratorio, comprobando la escasa diferencia que se produce entre ellas mientras no varíe el caudal. Este dato se comprobará con la velocidad determinada a través de la curva de vertido del vertedero triangular de pared delgada y la medida del calado mediante diferencias entre las medidas de fondo y superficie libre realizada con el limnímetro Descripción del canal Una vista del canal puede verse en la figura 5.1. A continuación se procede a la descripción de los diferentes elementos que forman el canal en el sentido de circulación del agua: Deposito de nivel constante, mantenido en función del número de canales funcionando conjuntamente con grupos de bombas de 10, 20 y 30 CV. Este tipo de depósito permite tener una altura de lámina de agua constante en el canal. Las bombas se alimentan del depósito situado bajo el suelo del laboratorio donde vierten los canales. Vertedero rectangular de pared delgada, alimentado del depósito de nivel constante, y dotado de un limnímetro previamente calibrado en función de la distancia al vertedero. La medida de la superficie libre en el limnímetro menos el valor calibrado de 9,75 cm resulta la altura de lámina de agua de vertido. Curva de calibración del vertido que expresa el espesor de lámina de vertido en centímetros 2

4 Descripción del molinete 3 Figura 5.1: Perspectiva del canal donde se realiza el ensayo de la curva de remanso frente al caudal de vertido en litros por segundo. Con esta curva y la medida anterior se obtiene el caudal en el canal. Esta curva puede verse en la figura 5.2 Canal de ensayos con las siguientes características: Longitud: Anchura: Altura: 7,50 m 30 cm 40 cm Pendiente: Variable, al ser un canal basculante que puede adoptar pendientes entre el 1,0 % y el 4,0 %. Esta práctica se realiza con pendiente del 0.0 % Caudal máximo: Otros elementos del canal son: 35 l/s Compuerta intermedia que permite el desagüe libre bajo la misma y que es regulable en altura y que no se utiliza en este ensayo. Compuerta aguas abajo que no se utiliza en este ensayo Descripción del molinete Este aparato consiste en una pequeña hélice de muy escaso rozamiento, calibrada, y conectada a un contador de vueltas en el que se puede fijar el tiempo de lectura. Los tiempos de lectura disponibles son 30 s, 40 s, 50 s, 60 s, 100 s e. El aparato debe disponerse con la hélice totalmente sumergida en el flujo, sin aflorar las aspas en la superficie libre.

5 Descripción del limnímetro 4 Figura 5.2: Curva de calibración del canal donde se realiza el ensayo Una vez fijado el tiempo de lectura se comienza la misma pulsando un botón y al final del intervalo se obtiene en la pantalla el número de vueltas dadas por el molinete. Este número de vueltas n se convierte a revoluciones por segundo (rps) y en función de las curvas de calibración del aparato, se obtiene la velocidad del flujo. Para el aparato utilizado en el laboratorio, las curvas de calibración vienen dadas por: v = 0,2379n + 0,016 si n < 0,64 (5.1) v = 0,2520n + 0,007 si n 0,64 (5.2) Esta curva de calibración se obtiene en un laboratorio de calibrado realizando el experimento al reves, es decir, en un canal con el agua en reposo se desplaza la hélice montada en un carro que se desplaza a velocidad constante y conocida. Con las lecturas a diferentes velocidades se puede construir la curva de calibración y el error admisible del aparato. Hay que tener en cuenta que la distribución de velocidades en un canal o rio no es uniforme en toda la sección, por lo que en el caso de que este sea grande es conveniente realizar medidas en distintos puntos de la sección transversal, asociando áreas de influencia para cada de las medidas para, de esta forma, poder integrar el resultado en toda la sección 5.5. Descripción del limnímetro El limnímetro es un aparato mecánico que permite medir precisiones de longitud en la décima de milímetro, para ello tiene dos escalas, una vertical sobre el tornillo que forma el aparato, con graduaciones de dos en dos centímetros, y una escala circular, situada en un plano horizontal, anular al tornillo anterior, con escala en décima de milímetro y graduación cada dos unidades. Con esta aparato se pueden hacer medida de longitud indirectas, mediante dos medidas sucesivas, así, puede medirse el calado de un canal conociendo la medida de la solera (L 0 ) y de la

6 Desarrollo de la práctica 5 superficie libre de la lámina de agua (L 1 ), siendo el calado (y) la diferencia entre ambas Desarrollo de la práctica En la practica se medirán los siguientes datos: Caudal en el canal a través de la curva del vertedero de pared delgada. Calado en la zona de colocación del molinete, mediante el limnímetro. Velocidad en el centro del canal mediante el molinete. Con estos datos puede obtenerse la velocidad para el caudal de entrada y el calado, o el caudal conocido la velocidad y el calado La relación entre todos estos parámetros viene dada por la ecuación de continuidad: v = Q S = Q by (5.3) siendo: Q Caudal circulante a lo largo del canal (m 3 /s) S Superficie mojada de la sección transversal del canal (m 2 ) v Velocidad media en el canal (m/s) y Calado medido en el canal (m) b Ancho del canal (m) El error relativo entre las velocidades obtenidas en el canal se medirá como la diferencia en valor absoluto entre ambas medidas, partido por la media entre ambas y por cien. siendo: err = v c v m 100 (5.4) v c + v m 2 v c Velocidad media en el canal obtenida a través del caudal en vertedero (m/s) v m Velocidad media en el canal obtenida a través del molinete (m/s) 5.7. Datos de entrada Los datos a recoger en la práctica se rellenan en la tabla 5.1: 5.8. Resultados Con estos datos se obtendrán los siguientes resultados:

7 Resultados 6 Medida 1 Medida 2 Medida 3 Molinete Calado Vertedero n vueltas t medida y 0 y 1 L 0 L 1 Q ( ) (s) (m) (m) (m) (m) (m 3 /s) Tabla 5.1: Datos necesarios para la práctica de velocidad en el canal Velocidad resultante de la medida de caudal en vertedero. Medida 1 V c m/s Velocidad resultante de la medida de caudal en molinete. Medida 1 V m m/s Caudal circulante según el molinete. Medida 1 Q m l/s Error relativo entre las velocidades medidas. Medida 1 err % Comentarios que se desee añadir en relación a esta práctica.