Velocidad

Velocidad en lámina libre

Introducción:
A la hora de medir la velocidad, tendremos que usar unos métodos y unos instrumentos distintos dependiendo de si tenemos que medirla en tuberías o canales. Las diferencias entre medir en tuberías y canales es que en un canal hay superficie libre que se encuentra sometida a presión atmosférica, mientras que en el transporte a presión, en tuberías, elfluido llena completamente el conducto y se encuentra sometido a una presión local, también tenemos que la distribución de velocidades en una sección del canal es irregular y depende de su forma y su rugosidad en cada sección, dando velocidades distintas a la solera, la superficie libre y el flujo interno.

Distribución de velocidades en una sección.
La existencia de una superficie librecombinada con el rozamiento del fluido con el contorno del canal provoca que la distribución de velocidades en una sección transversal no sea uniforme. Esta velocidad va de 0, en el contorno (condición de adherencia perfecta), y crece hasta llegar a un valor máximo, que se da normalmente a una profundidad que puede variar entre el 5 y el 25 % del calado, dependiendo de factores como: 1-La geometría de lasección transversal. La forma de la sección condiciona la distribución de velocidades en aspectos como la simetría, el ancho, la curvatura, etc.

2-La rugosidad del canal. La distribución vertical de velocidades muestra una curvatura más grande, cuando más grande es la rugosidad.

3- Existencia de curvas. La velocidad se incrementa por el lado externo por la acción de las fuerzas centrifugas.Sabiendo esto, vemos que medir la velocidad del agua en un canal es bastante complicado. A continuación explicaremos los aparatos que usaremos para medir las velocidades, y que velocidades mediremos.

Tubo de Pitot
El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero francés Henri Pitot en 1732 sirve para calcular la presión total, (suma de la presión estática y de la presión dinámica).

En elpunto (1) del esquema, embocadura del tubo, se forma un punto de estancamiento, la velocidad allí (v1) es nula. Entonces tenemos que: Z0 + P0/γ+ V02/2g = Z1 + P1/γ+ V12/2g Z0 = Z1 P1 = γ · l →P1/γ = l V1 = 0 →V12/2g = 0 P0/γ+ V02/2g = l

Ahora podemos comparar con un piezómetro o un tubo estático:

y podremos hallar la velocidad: Pa/γ = h1 Pa/γ+ Va2/2g = h2 h1 –h2 = h Va2/2g = h

MolineteHidráulico
Un molinete está formado por una hélice, que gira impulsada por la corriente del fluido. La medida consiste en contar el número de vueltas que da la hélice por unidad de tiempo(n), y este valor se relaciona con la velocidad del agua (V) mediante una ecuación de la forma: V=a+bn Se pueden contar el número de vueltas de una forma mecánica o eléctrica. Actualmente la mayoría de contadoresson eléctricos, y consisten en un contacto interno que se cierra por cada vuelta del eje, permitiendo generar un impulso eléctrico fácilmente detectable. El principal inconveniente de este aparato es que nos da una velocidad puntual, por lo que para conocer la distribución de velocidades de toda la sección necesitaríamos poner varios molinetes, y contra más irregular sea la sección mas variaraesta, necesitando más molinetes. Las ventajas es que es un aparto barato y eficaz, bastante sencillo de usar.

Estos aparatos hay que calibrarlos, ya que los buenos se hacen casi a medida. Para calibrarlos, se introducen en un canal, unidos a una plataforma, y se hace avanzar esta plataforma a una velocidad constante, contando el número de vueltas que da el molinete y el tiempo. Sabiendo lavelocidad y las vueltas que ha dado en un tiempo determinado, se puede ajustar una recta con los valores tomados para distintas velocidades. Saldrá una grafica del estilo:

Puede que los puntos nos den una curva, la cual aproximamos con dos rectas.

Sensor de ultrasonidos
Los sensores de ultrasonidos en canales tienen un funcionamiento muy parecido al que le damos en tuberías. Podemos usarlos...