Distribución de la velocidad: la naturaleza y su medida
Lea este artículo para aprender sobre la naturaleza de la distribución de velocidad y su medición mediante flotadores.
Naturaleza de la distribución de la velocidad:
En los canales, el flujo es mayormente turbulento y, por lo tanto, se vuelve un poco difícil medir una velocidad promedio en un punto particular. Pero tres o cuatro observaciones en el mismo punto dan un resultado bastante promedio. Para cualquier tipo de flujo, laminar o turbulento, la distribución de velocidad en la sección transversal del canal tiene algunas características generales. Por lo tanto, para llegar a la velocidad media de flujo es muy esencial comprender la naturaleza del diagrama de distribución de velocidad. La distribución de la velocidad en la sección transversal de un canal rectangular se muestra en la Fig. 15.1, (a), (b) y (c).
Ellos dan:
yo. Isovels en una sección.
ii. Perfil de velocidad en secciones verticales.
iii. Perfil de velocidad en secciones horizontales.
A partir de la figura 15.1, la naturaleza de la distribución de la velocidad es muy clara. El método para trazar el diagrama de distribución de velocidad consiste en medir las velocidades en los centros de los cuadrados pequeños formados por líneas verticales y horizontales imaginarias. Luego, los puntos de velocidades iguales se pueden unir con una curva suave para obtener varias nivelaciones. Así isovel es una curva obtenida uniendo los puntos de velocidades iguales. Las isovels internas son para velocidades más altas.
Se ha experimentado que la velocidad máxima se produce en 0, 15. D a 0.20 D debajo de la superficie del agua en la línea central del canal. La velocidad media en la sección vertical se produce a 0, 6 D por debajo de la superficie del agua. También se ha demostrado que la relación entre la velocidad máxima y la velocidad media es generalmente de 1.2. La figura 15.2 muestra la distribución de la velocidad vertical en cualquier sección.
Medición de la velocidad por flotadores:
Este método es muy simple y da resultados bastante precisos. Este método consiste en anotar el tiempo que tardan los flotadores en recorrer una distancia medida.
Entonces:
Distancia recorrida por un flotador en m / Tiempo tomado en seg. = Velocidad en m / seg.
Los flotadores se pueden clasificar en las siguientes categorías:
yo. Flotadores de superficie
ii. Flotadores subsuperficiales o flotadores dobles
iii. Flotadores gemelos
iv. Barras de velocidad o flotadores de varilla
yo. Flotadores de superficie:
Están hechas de material ligero, por ejemplo, corcho. Para hacerlos fácilmente distinguibles están pintados en la parte superior. Los flotadores de luz se pesan para mantenerlos flotando justo por encima de la superficie del agua. Los flotadores deben ser de un tamaño suficientemente pequeño para que puedan ser transportados más lejos por la velocidad del filamento de la superficie. Generalmente el diámetro del flotador varía de 8 a 16 cm. Por supuesto, es cierto que los flotadores no deben ser demasiado ligeros, ya que entonces el viento puede afectar el movimiento de los flotadores. La medición de la velocidad se realiza como se menciona a continuación (consulte la fig. 15.3).
Dos cuerdas de alambre o cables se estiran a través del canal en ángulos rectos al flujo. Las cuerdas están marcadas para dividir el ancho del canal en varios caminos o pistas para flotadores. Las dos cuerdas están separadas por una distancia conocida. La distancia entre las cuerdas se llama un alcance o una carrera.
Esta distancia debe ser suficientemente larga. Para ríos y grandes canales de riego debe ser de más de 50 metros. Por lo general, 75 metros de longitud es suficiente. Para canales de irrigación revestidos y para canales pequeños no alineados, la longitud mínima de recorrido debe ser de 15 metros.
Una tercera cuerda marcada se estira a través del canal aguas arriba del alcance unos 15 a 20 metros. Los flotadores son liberados en este punto. Cuando los flotadores entran en la carrera, adquieren una velocidad uniforme. Solo se consideran las carrozas que siguen sus respectivas pistas.
Los flotadores pueden observarse a través de los teodolitos para observar con precisión el tiempo que tardan los flotadores en cruzar la carrera. Como la velocidad de los flotadores se ve afectada por el viento, se debe elegir un día tranquilo para realizar observaciones. Por § este método se obtiene la velocidad de la superficie que no es la velocidad media del flujo. Por lo tanto, este valor se debe multiplicar por una constante adecuada para llegar a una velocidad media de flujo.
ii. Flotadores subsuperficiales o doble flotador:
Consiste en un flotador de superficie más ligero unido por un cordón a una esfera metálica hueca o un cilindro que es otro flotador subsuperficial (Fig. 15.4).
El flotador debajo de la superficie es ligeramente más pesado que el agua. La profundidad a la cual se debe confinar la flotación de la sub-superficie se puede aumentar o disminuir ajustando la longitud del cable. El flotador de superficie en este tipo puede tomarse de un tamaño mucho más pequeño para reducir la resistencia al movimiento en la superficie.
Cuando el flotador subsuperficial se ajusta con precisión (aproximadamente 0.2 D por encima del fondo) la velocidad obtenida al sincronizar el flotador de superficie es casi igual a la velocidad media. Este método es superior al flotador de superficie. Sin embargo, la desventaja de este método es que es imposible determinar la posición exacta del flotador del subsuelo.
iii. Flotador Doble:
Consiste en dos esferas metálicas huecas del mismo tamaño unidas por un cordón. Uno de ellos está tan pesado que permanece verticalmente debajo del que flota en la superficie. La velocidad obtenida en este método es la media de las velocidades en la superficie y en la profundidad del flotador. Si el flotador inferior se ajusta de tal manera que simplemente despeja el fondo, la velocidad obtenida será aproximadamente la velocidad media para esa sección vertical.
iv. Barra de velocidad o barra de flotación:
Una varilla de velocidad o un flotador de varilla consiste en un tubo de metal hueco o una varilla de madera. El diámetro de la varilla del flotador es de aproximadamente 3 a 5 cm. La barra se pesa en la parte inferior para mantenerla flotando verticalmente con su parte superior justo por encima de la superficie del agua. La varilla debe ser lo suficientemente larga para cubrir toda la profundidad.
Para adaptarse a diferentes profundidades, la varilla se hace en longitudes ajustables, es decir, se hace telescópica. Para los ríos grandes, los flotadores de varillas pueden estar hechos de troncos de madera de alrededor de 30 cm de diámetro ponderados. Se baja para mantenerlos verticales. Como las malezas interfieren con el uso de varillas, la porción del canal seleccionado como corrida debe estar libre de malezas. La figura 15.5 muestra flotadores de varilla.
La velocidad con la que la varilla se desplaza en el canal es casi igual a la velocidad media sobre su profundidad. Si la longitud del flotador de la barra es igual a la profundidad del flujo, entonces el extremo inferior del flotador puede arrastrarse sobre la cama. Entonces la velocidad de flujo será precisa. Para evitar este problema, el extremo inferior de la varilla generalmente se mantiene ligeramente por encima del lecho del canal, por ejemplo, en D 1 metro. Entonces la velocidad media de la sección se puede calcular a partir de la
Donde V es la velocidad observada de un flotador de varilla.
D es la profundidad del flujo en un canal.
D 1 es la separación entre el extremo inferior de la varilla y el lecho del canal.
El flotador de varilla es adecuado para canales grandes y es mejor que cualquier otro tipo de flotador. Aquí se puede mencionar que el procedimiento de medición de la velocidad de los flotadores en todos los casos es similar al descrito en el método del flotador de superficie.
