Enseñanza de Ingeniería Armfield
HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA APLICADAS
Canales de flujo de laboratorio para la enseñanza/investigación de la hidráulica - Versión 1
La gran associación de la compañía con hidráulica aplicada y mecánica de fluidos la llevado al diseño y la instalación de varios equipamientos de investigación según la necesidad del cliente.
Recientemente, los siguientes equipos han sido suministrados:
> Canales de flujo estándar
> Canales de flujo, tanques y dársenas especiales
> Equipos Auxiliares
- Instalaciones de transporte de sedimentos
- Generadores de olas regulares y aleatorias
- Instrumentación
Las caracteristicas clave de una instalacion de canal abierto
Debido a su gran tamaño y a su construccion, pesada por naturaleza, es facil olvidar que un canal de flujo es un instrumento y en muchos casos se le exige un alto nivel de integridad, respecto tanto a sus dimensiones de trabajo como a su capacidad de obtener resultado repetibles.
Armfield reconoce la necesidad de precisión, exactitud y repetibilidad. Estas son las piedras angulares del diseño, de la fabricacion y de la instalacion final.
Dimensiones
Las dimensiones críticas de un canal de flujo son la longitud de trabajo y la sección (anchura y profundidad). Longitud de trabajo significa también longitud utilizable. En demasiadas ocasiones, las turbulentas condiciones de entrada ocupan una parte importante de lo que se podría describir como la sección de trabajo antes de que se produzcan condiciones apropiadas de flujo. Los canales de flujo de Armfield están diseñados para maximizar la longitud de trabajo. Las dimensiones totales del canal de flujo también son minimizadas, mediante un cuidadoso diseño de las condiciones de entrada y salida y un uso lógico del espacio que queda por debajo del canal de flujo y en su proximidad. Por ejemplo, siempre que sea posible, los depósitos se colocan en el suelo, paralelos al canal de flujo y están cubiertos, proporcionando una pasarela de acceso a la sección de trabajo.
Materiales de construcción
Los materiales constructivos son de primerísima importancia, no sólo para la durabilidad y longevidad exigidas de un equipo costoso, sino para que se adecue al propósito que se desee. Muchos canales de flujo se utilizan para estudios de transporte de sedimento y por tanto los materiales que entran en contacto con el sedimento deben ser resistentes a la abrasión. En estos casos, Armfield incorpora como norma acero inoxidable en el lecho de los canales de flujo.
Otro ingrediente imprescindible es la claridad de la visualización de flujo, especialmente en caso de utilizar anemometría de láser doppler o fotografía sofisticada. Incluso el agua potable desgasta las superficies, pero si el agua contiene partículas abrasivas, como por ejemplo sedimento, dañará rápidamente un material blando. Por esa razón, todos los canales de flujo de Armfield se fabrican con paneles de visualización de vidrio endurecido, sean pequeños ojos de buey o secciones de trabajo completas. El uso del vidrio endurecido también constituye una característica de seguridad. En el improbable caso de que un panel de vidrio estallara, no se rompería en peligrosas astillas cortantes, sino en pequeños dados relativamente inocuos.
Siempre que sea posible, los componentes más básicos que están en contacto con el agua están fabricados en materiales no corrosivos, por ejemplo plástico o GRP. Las bombas son normalmente de acero, pero cuando se utilizan sedimentos, recomendamos el uso de bombas especiales, típicamente con recubrimiento interno de vidrio. Cuando se elige madera o un material compuesto para la base y/o los laterales del canal de flujo, éstos llevan un tratamiento especial para protegerlos contra el ingreso de agua.
Configuración y montaje
Los canales de flujo Armfield, tanto los productos estándar como
los personalizados, se construyen siguiendo el principio de la modularidad.
Esto permite entregarlos al cliente en secciones prefabricadas y más
manejables. Los diseños son tan cuidados que en la mayoría
de los casos, con la ayuda del manual de instrucciones, los clientes pueden
montar y poner en marcha el equipo sin necesidad de recurrir a nuestro
personal experto. No obstante, esta opción siempre está
disponible, y Armfield tendrá mucho gusto en proporcionar presupuesto
para la instalación, puesta en marcha y, en su caso, formación
básica.
Facilidad de uso
La experimentación puede ser una tarea larga y tediosa. A menudo, se necesitan largos periodos de trabajo para reunir suficientes datos significativos. Es en estas circunstancias que el usuario ve las ventajas de un equipo que ha sido cuidadosamente diseñado desde el punto de vista ergonómico.
Armfield incorpora muchas características para facilitar la vida del operador. Todos los controles en una sola consola, montada en el suelo. Opciones eléctricas para válvulas de control, sistemas de elevación y represas. Instrumentación de medición de flujo de lectura directa, con lectura digital en la consola de control. Carros de instrumentación motorizados en tres ejes. Una altura de trabajo lógica que ofrece un acceso cómodo a la sección de trabajo.
ARRIBAHidrÁulica: Rendimiento y DiseÑo de sistemas
Flujo uniforme
Teniendo en cuenta el limitado espacio físico de un canal de flujo de
laboratorio, es de vital importancia lograr las mejores condiciones de
trabajo lo más rápidamente posible una vez que el flujo
entra en la sección de trabajo. Esto depende en gran medida de
las condiciones de entrada, y en particular, del método usado para
amortiguar y dirigir el flujo cuando entra en el tanque de entrada y es
redirigido a la sección de trabajo.
Diseño del tanque de entrada
El diseño del tanque de entrada adoptado en general como estándar
por Armfield es la culminación de 40 años de experiencia
y ensayos en profundidad en modelos. El resultado es un tanque de forma
cuidada, con laterales y base perfilados, pero manteniendo una longitud
compacta, ingrediente esencial para minimizar el derroche de espacio de
laboratorio. Dentro del tanque se utilizan diversos dispositivos de amortiguación.
Control de nivel - La Represa de salida
De igual importancia es el método de controlar el nivel dentro del
canal de flujo. Esto se hace normalmente mediante una represa en el extremo
de descarga. Hay muchas opciones posibles, pero la solución más
frecuente de Armfield es una represa basculante ajustable de paso superior
o, para condiciones de flujo más complejas, una represa tipo persiana
con lamas verticales u horizontales.
Suministro de agua
Tradicionalmente, los laboratorios hidráulicos se construían con depósitos de agua en el subsuelo y tanques de carga elevados conectados a un suministro de agua. Los laboratorios modernos rara vez tienen estas instalaciones. No obstante, Armfield puede suministrar canales de flujo en configuración no autónoma, suministrados desde un tanque de carga existente y descargando en un depósito-sumidero de laboratorio, o como instalaciones totalmente autónomas, con depósitos montados en el suelo, bombas, tuberías, válvulas y caudalímetros integrados, e incluyendo, si es necesario, bucles de recirculación de sedimentos.
De vez en cuando se requieren canales de flujo que cumplan ambos criterios.
Éstos también pueden ser suministrados.
Modelos experimentales e instrumentaciÓn
Está disponible una gama de instrumentos para canales de flujo, canales y dársenas:
H1- 1 a H1-11 Limnímetros de punta y gancho con escala Vernier
H12-1 a H12-7 Manómetros incluyendo manómetros de agua,
presurizados, de agua-mercurio
H12-8 a H12-9 Medidores de presión portátiles
H30-1H a H30-3H Tubos de Pitot
H32 Medidor de turbulencia/velocidad
H33 a H33-8 Sondas, indicadores y registradores de velocidad
H40-1-1 a H40-2-3 Sistemas de sondas de olas
Están disponibles catálogos individuales detallados previa solicitud
Está disponible una completa gama de modelos experimentales e instrumentos de medición. Éstos proporcionan la base para un gran número de experimentos prácticos de flujo en canal abierto, incluyendo el uso y la operación de estructuras de regulación y medición.
Siempre que ha sido posible, se han utilizado materiales anti-corrosión
con el fin de reducir el tiempo de mantenimiento y aumentar la vida útil
de los modelos.
S6-20: Represas de placa - (Acero inoxidable)
> represa ajustable de paso inferior accionada por tornillo
> placa de represa rectangular de paso superior
> represa con abertura triangular
S6-21: Represas de cresta ancha - (GRP
> represa rectangular de esquina aguda
> represa rectangular con perfil aerodinámico
S6-22 Canal de flujo Venturi - (GRP)
Un juego de molduras de GRP para instalar un canal de flujo Venturi en
la sección del canal.
S6-23: Represa de gola y tablero de manómetros - (GRP)
Ocho puntos de muestreo de presión (2 aguas arriba, 5 aguas abajo, 1 en el ápice) con tablero piezométrico de múltiples tubos.
S6-24: Modelos de vertedero de presa - (GRP)
Con las siguientes secciones intercambiables de aguas abajo:
> zarpa de vertedero
> zarpa de disipador de energía
> peto con disipador de energía retirable
S6-25: Vertedero de sifón - (acrílico)
Con respiradero ajustable.
S6-26: Sifón autorregulador - (acrílico)
S6-27: Lechos rugosos - (GRP)
Dos secciones de diferente rugosidad. Cada una de ellas consta de tres
módulos dispuestos para cubrir una longitud de 2,5m.
S6-28: Pilote vibrador
Para estudiar la emisión de vórtices por pilotes y otras estructuras altas.
S6-29: Balanza y modelos de sustentación y resistencia - (GRP)
Tres modelos - cilindros de diámetro grande y pequeño y una sección aerodinámica.
S6-30: Tubo de Pitot y tablero de manómetros - (GRP)
Con carrito para mediciones transversales y ajuste de altura con nonio, y un manómetro de agua/parafina para la medición de pequeñas diferencias de presión.
S6-31: Represa de Crump - (GRP)
Un solo punto de muestreo de presión en el ápice, con tubo piezométrico.
S6-32: Canal de flujo Parshall - (GRP)
Uno de los canales de flujo de mayor uso para olas estacionarias; permite la comparación de las características de carga-flujo del canal con la documentación publicada.
S6-33: Canal de flujo WSC - (GRP)
Desarrollado por el Washington State College, este canal de flujo trapezoidal se ajusta más a las secciones de canales naturales y transporta el sedimento incluso más libremente que el canal de flujo Parshall.
S6-35: Generador de olas
Generador sencillo, regular, tipo compuerta, diseñado para ser
montado en el tanque de descarga del canal de flujo.
S6-36: Playa
S6-37: Monitorización de flujo Zagni
El sistema consta de un tablero de manómetros y carrito de instrumentos autónomos con tubo de Pitot y tubos de interconexión. Este sistema puede utilizarse para establecer los parámetros básicos del flujo de fluidos en el canal, incluyendo inclinación inversa, perfiles superficiales, perfiles de presión y perfiles de velocidad.
S6-40: Portainstrumentos
Movimiento longitudinal y transversal y bloqueo de posición.
S6-42: Medidor de velocidad y accesorios
Sonda de velocidad y medidor digital, con accesorios de montaje en el canal. Rango 0,6 a 3m/seg.
H-1: Limnímetro de punta y gancho
Diseñado para ser montado en S6-40.
ARRIBAGeneradores de olas
La generación de olas y los efectos de las olas son áreas de estudio significativas. Los generadores de olas en sí varían desde sencillos sistemas mecánicos para ondas regulares hasta sistemas de generación aleatoria de olas con múltiples palas que pueden ser controlados por computadora. Para muchas aplicaciones, en especial modelos costeros y estudios en canal de flujo, es suficiente contar con olas de cresta larga y olas aleatorias direccionales para modelar el estado del mar. Para estudios offshore y algunos problemas de aguas poco profundas, se requieren componentes multidireccionales.
En canales de flujo o canales abiertos, tales como los descritos en este folleto, existen varios tipos de generador de olas apropiados. Para instalaciones de laboratorio a pequeña escala, están disponibles máquinas eléctricas a pistón. En el caso de los canales de flujo más grandes, hay máquinas de pistón hidráulicas, y para aguas más profundas, generadores de ola tipo cuña. Los canales de flujo pueden utilizarse para el estudio del comportamiento de rompeolas, diques costeros y playas, o para investigación básica.
Los generadores de olas de múltiples componentes crean olas complejas de cresta corta. Muchos generadores de este tipo utilizan paletas con compuertas abisagradas, y se utilizan, por ejemplo, en dársenas offshore donde se ensayan modelos de plataformas petrolíferas y de gas. Para aguas pocas profundas, el mecanismo de pistón es la opción mecánica de preferencia.
Cualquiera que sea la aplicación, Armfield puede suministrar un sistema completo diseñado para cumplir sus requisitos específicos.
S6-45 Generador de olas aleatorias
Esta máquina utiliza la represa con bisagra del tanque de descarga
del Canal de flujo S6 de Armfield como paleta. El equipo adicional consiste
en una caja de control, una caja de filtro y un conector plano de 50 vías.
Hay dos tarjetas para instalar en una PC.
Software de generación de olas
> Olas regulares
> Olas irregulares - ruido blanco filtrado
> Olas irregulares - serie Fourier
> Técnicas de generación de olas definidas por el usuario
Se trata de un paquete avanzado de software diseñado para simular condiciones marítimas de olas de cresta larga. Puede generar olas Regulares, Irregulares y Solitarias.
Se ejecuta en cualquier PC compatible con Windows que tenga instaladas las dos tarjetas de interfaz suministradas con el software.
La instalación es realizada por un programa de instalación. Después de la instalación, permite introducir y guardar en un archivo todos los datos dimensionales pertinentes de la paleta.
La función de transferencia experimental puede ser introducida y guardada para una variedad de profundidades de agua.
Los requisitos de altura y periodo de ola se introducen a escala completa (prototipo) junto con la escala del modelo que se está usando.
Cuando se está ejecutando, la pantalla muestra los parámetros del estado de mar generado y una visualización gráfica en tiempo real del movimiento de la paleta.
Para mas información sobre S6-45, solicite la hoja de datos S6-45 provisional
ARRIBACanales de flujo inclinables especiales
Muchas áreas de estudio requieren o pueden ser mejoradas usando
canales de flujo con capacidad de inclinación. Normalmente se trata
de una inclinación positiva, pero a veces se requiere una inclinación
negativa.
El aspecto más importante de un canal de flujo inclinable es el mantenimiento de la integridad de la sección de trabajo, es decir, mantener las tolerancias.
Esto requiere un diseño extremadamente rígido que garantice una deflexión prácticamente nula, cualquiera que sea la carga o la inclinación. El diseño del sistema de elevación también es de vital importancia en este respecto.
La construcción general de estos canales de flujo es similar a la del canal de flujo inclinable S6 MKII descrito.
Las dimensiones pueden ajustarse según los requisitos de la instalación.
Sistemas de elevación
Los canales de flujo inclinables necesitan un sistema que los eleve y baje. La necesidad de estabilidad y el tamaño y peso de la instalación hacen que este aspecto sea de vital importancia.
Están disponibles varias opciones, incluyendo elevadores de cadena e hidráulicos. Ninguno de estos sistemas, sin embargo, ofrece el nivel de precisión repetible que se puede obtener con tornillos ajustables impulsados con sistemas de ejes y cajas de engranajes. La elección Armfield.
Los canales de flujo largos precisan una serie de puestos de elevación cuidadosamente interconectados para evitar la distorsión del bastidor principal.
En los canales de flujo más largos, o cuando se necesitan grados de inclinación extremos, un mecanismo de pivote en cada puesto asegura que los tornillos mantengan la posición vertical en todo momento.
Otras características incluyen indicadores para el ajuste de la inclinación, "cojinetes" blandos para limitar el ruido, transmisiones eléctricas (opcionales) y sistemas de detección que permiten la operación únicamente si todos los tornillos de elevación se mueven de forma coordinada.
ARRIBACanales de flujo de lecho fijo, tanques de olas y dÁrsenas
No todas las aplicaciones necesitan que el canal de flujo sea inclinable. En muchos casos es suficiente que la unidad tenga una posición horizontal fija. En estos casos existen más opciones constructivas. La disposición más flexible es un formato desmontable de paneles de madera/material compuesto y vidrio.
Construcción de paneles de madera/material compuesto y vidrio
Los canales de flujo de este tipo son invariablemente de lecho fijo, puesto que la estructura no ofrece la rigidez necesaria para canales de flujo inclinables. El formato desmontable es especialmente adecuado para instalaciones de investigación que pueden requerir canales de flujo de diferentes proporciones. El diseño desmontable proporciona la máxima flexibilidad para el montaje del canal de flujo, tanques de entrada y salida, y bombas y tubos de servicio.
Las paredes están fabricadas en madera contrachapada barnizada
o materiales compuestos y paneles de vidrio intercambiables. Un compuesto
para juntas especial, que permanece plástico, es impermeable y
se une al vidrio o a la madera/material compuesto, sella los paneles que
están soportados también por perfiles de acero dulce. Estas
secciones están espaciadas a intervalos regulares y soportan el
lecho y los paneles laterales del canal de flujo mediante bulones de elevación
ajustables. De esta manera es posible nivelar y alinear el canal de flujo
con la máxima precisión.
Construcción con lecho de acero y paredes de vidrio
Estos canales de flujo, cuya construcción es parecida a la descrita para S6 Mk II, no requieren el sofisticado bastidor y sistema de elevación de un canal de flujo inclinable. Se apoyan en sencillos bastidores en "A", aunque la precisión de la sección de trabajo permanece en los mismos altos niveles especificados para todos los demás canales de flujo.
ARRIBATransporte de sedimentos
Los estudios relacionados con el movimiento del lecho son cada vez más pertinentes, y frecuentemente se centran en cuestiones medioambientales. Esta cuestión, cuyo estudio en el campo es de notoria dificultad, se presta al estudio detallado mediante un canal de flujo en el entorno controlado de un laboratorio.
Sistemas de recirculación de sedimentos
En la experimentación, se presenta frecuentemente la necesidad de erosión y/o deposición. Esto requiere la circulación de sedimentos. Para esta configuración, un canal de flujo requiere un bucle de recirculación que permita que el agua que contiene el sedimento en suspensión sea recirculada. Los canales de flujo de Armfield pueden ser diseñados para incorporar dichos bucles, con tuberías diseñadas para asegurar que el sedimento permanezca en suspensión y no se deposite en el resto del sistema.
El sedimento es abrasivo, y por esta razón la elección
de materiales es de especial importancia. Las bombas normalmente tienen
un recubrimiento interior de vidrio, las válvulas se reducen al
mínimo y la medición del flujo se realiza mediante caudalímetros
electromagnéticos que no requieren la presencia de ningún
componente dentro del flujo. Las zonas de visualización de flujo
deben ser de vidrio endurecido, y el acero inoxidable es imprescindible
en la base y en los tanques y depósitos.
Sistemas sin recirculación
Estos sistemas tienden a ser más complejos y requieren que el sedimento sea recogido tras la descarga, bien mediante un tanque de amortiguación, bien mediante hidrociclones.
Equipos Auxiliares
Este apartado incluye típicamente alimentadores de sedimento y muestreadores de sedimentos. Armfield tiene una extensa experiencia en todas estas opciones, y tendrá mucho gusto en asesorarle sobre su pedido.
ARRIBACanales EstÁndar
CANALES DE FLUJO ESTÁNDAR (S6 MKII).
ARRIBAGarantía del productoTodos los productos Armfield se suministran con una Garantía Extendida de dos años |
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