Enseñanza de Ingeniería Armfield
HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA APLICADAS
Canal de demostración de transporte de sedimentos S8 MKII - Issue 5
Esta version mejorada de la instalacion didactica de transporte de sedimentos de Armfield permite demostrar todas las formas de fondo que se producen en un lecho movil al aumentar el flujo y/o su pendiente.
El Canal puede utilizarse para realizar la mayor parte de los experimentos y demostraciones normalmente efectuados en canales de flujo de laboratorios mucho mas grandes, pero con un costo mucho menor y sin necesidad de la asistencia de un tecnico.
El equipo es portatil, y por tanto puede utilizarse tanto en el aula como
en el laboratorio. Aunque es demasiado pequeño para aplicaciones de investigacion este
canal de flujo de demostracion puede resultar muy utilen cursos sobre mecanica
del flujo en canal abierto y transporte de sedimentos, incluyendo estudios
de Ingenieria Civil, Geologica y Geografica.
Especificaciones Tipo Pliego
• Un canal de flujo transparente e inclinable, con lecho masico y un circuito
cerrado de agua impulsado por una bomba que sirve para demostrar todas
las formas de fondo, desde el movimiento incipiente de las particulas hasta
el lavado del lecho.
• Puede seleccionarse (y medirse) el caudal de descarga entre tres opciones
de intervalo de 0,2 a 0,6 l/seg.
• La inclinacion del canal puede ajustarse de 0 al 10%.
• La seccion de trabajo del canal tiene 1,55m de largo, 78mm de ancho y
110mm de profundidad.
• El equipo es automatico y portatil, por lo que se puede montar sobre un banco,
tanto en el aula como en un laboratorio.
• Se incluyen un modelo de represa de paso inferior y otro de columna
de puente para demostraciones de erosion local.
• Se suministra un indicador de nivel de agua para la calibracion
de la represa de paso superior.
Resumen de temas de demostraciÓn
• Flujo sobre lecho fijo y liso.
• Flujo sobre un lecho movil de arena.
• Mecanica de transporte de sedimentos.
• Caracteristicas y rasgos de deposicion
• Socavacion local.
• Estructuras de flujo.
• Histeresis del lecho de fondo.
• Trabajos por ordenador.
• Flujo sobre un lecho fijo de gravilla.
DescripciÓn
La unidad consta de un canal inclinable montado en una placa base, junto con un tanque de descarga y bomba de recirculacion.
Para comenzar una demostracion se coloca arena de forma homogenea a lo largo del lecho del canal, entre el tanque de entrada y la represa de descarga de paso superior y se hace circular agua por el sistema con uno de los tres caudales seleccionables.
La inclinacion del canal se regula mediante un tornillo de elevacion de ajuste fino al cual esta acoplado un indicador preciso de inclinacion.
Los lados del canal son transparentes a fin de poder observar con claridad
el perfil del lecho, y una seccion de uno de los laterales lleva una
grafica cuadriculada para permitir evaluaciones cuantitativas de la dinamica de la forma
del fondo.
Capacidades de la demostraciÓn
Flujo sobre lecho fijo y liso
El canal de flujo puede utilizarse sin sedimentos en el lecho para demostrar
los siguientes fenomenos de flujo y las ecuaciones que los rigen:
• Flujo tranquilo sub-critico - movimiento de olas en la superficie
en caudal ascendente contra el flujo.
• Flujo rapido super-critico - dominio de las fuerzas inerciales
sobre las gravitacionales, ondas de choque debido a obstrucciones en
el flujo.
• Salto hidraulico - transicion e flujo super-critico a sub-critico,
arrastre de aire, mezclado.
• Turbulencia - visualizacion de flujo mediante inyeccion
de tinta por ejemplo, con una jeringuilla hipodermica (no incluida).
• Medicion del flujo - usando aforadores de perfil abrupto.
• Ecuaciones que rigen el flujo en canal abierto - numero de Reynolds, numero de
Froude, continuidad, ecuacion de Bernouilli, ecuaciones de represa.
Flujo sobre un lecho movil de arena
Secuencia de formas de fondo asociadas a un aumento en la intensidad
de flujo y en el transporte de sedimentos. Se exhiben las siguientes
formas
de fondo (a medida que aumenta la descarga y/o la inclinacion.
• Regimen inferior.
• Lecho plano (sin movimiento).
• Ondulaciones.
• Ondulaciones y dunas.
• Dunas
• Dunas lavadas
• Regimen superior.
• Lecho plano (con movimiento).
• Ondas estacionarias.
• Antidunas.
• Antidunas de rompiente.
• Canales y estanques.
Mecanica de transporte de sedimentos
Empezando con un lecho plano sin movimiento, puede observarse el movimiento
de los granos, especialmente en los siguientes casos:
• Iniciacion del movimiento.
• Trayectoria del movimiento inicial.
• Movimiento por rodamiento y deslizamiento (carga de contacto).
• Movimiento por saltacion (carga de saltacion).
• Movimiento por suspension (carga en suspension).
Se suministra un indicador de nivel de agua para medir la carga sobre el aforador de descarga del canal para inferir caudales con la ayuda de una tabla de calibracion. Se incluyen modelos macizos de una columna de puente y una represa de paso inferior para demostrar los efectos socavantes de las estructuras artificiales en el lecho de los rios:
CARACTERISTICAS Y ANORMALIDADES DE DEPOSICION
Es posible observar la deposicion de la carga de sedimentos e identificar
los patrones de granos resultantes dentro de la masa de arena (por ejemplo,
estratificacion cruzada, capas de serie frontal, etc). Puede comentarse
la importancia de estas caracteristicas cuando son halladas en registros geologicos.
SOCAVACIÓN LOCAL
Se observa socavaciones bajo remolinos y vortices en el flujo en las
formas de fondo de regimen superior e inferior. Es posible introducir
obstrucciones
artificiales para representar columnas de puentes, muros de contencion zapatas
de asiento u otras estructuras artificiales, y ademas puede examinarse
el patron de socavacion resultante. Se incluyen dos modelos de este tipo.
ESTRUCTURAS DE FLUJO
Tambien puede examinarse la estructura de la turbulencia en el flujo usando
la inyeccion de tinta (jeringuilla no incluida). Esto es especialmente interesante
en el caso de la configuracion de formas de fondo con dunas, y demuestra
claramente la separacion la cara de sotavento.
HISTÉRESIS DE LA FORMA DE FONDO
Si la descarga del canal de flujo cambia rapidamente, no hay tiempo suficiente
para que las formas de fondo se ajusten al nuevo regimen de flujo. Asi
se simula un hidrograma de ramas aumentando y luego reduciendo la descarga,
se producen diferentes profundidades (etapas) para la misma descarga en
los periodos de ascenso y descenso. Este efecto es sumamente importante
para estaciones de medicion en lecho de arena y queda demostrado
y claramente en el canal de flujo.
TRABAJOS POR COMPUTADORA
Ademas de ilustrar fenomenos de flujo y sedimento, el canal de flujo puede
utilizarse para recoger datos basicos y realizar una evaluacion numerica de:
Resistencia al flujo:
• Manning, Chezy y Darcy
• Factores de friccion de Weisbach para diversas configuraciones de formas
de fondo.
Predicción de formas de fondo
• Diagrama de Hjulstrom (velocidad).
• Diagrama de Bogardi (parametro de Shields).
• Graficos de Simons y Richardson (Potencia de corriente).
• Grafico de Leeder (tension de cizalladura)
Iniciación del movimiento:
• Curva de Hjulstrom
• Diagrama de Shields
FLUJO SOBRE UN LECHO FIJO DE GRAVILLA
El canal de flujo no puede transportar gravilla, pero puede ser utilizado
para investigar la resistencia al flujo en rios con lecho de gravilla.
Los coeficientes de resistencia al flujo pueden calcularse usando ecuaciones
(tales como las de Bray, Limerinos, Hey, Lacey, Thompson
y
Campbell y Bathurst), comparandose los resultados con los valores reales
obtenidos de la observacion. Se recomienda que los usuarios obtengan
la
gravilla localmente (Armfield no puede suministrar gravilla).
CAPAS DE SEDIMENTACION EN ARENA
A medida que el agua fluye sobre la arena en un rio en una playa, ejerce
una fuerza de corte sobre el lecho. Si el flujo es suficientemente
fuerte, los granos de arena se levantan y se deslizan rebotando por el fondo.
La forma del lecho responde a este movimiento transformandose en ondulaciones.
A medida que aumenta la energia del flujo y la velocidad de transporte
de arena, las formas de fondo se modifican. Las ondulaciones son sustituidas por dunas mas grandes.
Con mas energia, las dunas son lavadas y se produce un lecho
plano, y en flujos extremadamente energeticos, aparecen antidunas.
Las capas de sedimentacion son importantes por su efecto sobre el flujo de agua
y el movimiento de sedimentos en los rios y en las playas. Tambien se producen
en los desiertos, debido al desplazamiento de la arena por el viento.
Las capas sedimentarias son preservadas cuando los depositos de arena se convierten
en arenisca por procesos geologicos. Se utilizan para reconstruir el entorno
y las condiciones bajo las cuales se deposita arena.
ARRIBA
Especificaciones TÉcnicas
Sección de trabajo del canal:
Longitud: 1.55m
Anchura: 78mm
Profundidad: 110mm
Caudal de descarga:
3 caudales fijos entre 0,2 y 0,6 l/seg, seleccionados por un interruptor en la bomba
Inclinación:
0 a 10%
Diámetro del sedimento:
0,1 a 0,3mm
Peso de la arena suministrada:
15kg
Peso [incluyendo arena y agua]:
S8MKII-A: 74kg
S8MKII-B: 78kg
Requisitos
Suministro eléctrico
S8MKII-A: 220-240V/1ph/50Hz
S8MKII-B: 120V/1ph/60Hz
S8MKII-G: 220V/1ph/60Hz
Primer llenado de agua [aprox. 22 litros]
ARRIBAEspecificaciÓn de transporte
Volumen: 0.6m³
Peso bruto: 100kg
Dimensiones totales
Altura: 1.1m (hasta la parte superior del indicador de punta)
Anchura: 0.4m
Longitud: 2.5m
Garantía del productoTodos los productos Armfield se suministran con una Garantía Extendida de dos años |
 |
|---|