Modelos Hidraulicos

MODELOS HIDRÁULICOSInformación General:Las diferentes características de los fenómenos que ocurren dentro del campo de la hidráulica, son difíciles de predecir, y más aún cómo estos afectan las estructuras hidráulicas.En hidráulica, el término modelo corresponde a un sistema que simula un objeto real llamado prototipo, mediante la entrada de cierta información que se procesa y presenta en formaadecuada para emplearse en el diseño y operación de obras hidráulicas. Por tanto, un modelo físico a escala reducida, que se suele llamar generalmente MODELO HIDRÁULICO, representa a escala al objeto real o prototipo, tal como un fenómeno, una estructura o una máquina, y cumple ciertas condiciones matemáticas definidas.La condición fundamental que debe cumplir un modelo hidráulico, es la dereproducir adecuadamente las condiciones naturales.La mayoría de fórmulas conocidas en la hidráulica, se basan en consideraciones unidimensionales y bidimensionales, es decir; idealizadas de alguna manera, en contradicción con los fenómenos que ocurren en la naturaleza que son esencialmente tridimensionales. He aquí una de las principales ventajas de los modelos hidráulicos, que son mayormentetridimensionales y que vienen a ser una representación a escala del objeto real o prototipo, tal como un fenómeno, una estructura, etc. Esto implica que estos deben ser semejantes al prototipo, para lo cual debe satisfacer las leyes de similitud geométrica, cinemática y dinámica, que en conjunto relacionan las magnitudes físicas homólogas definidas entre ambos sistemas.Similitud hidráulica:El uso de modeloshidráulicos implica que estos deben ser semejantes al prototipo, para lo cual debe satisfacer las leyes de similitud geométrica, cinemática y dinámica, que en conjunto relacionan las magnitudes físicas homólogas entre ambos sistemas, el prototipo y el modelo.Similitud Geométrica: Es decir; una relación constante entre las longitudes del prototipo y el modelo.Similitud Cinemática: Relaciónconstante entre los valores de las velocidades del prototipo y el modelo. Esta se cumple cuando la forma de los patrones de flujo homólogos son iguales en cualquier tiempo, es decir: hay similitud de movimiento en los sistemas, por lo que la relación de velocidades en puntos homólogos debe ser constante. Para que la similitud cinemática se cumpla, es un requisito que la similitud geométrica se logre.Similitud Dinámica: Relación constante entre las fuerzas en cualquier punto del prototipo y el modelo. La similitud completa del sistema modelo-prototipo, se presenta al cumplirse la similitud dinámica.Condiciones de Similitud:Las condiciones de similitud que se utilizan principalmente en modelos hidráulicos, se obtienen a partir de los números de Reynolds y Froude.Similitud de Reynolds: La condiciónde similitud de Reynolds establece que dos flujos de fluidos no afectados por la gravedad son dinámicamente semejantes si los números de Reynolds son iguales. El número de Reynolds se expresa:Re=ρvL/μDonde: μ = viscosidad dinámica del fluidoρ = densidad del fluidov = velocidad promedio del fluidoL = longitud característica descriptiva de la geometría del campo de flujoEl número de Reynolds es larazón entre las fuerzas de inercia y las viscosas. Para que exista la similitud de Reynolds, debe cumplirse por tanto:〖Re〗_m=〖Re〗_pDonde:〖Re〗_m = Número de Reynolds en el modelo〖Re〗_p = Número de Reynolds en el prototipoSimilitud de Froude: Establece que dos flujos no afectados por fuerzas viscosas son dinámicamente semejantes si los números de Froude son y permanecen iguales. El número de Froude,se expresa así:Fr=V/√gLDonde:V = velocidad del flujoL = longitud característica descriptiva de la geometría del campo de flujog = aceleración de la gravedadEl número de Froude es una relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas de gravedad.Para que exista la similitud Froude, debe cumplirse por tanto que:〖Fr〗_m=〖Fr〗_pDonde:〖Fr〗_m = Número de Froude en el modelo〖Fr〗_p = Número de Froude...