estudio de flujo en canales abiertos

Práctica 4.1
Estudio de flujo en canales abiertos

1. Introducción
A lo largo de la práctica se pretende cubrir un conjunto de objetivos relacionados con la caracterización y la medida de flujo de fluidos en canales abiertos y estructuras hidráulicas. Se pretende entender y profundizar en la medida de caudal en canales abiertos mediante vertederos. El objetivo de la práctica se va a centraren evaluar la eficacia de los vertederos como estaciones de medida de caudal.
Se considera un canal abierto a un conducto con una superficie libre, que siempre está a presión atmosférica. El flujo en canales abiertos tiene lugar en ríos, arroyos, acequias, desagües, etc. Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un líquido con superficie libre, causando una elevación delnivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor límite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometría; por ello, un vertedero resulta unmedidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos.
Los vertederos de labio fino sirven para medir caudales con gran precisión, mientras que los vertederos de cresta ancha desaguan un caudal mayor y su aplicación es principalmente para el control de nivel como parte de una presa o de otra estructura hidráulica.


Los vertederos de labio fino se clasifican según la forma de la aberturaen: rectangulares, trapezoidales, triangulares y parabólicos. Para los casos en los que el canal abierto sea horizontal o tenga una pequeña pendiente, se puede aplicar la ecuación de la conservación de energía de Bernouilli entre dos puntos de una misma línea de corriente y teniendo en cuenta que para ambos puntos se puede considerar presión atmosférica.

A su vez, los vertederos rectangulares seclasifican en vertederos sin contracción lateral, si el ancho del vertedero es igual al ancho del canal y vertederos con contracción lateral en caso contrario.
Para la medida de caudal con vertederos, la precisión de la medida solamente se puede garantizar si el vertedero está bien ventilado en la zona de descarga, por el lado de aguas abajo.
La ventilación o aireación tiene por objetointroducir aire bajo la lámina de agua vertida, de modo que se encontrará a presión atmosférica tanto por arriba como por abajo y así su situación será equivalente a la del chorro de una manguera. Si en cambio, el vertedero no está ventilado, como las líneas de corriente se van curvando en torno a la cresta del vertedero, se produce una depresión sobre la zona posterior de la pared del vertedero, con loque el agua tiende a pegarse a la pared. El efecto final de esta succión es que en conjunto la lámina de líquido sobre el vertedero baja de nivel y, en definitiva, la relación entre el caudal y la altura de la superficie libre aguas arriba se modifica. Para evitar este efecto no deseado basta con disponer un tubo de suficiente diámetro entre la zona posterior de la pared del vertedero y laatmósfera exterior, pues la succión interior será suficiente para generar una entrada de aire continua.
En esta práctica se van a utilizar tres tipos diferentes de vertederos de labio fino: rectangular, triangular y trapezoidal. A continuación se exponen las principales características de cada uno de ellos.
1. Vertedero rectangular
Qteorico=(b- ) h3/2
h1= profundidad desde arriba
h=h1-PCd=coeficiente corrector de descarga (se calcula experimentalmente)
Qreal=Qteorico*Cd
Cd por Braschmann=0.5757+0.0579 +
2. Vertedero triangular

En la figura anterior se muestra un esquema de la geometría de este tipo de vertedero. El ángulo θ puede tomar cualquier valor, aunque es muy frecuente los vertederos triangulares con θ= 90º.
Procediendo de manera totalmente análoga al caso del...