8. Lab #8 - Visualizacion Del Flujo en Canales

LABORATORIO #8 VIZUALIZACION DEL FLUJO EN CANALES VARIABLES EN ESTUDIO

PRACTICA #8

SEMANA #8 - II SEMESTRE 2013

H = altura de la cresta del

OBJETIVO:   OBSERVAR EL COMPORTAMIENTO DEL AGUA DURANTE OBJETIVO:

vertedero.

EL FLUJO EN CONDUCTOS ABIERTOS.

V = velocidad del fluido dentro del canal. g = gravedad especifica.. Q = caudal Cw

=

coeficiente

del

vertedero. NR 

=

numero

Reynolds.

de

DESCRIPCION DEL EQUIPO El equipo de visualización del flujo en canales es un accesorio del banco hidráulico, que consiste en un canal transparente de metacrilato dotado de un rebosadero en la parte superior y una placa regulable en el extremo de la descarga. Dicha placa permite regular el nivel del flujo. El agua es suministrada al canal desde la boca de impulsión del banco o Grupo, mediante una tubería flexible, pasando a través de un deposito de amortiguamiento que elimina turbulencias.

PALABRAS CLAVES 1. Lamina de

 vertiente. 2. Lamina

3. Lamina

Dispone de un sistema de inyección de colorante, que consta de un deposito, una válvula de control de flujo y unas agujas que permiten una mejor  visualización del flujo alrededor de los diferentes modelos hidrodinámicos colocados en la parte central del canal. El equipo permite su nivelación mediante patas ajustables. Se suministran varios modelos hidrodinámicos para el estudio de los flujos alrededor de estos.

Capacidad del deposito: 0.30 litros.

6. Vertedero de

Pared Gruesa 7. Vertedero de

Pared delgada.

1. Deposito.

Control. 2.  Válvula de Control. 3.  Agujas. 4. Deposito de Metacrilato. 5. Colorantes. 6. Modelos

hidrodinámicos: Dos alargados, dos circulares de 25 y 50mm de diámetro.

7. Rectángulo

de Varias  Aristas redondeadas. redondeadas.

8. Cuña.

4. Lamina

5. Vertedero.

PARTES DE EQUIPO

 Anchura/longitud: 15/630mm 15/630mm Profundidad aproximada del canal: 150mm

DESARROLLO DE LA PRACTICA. OBJETIVO: 1.

Demostrar el fenómeno asociado con el flujo en un canal abierto.

Con este fenómeno se estudia una nueva aplicación del teorema de bernoulli; el fenómeno del derrame o vertido de un liquido cuando desborda por encima de una pared llamada en este caso:

La aplicación principal de los vertederos consiste en la medida de caudales, pudiendo tener diversas formas como rectangular, trapezoidal, triangular.

Colocar el modelo a utilizar en el canal utilizando los tornillos de sujetación suministrados. El modelo

se colocará en el orificio destinado para tal fin en parte inferior del canal.

En caso de no emplearse ningún modelo habrá que poner tornillos suministrados para esta situación. para la realización de las practicas se tapará con el tornillo el agujero no utilizado.

Se recomienda utilizar un tinte vegetal con densidad similar a la del agua para que las líneas de flujo

sean nítidas.

Poner en marcha la bomba para que el agua empiece a circular por el canal, estando la válvula de

control de la tinta cerrada. Ajustar el flujo a través del canal con la válvula de control de Banco Hidráulico y regulando la compuerta de salida del canal. Para el estudio de vertederos levantar la placa regulable hacia arriba, de modo que el agua no encuentre obstrucción en el desagüe. Según aumentemos el caudal con la válvula de control de flujo del Banco Hidráulico bajaremos la placa regulable para que el agua no rebosa por la parte superior del canal.

 Abrir la válvula de control de tinta de la base del deposito y ajustar la densidad de la corriente.

Para ver la visualización de las líneas de flujo con mayor precisión y claridad se puede colocar una hoja en blanco por la parte trasera del canal.

Medir las alturas aguas arriba del vertedero para diferentes caudales. Tomar nota del caudal proporcionado por el Banco Hidráulico.

CUESTIONES 1. Se va a analizar el flujo en vertederos despreciando la fricción utilizando la teoría potencial.

2. Se va a estimar la distribución de velocidades V 2(h), por encima del vertedero mediante la ecuación

de Bernoulli referida al punto 1 agua arriba de la figura.

Entonces, el caudal sobre el vertedero es aproximadamente: si integramos la velocidad se obtiene:

Donde se acepta que la superficie libre tiene una altura de 2H/3 por encima del vertedero. Normalmente, la altura cinética aguas arriba es despreciable, por lo que se empleará la siguiente ecuación:

Para diferentes caudales introducidos, comprobar que se cumple esta relación. Si no es así, ¿ a qué puede ser debido? Para esta cuestión se tomarán datos de caudales proporcionados por el banco hidráulico

DESARROLLO DE LA PRACTICA. En la formula anterior, aunque es correcta, el coeficiente 0.81 es demasiado elevado. Generalmente, se emplea la ecuación, en la que se introduce un coeficiente de vertedero, Cw:

Conocida la altura para diferentes caudales, determinar el coeficiente del vertedero de pared delgada.

La formula anterior fue obtenida en 1929 por T. Rehbock, quedando de la siguiente manera:

Siendo Y la altura del vertedero y H la altura medida sobre el canal. ¿Coincide la formula de Rehbock con los valores experimentales obtenidos?.

Las formulas anteriores deteminar caudales específicos, a partir de la altura del vertedero, la profundidad aguas arriba medida y la anchura del vertedero para estimar el caudal total.

Coinciden los caudales hallados experimentalmente tomando el vertedero como medidor del caudal con los caudales proporcionados con el banco hidráulico, si hay diferencias, ¿ a que pueden ser debidas?.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL OBJETIVOS: Demostrar el fenómeno asociado con el flujo en un canal abierto.

1.

El otro modelo suministrado sirve para estudiar el la experiencia muestra que al pasar el liquido por un vertedero de pared gruesa, la superficie libre del mismo desciende. Los pasos a seguir a funcionamiento del equipo se refiere, son los mismos que los anteriormente descritos por la practica 1.

2. En el vertedero de pared gruesa se crea una corriente unidimensional de condiciones próximas a las

críticas. Si aplicamos la ecuación de bernoulli aplicada aguas arriba hasta la parte superior del vertedero se obtiene:

2

Siendo V c = gYc, la ecuación anterior de simplica a:

En la que se emplea la misma hipótesis que para un vertedero de pared delgada. Despreciando la carga aguas arriba, se obtiene la ecuación a emplear.

Para las medidas tomadas de las alturas de aguas arriba, comprobar que los caudales obtenidos mediante el uso de esta última formula y los obtenidos directamente por el Grupo o Banco Hidráulico. ¿ Son iguales? Si no lo son, ¿a qué puede ser debido esta diferencia?

CUESTIONES  Al igual que con los vertederos de pared lisa, es más correcto emplear una formula a la que se le haya introducido un coeficiente de vertedero. El coeficiente teórico es Cw = 3-1/2 = 0.577. y la formula recomendada es:

Comprobar a partir de los valores medidos de la altura aguas arriba del vertedero y de la altura del  vertedero el valor del coeficiente. Calcular el caudal tomando el vertedero como medida de caudal.