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Flujo de Agua

La cantidad de agua descargada a través de un tubo se determina por el siguiente:

  • Altura de carga
  • Longitud del tubo
  • Características de la superficie interior
  • Número y la nitidez de las curvas

La altura de carga se mide verticalmente entre el nivel de la superficie en la entrada del tubo y el nivel en el punto central del extremo de descarga.  El flujo es independiente de la posición de la tubería, independientemente de si está horizontal o inclinada.

Medición de Flujo de agua

El método más exacto que se puede utilizar para medir el flujo de agua es medir el volumen, o  pesar el líquido suministrado. La principal desventaja de estos métodos radica en el hecho de que pueden ser utilizado sólo en la medición de pequeñas cantidades de agua. Grandes cantidades agua de puede medir con los dispositivos siguientes:

  • presa
  • tubos
  • medidor

Vertedero

El vertedero es un dispositivo que se usa comúnmente para medir el flujo de agua. El mismo consiste en una muesca en el lado vertical de un tanque o depósito a través del cual el agua a ser medida puede fluir. El vertedero es especialmente adaptable para medir el flujo de corrientes pequeñas (véase la figura 23).

Para construir un vertedero, una placa con una muesca se coloca a través de una pequeña corriente en algún punto, lo que permite formar un pequeño estanque. La muesca en la placa debe ser biselada en ambos bordes laterales y en la parte inferior.

La parte inferior de la muesca se llama la cresta del vertedero. La cresta debe ser plana y los lados deben ser verticales.

Una estaca debe ser colocada cerca de la orilla del estanque por encima del vertedero a una distancia menor que el ancho de la muesca. La parte superior de la estaca debe estar al nivel de la cresta. La profundidad del agua por encima de la parte superior de la estaca puede ser medida con una regla graduada (véase la figura 23), o puede ser medida con un medidor de gancho para mayor precisión (véase la figura 24).

 

Figura 23 Un típico vertedero. Aquí se usa el vertedero para medir el caudal de agua en un pequeño arroyo.

Figura 24. Medidor de gancho, usado para medir la profundidad del agua sobre el vertedero

El medidor de gancho consiste de una corredera graduada dispuesto para deslizarse en un marco. Se puede ajustar con precisión por medio de un tornillo T  (véase Figura 24) que pasa a través de una  tuerca de orejetas L. Se proporciona también un vernier V.

El medidor de gancho se coloca primero en cero, en dicho punto el gancho está al nivel de la cresta, y la corredera se eleva hasta que el gancho traspasa la superficie del agua. El medidor de gancho se coloca detrás de la presa a evitar el efecto de curvatura a medida que el agua se aproxima al vertedero.

No todas las fórmulas de vertederos obtienen los mismos resultados. La fórmula Francis se ha utilizado ampliamente. Fue derivada de una serie de experimentos con vertederos de 10 pies  (3,05 metros) de la siguiente manera:

donde se cumple lo siguiente:

  • Q es  pies cúbicos por segundo
  • L es la longitud de vertedero, en pies
  • H es la altura de carga sobre la cresta, en pies

Una fórmula que se utiliza para el vertedero con muesca en V (para caudales pequeños) es:

donde se cumple lo siguiente:

H es la altura de carga, en pies, por encima del vértice del triángulo.

Tubo de Pitot

Un tubo de Pitot es un tubo doblado que es utilizado para determinar la velocidad del  agua corriente colocando el extremo curvo debajo de la superficie del agua y observando la altura a la que el agua se eleva en el tubo. Se trata de un tipo de medidor de corriente, y la característica básica es el orificio de filo delgado en el extremo curvado del tubo (véase la figura 25). El principio básico del tubo de Pitot es que cuando se coloca en agua corriente con el orificio se dirigido aguas arriba, el impacto del fluido provoca un exceso de presión en el tubo que es igual a la altura de carga de velocidad.

Figura 25. Principio básico de un tubo de Pitot, usado para medir el flujo de agua

La fórmula del tubo pitot se obtiene de la siguiente manera. La altura de carga de agua en el tubo debido al impacto es v2 / g, la altura de carga causada por la velocidad es v, y el agua debe elevarse una altura h por encima de la superficie. Experimentos han demostrado que la altura real  que el agua se eleva es más, casi igual a la velocidad de la altura de carga v2/2g que v2 / g. Así, la altura de carga h suele ser considerada como:

El coeficiente c es casi constante para cualquier tubo dado. La cantidad de fluido descargado se puede calcular por la siguiente fórmula:

en el que se cumple lo siguiente:

  • Q es la cantidad, en pies cúbicos por segundo
  • c es el coeficiente de descarga para orificio
  • a es el área del orificio
  • h es la altura de velocidad, en pies

Medidor de Venturi

Un medidor de venturi es un instrumento (similar a un reloj de arena) que se utiliza para medir con precisión la descarga de fluido o gas a través de una tubería. Este consiste en una boquilla o reductor cónico, similar a una tobera, seguido por un ampliación más gradual al tamaño original, que es el tamaño de la tubería en la que el medidor está colocado (ver Figura 26).

Figura 26. Principio básico de un medidor venturi que muestra la presión relativa de las alturas de cargas en los puntos A, B, y C.

En la ilustración, las alturas de carga de presión (h1, h2, y h3) se muestran en tubos verticales A, B, C, tal como aparecen cuando se mide mediante columnas de agua abiertas. La altura de carga de presión h2 es menor que h1 en aproximadamente la misma diferencia de altura de carga de velocidad según:

La presión h3 en el tubo C es aproximadamente la misma que en el tubo A, o h1, siendo ligeramente inferior debido a la pérdida causada por la fricción de la corriente de agua. Una ecuación para la descarga más allá del medidor es:

en la que se cumple lo siguiente:

  • Q es la descarga en pies cúbicos por segundo
  • A es el área en A, en pies cuadrados
  • a es un área en B, en pies cuadrados
  • c es el coeficiente (varía entre 0,97 y 1,0)

Sifón

Varios tipos de sifones están en uso:

- Un tubo en forma de U que actúa sobre el principio del equilibrio hidrostático, de modo que la presión en una pierna tiende a igualar la presión en la otra pierna.

- Un tubo doblado de tubería utilizada para transferir líquidos de un barril, y así sucesivamente, en el que el flujo es causado por la diferencia de peso del líquido.

- Un tubo en forma de U provisto de medidores de vapor, y así sucesivamente, de modo que sólo el agua puede entrar en el medidor.

Como se muestra en la figura 27, el agua fluye por la altura h de la columna en A por encima de la superficie del agua es inferior a la altura h1 de la columna B. El flujo es causado por el peso de una columna de agua de longitud (h1 - h).

Si el agua en el vaso de precipitados B está a una elevación más alta que aquella en el vaso de precipitados A, el flujo se invierte (ver Figura 27). Entonces la columna h es más larga  que la columna h1, y la fuerza motriz es causada por el peso de una columna que tiene la longitud (h - h1). La atmósfera presiona igualmente sobre la superficie del agua en el vaso de precipitados,  tendiendo a forzar el agua hacia arriba en las columnas. El peso desigual de agua en las dos columnas altera el equilibrio y hace que el agua fluya desde el vaso de precipitados que tiene la columna más corta al vaso de precipitados que tiene la columna más larga.

Figura 27. Principio básico de un sifón. El caudal va desde la columna más corta a la columna más larga (a la izquierda), y se invierte cuando la longitud de columna se invierte (a la derecha).

 

 

 

 

 

 

 
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