5. MECÁNICA MECÁNICA DE CHORRO CHORROS S Y CHIME CHIMENEA NEAS S 5.1. CHORROS LI LIBRES 5.1. 5.1.1. 1. De Defin finic ició ión: n: Un chorro libre es considerado como un flujo flui luido que fluye uye desde un conducto hacia una zona relativamente grande que contiene fluido, el cual tiene una velocidad respecto al chorro que es paralela a la dirección del flujo en el chorro. 5.1.2.. Caracterí 5.1.2 Caracterítica tica !e" c#$rr c#$rr$ $ "i%re: "i%re: Considerando el caso de un fluido que sale de una tobera a la atmósfera con flujo subsónico. subsónico. La presión de salida para tales flujos debe ser la de la atmósfera que lo rodea. Si la presión de la atmósfera fuera inferior que la del chorro, tendra lugar all una e!pansión natural del mismo. "ste hecho disminuira la velocidad en el chorro, de acuerdo con la teora del flujo isoentrópico, y, por consiguiente, crecera necesariamente la pres presió ión n en el chor chorro ro,, agra agrava vand ndo o m#s m#s la situac situació ión. n. Una Una continuación de de este evento evento sera catastrófica. catastrófica. $or otra parte, si se considera la hipótesis de que la presión de la atmósfera sea sea supe superi rior or a la del del chor chorro ro,, tend tendr# r# luga lugarr ento entonc nces es una una cont contra racc cció ión n del del chor chorro ro de acue acuerd rdo o con con la teor teora a del del flujo flujo isoentrópico, y un incremento de velocidad, esto producira una disminución posterior en la presión del chorro, agravando de nuevo la situación. Cualquiera de estas dos suposiciones conlleva a una inestabilidad en el flujo del chorro. $uesto que se sabe que el chorro subsónico libre es estable, se puede concluir que la presión del chorro es igual a la presión que lo rodea. rodea. Sin embargo, embargo, si el chorro chorro emerge supersóni supersónicamen camente, te, la presión de salida no necesita ser igual a la presión de los alrededores. $uede ajustarse la presión de salida salida a la presión e!te e!teri rior or,, medi median ante te una una suce sucesi sión ón de onda ondass de choq choque ue y e!pansiones oblicuas, para el caso bidimensional o de ondas cónicas similares en el caso sim%trico tridimensional. 5.1.&.. C$ni!era 5.1.& C$ni!eraci$ne ci$ne 'enera"e 'enera"e:: Los orificios intervienen en el dise&o de muchas estructuras hidr hidr#u #ulilica cass y para para la medi medida da o afor aforo o de los los flui fluido doss que que escurren. 'rificio, es cualquier abertura que tiene un permetro cerrado y que se hace en un muro o división. división. Sus formas son son muy variadas, aunque los m#s empleados son los circulares y rectangulares. Se considera un orificio de pared delgada a aque aquell en dond donde e una una plac placa a o pare pared d de espe espeso sorr pequ peque& e&o o medible ha sido taladrada por un agujero y se a producido una arista aguda bien definida en la superficie interior de la placa. ()er ()er figuras * y +.
"l gasto asto de la desca escarg rga a de un orif orific icio io depe depend nde e de la naturaleza de sus aristas u orillas, y con el objeto de comparar el func funcio iona namie mient nto o de los los orif orific icio ioss que que tien tienen en dife difere rent ntes es di#met di#metros ros,, es necesa necesario rio que estas estas arista aristass est%n est%n formad formadas as similarmente.
-ig.* -ig.+ Cualquier fluido que escurra a trav%s de un orificio que tenga una pared pared delgada delgada presenta presenta las siguientes siguientes caracterstica caractersticas s conforme la corriente sale del orificio, gradualmente se contrae para formar un chorro cuya #rea de sección transversal es menor que que la del orificio orificio.. "sto se debe debe al hecho hecho de que que las partculas separadas, estando pró!imas a la pared interior, tienen un movimiento a lo largo de esa pared hacia el orificio, que no puede cambiarse bruscamente en dirección a la arista de %ste. La cont contra racc cción ión no se comp comple leta ta hast hasta a que que se alca alcanz nza a la sección ab (fig.*, y en este punto los recorridos de la corriente se considera que son paralelos y la presión es la de la atmósfera circundante cayendo entonces libremente todas las
partculas bajo la acción de la gravedad. "n la corta porción del chorro entre las aristas del orificio y el lado ab, la presión ser# mayor que la atmosf%rica, porque las partculas se mueven en recorridos curvados y deben ser accionadas por presiones centrpetas de mayor intensidad que la de la atmósfera. /l plantearse la ecuación de 0ernoulli entre dos puntos, uno en el plano del orificio y el otro en el plano ab, se establecer# este mismo hecho. Como las cargas potenciales son iguales y la carga de velocidad en el primer punto mencionado es menor que en el segundo, se deriva que la carga de presión en el orificio es mayor que en la sección contrada. La figura 1 representa un orificio en el lado de un gran depósito que tiene una carga h, sobre su centro. Con esta carga mantenida constante por un escurrimiento de entrada /, considerando que la superficie del depósito sea grande en comparación con la del orificio, no tendr# una velocidad apreciable significativa. 2espreciando la fricción, el teorema de 0ernoulli planteado entre un punto 0, y el centro del chorro en la sección contrada, muestra que
-ig.1
3eorema de 0ernoulli
ó (* "ste valor de ( puede ser llamado de la (e"$ci!a! i!ea" !e a"i!a, sin considerar la fricción (+
y la razón para darle el nombre de car'a !e (e"$ci!a! a la ecuación (+ en el teorema de 0ernoulli es aparente. "sta es la carga que producir# la velocidad (. La ecuación (* da la velocidad ideal de salida sin consideración a la naturaleza del lquido, y no se aplica a un fluido compresible, porque el peso especfico cambiara entre el punto 0 y C.
-ig.4
"l orificio considerado se encuentra en un plano vertical y, e!puesto a una carga que vara ligeramente sobre el orificio (fig.4. "l chorro, consecuentemente est# compuesto de partculas con velocidades ligeramente variables, y el valor de v, obtenido por la ecuación (*, no representa la velocidad media del chorro. La representara si las velocidades variaran directamente como las cargas que las causan5 pero %stas varan con las races cuadradas de estas cargas, razón por la cual la figura 4 es una par#bola con v%rtice en la superficie del depósito, y un eje vertical. 2e la figura se observa que la variación de la velocidad a trav%s de la sección transversal del chorro ser# mayor conforme disminuye h, y para cargas muy
peque&as el valor medio de la velocidad ideal no est# dado por la ecuación (*. Sin embargo, si la carga es grande en relación con la dimensión vertical del orificio el error ser# despreciable. Con un orificio en un plano horizontal, todas las partes de %ste est#n bajo la misma carga y la velocidad ideal de todas las partculas en el chorro es la misma. Como la velocidad ideal, debida a una carga, es la misma que cuando la partcula hubiera cado libremente a trav%s de la misma altura, se esperara que, si el orificio fuera horizontal y el chorro se dirigiera hacia arriba (figura 6, esta subira a una altura igual a la carga que lo produjo (despreciando toda la fricción.
-ig.6
C$eficiente !e (e"$ci!a!: )c(* "!perimentalmente se ha comprobado que la velocidad media de un chorro de un orificio de pared delgada, es un poco menor que la ideal, debido a la viscosidad del fluido y otros factores tales como la tensión superficial. "n la pr#ctica se tiene
2ónde Cv es el coeficiente de velocidad g es la gravedad
"l valor num%rico de Cv para el agua y lquidos de viscosidad similar es ligeramente menor que la unidad, y tiene su valor mnimo para cargas bajas y di#metros peque&os5 para un di#metro de 7 de pulgada y una carga de un pie, Smith y 8al9er encontraron que su valor es de :.;64. Conforme aumentan el di#metro o la carga, el coeficiente aumenta. $ara un di#metro de +.6 pulg. y una carga de <: pie, los mismos e!perimentadores obtuvieron un valor de :.;;1. Sus datos indican que, para un di#metro dado el incremento de la carga es peque&o (=ussell, *.;6;, p *4: Un an#lisis e!perimental de un chorro que escapa de un orificio al aire libre muestra que la velocidad de las partculas pró!imas a su superficie e!terior es algo m#s baja que la de las partculas que est#n m#s cerca del centro del chorro. Las partculas e!teriores antes de pasar por el orificio, se mueven a lo largo o en la pro!imidad de la cara posterior de la placa del orificio y llegan a su arista con una velocidad menor que aquellas partculas que llegan en una dirección m#s normal al plano del orificio. Su arrastre por viscosidad sobre las partculas m#s centrales tiene el efecto de disminuir la velocidad promedio en la sección contrada. Un orificio m#s grande con la misma carga, produce un chorro en el que todava hay una variación de velocidad, pero en donde la acción retardante de las partculas e!teriores no se e!tiende la misma distancia proporcional en el chorro, y la velocidad promedio en la sección contrada se aumenta. Con di#metro constante, un incremento en la carga causa un incremento general en la velocidad del chorro, y el arrastre por viscosidad de las partculas e!teriores tiene un menor efecto, debido a la mayor inercia de las partculas internas.
C$eficiente !e c$ntracción: )cc ) "s la relación entre el #rea contrada y la del orificio. Su valor num%rico para un fluido determinado vara con el di#metro del orificio y la carga. "l coeficiente de contracción disminuye con un di#metro mayor y con un incremento en la carga. $ara el agua, Smith y 8al9er obtuvieron valores que variaban desde :.<>>, para un orificio de 7 de plg con un pie de carga, hasta :.<*1 para un orificio de +.6 plg con una carga de <: pie (=ussell, *;6;, p *4:.
Con cargas bajas y bajas velocidades del movimiento que las acompa&e, el movimiento lateral de las partculas a lo largo de la parte trasera de la placa del orificio es correspondientemente peque&o, y el cambio en dirección de las partculas al pasar por la arista se lleva a cabo r#pidamente, reduciendo la cantidad de contracción. "l incremento en la carga tiende a acelerar el movimiento lateral con la parte trasera de la placa y aumenta la cantidad de la contracción. /l aumentar el tama&o del orificio, es probable que el mayor espacio radial permita que el movimiento lateral contin?e m#s all# de la arista del orificio, con un aumento en la cantidad de la contracción.
C$eficiente !e !ecar'a: )c! ) "l volumen del fluido, @, que escurre del orificio por segundo, puede calcularse como el producto de aA, el #rea real de la sección contrada por la velocidad real media que pasa por esa sección, y por consiguiente se puede escribir la siguiente ecuación
en donde, representa la descarga ideal que habra ocurrido si no estuvieran presentes la fricción y la contracción. $ara el caso de Cd, %ste es el coeficiente por el cual el valor ideal de descarga es multiplicado para obtener el valor real, y se conoce como coeficiente de descarga. Bum%ricamente es igual al producto de los otros dos coeficientes. "l coeficiente de descarga, variar# con la carga y el di#metro del orificio. Sus valores para el agua han sido determinados por varios e!perimentadores.
5.2.
IM+AC,O DE CHORRO SOBRE S-+ERICIES 2entro del estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un chorro sobre una superficie, base principal para el desarrollo de la teora de turbo maquinas. "s mediante las turbo maquinas, que se realiza la realización de un trabajo a partir de la energa que trae un fluido, como tambi%n la aplicación de un trabajo a un
fluido, para agregarle una energa mayor. $or ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reacción que se genera por un impacto de chorro a una superficie, sea plana o semicircular. Considere la situación mostrada en la -ig. *, en la que un chorro de agua impacta contra una superficie sólida plana (a, oblicua (b o hemisf%rica (c. "l chorro de agua, generado mediante una tobera de d > mm de di#metro interior, lleva una velocidad v, de manera que transporta un caudal @ v /, donde / D d+ E 4 es el #rea de la sección transversal del chorro.
/l impactar contra la superficie, el chorro abandona %sta con una velocidad vs convertido en una l#mina de #rea transversal /s . "n condiciones estacionarias (@ constante, y teniendo en cuenta que los efectos viscosos son despreciables en el problema (=e Fv d EGHH *, donde F y G son la densidad y viscosidad del agua respectivamente, la aplicación de la ecuación de 0ernoulli a lo largo del chorro proporciona vs v, de manera que la velocidad de salida es igual a la velocidad del chorro. $or tanto, la conservación de la masa implica /s /. La ecuación de la cantidad de movimiento proporciona la fuerza total sobre la placa en cada caso (se deja como ejercicio al lector demostrarlo (a - F@+E / (b - 1E+F@+E / (c - +F@+E /
-ig. "quipo para impacto de chorro sobre superficies "l equipo sirve para estudiar las fuerzas de chorros a impulsos en cuerpos de choque. Las fuerzas de impulsión se generan mediante un chorro de agua. Las fuerzas de impulsión se miden con un sistema de palancas y con los pesos. Las fuerzas de impulsión del chorro de agua se ajustan mediante el caudal. "l suministro de agua tiene lugar mediante el IJ*6: Jódulo b#sico para hidrodin#mica o a trav%s de la red del laboratorio. "l IJ*6: permite crear un circuito cerrado de agua. "l equipo se compone b#sicamente de K $laca base MN K Cone!ión de entrada >N K Cone!ión de salida
5.&.
COR,E +OR CHORRO DE A/-A "l corte por chorro de agua es un proceso de ndole mec#nica, mediante el cual se consigue cortar cualquier material, haciendo impactar sobre %ste un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado. "s un proceso revolucionario que hoy en da es de m#!ima utilidad y comienza a ser un recurso habitual a la hora de mecanizar piezas, es bastante simple pero a la vez muy complejo. =esulta una herramienta muy vers#til y cuya aplicación es e!tensible a pr#cticamente todos los trabajos industriales. /l ser un procedimiento de corte en fro resulta especialmente interesante, ya que esta demandado en todas las aplicaciones en las que el material no se pueda ver afectado por el calor. "!isten
numerosas ventajas que hacen de %ste un producto destacado en el mundo industrial, respecto a otros m%todos m#s limitados. "l agua fluye desde una bomba a trav%s de ca&eras y sale por un cabezal de corte. "s simple de e!plicar, operar y mantener. "l proceso, sin embargo, incorpora tecnologa de materiales y dise&o sumamente complejos. Oenerar y controlar agua a presiones de >M ::: psi requiere aplicar ciencia y tecnologa que no se ense&an en las universidades. Con estas presiones, una leve fuga puede provocar da&o permanente por erosión en los componentes si el dise&o no es el adecuado. /fortunadamente, los fabricantes de dispositivos de chorro de agua se ocupan de la compleja tecnologa de materiales y de la ingeniera de avanzada. "l usuario sólo necesita conocer la operación b#sica del chorro de agua. Eencia"0ente #a !$ ti$ !e c$rte $r c#$rr$ !e a'3a: C$rte c$n c#$rr$ !e a'3a 3ra: "l corte por chorro de agua pura es el m%todo original de corte por agua. Las primeras aplicaciones comerciales se desarrollaron entre principios y mediados de la d%cada de *;M:, con el corte de cartón corrugado. Los mayores usos del corte por chorro de agua pura son los pa&ales descartables, el papel tis? y los interiores de automóviles. "n los casos del papel tis? y de los pa&ales descartables, el proceso de chorro de agua genera menor humedad en el material que la causada al tocarlo o respirar sobre %l. •
•
C$rte c$n c#$rr$ !e a'3a a%rai($: "l chorro de agua abrasivo difiere del chorro de agua pura sólo en algunos aspectos. "n el chorro de agua pura, el chorro supersónico erosiona el material. "n el chorro de agua
abrasivo, el chorro de agua acelera las partculas abrasivas y estas partculas, no el agua, erosionan el material. "l chorro de agua abrasivo es cientos, si no miles de veces m#s potente que el chorro de agua pura. 3anto el chorro de agua como el chorro de agua abrasivo tienen sus aplicaciones. Jientras que el chorro de agua pura corta materiales blandos, el chorro de agua abrasivo corta materiales duros, tales como metales, piedra, materiales compuestos y cer#mica. Los chorros de agua abrasivos que utilizan par#metros est#ndar pueden cortar materiales hasta una dureza igual y ligeramente superior a la cer#mica de ó!ido de aluminio (a menudo denominada al?mina, /2 ;;,;.
5.4.
+RO+-LSIN A CHORRO $rocedimiento por el que se impulsa hacia delante un objeto como reacción a la e!pulsión hacia atr#s de una corriente de lquido o gas a gran velocidad. Un ejemplo sencillo de propulsión a chorro es el movimiento de un globo hinchado cuando se deja salir el aire repentinamente. Jientras se mantiene cerrada la abertura, la presión del aire en el interior del globo es igual en todas direcciones5 cuando se suelta la boca, la presión interna que e!perimenta el globo es menor en el e!tremo abierto que en el e!tremo opuesto, lo que hace que el globo salga despedido hacia adelante. Un motor a reacción no funciona de forma tan sencilla como un globo, aunque el principio b#sico es el mismo. J#s importante que la diferencia de presiones resulta la aceleración a altas
velocidades del chorro que sale del motor. "sto se consigue en el motor mediante fuerzas que permiten al gas fluir hacia atr#s formando un chorro. La segunda ley de BePton demuestra que estas fuerzas son proporcionales al incremento del momento lineal del gas por unidad de tiempo. "n un motor a reacción, este incremento est# relacionado con el flujo de masa multiplicado por la velocidad de salida del chorro. La tercera ley de BePton, que afirma que toda fuerza genera una reacción igual y opuesta, e!ige que la fuerza hacia atr#s est% equilibrada por una reacción hacia adelante, conocida como empuje. "ste empuje es similar al retroceso de un arma de fuego, que aumenta cuando se incrementa la masa del proyectil, su velocidad inicial, o ambas. $or ello, los motores de gran empuje requieren un elevado flujo de masa y unas altas velocidades de salida del chorro. "sto sólo puede conseguirse aumentando las presiones internas del motor e incrementando el volumen del gas por medio de la combustión. Los dispositivos de propulsión a chorro se emplean sobre todo en aviones de alta velocidad y gran altitud, en misiles o en cohetes y naves espaciales. La fuente de potencia es un combustible de alta energa que se quema a grandes presiones para producir el elevado volumen de gas necesario para una alta velocidad de salida del chorro. "l o!idante necesario para la combustión puede ser el o!geno del aire, que se fuerza a entrar en el reactor y posteriormente se comprime5 tambi%n puede transportarse el o!idante en el vehculo, de forma que el reactor no tenga que estar rodeado por una atmósfera. "ntre los motores que dependen de la atmósfera para el suministro de o!geno est#n los turborreactores, los turboventiladores, los turboh%lices, los estatorreactores y los pulsorreactores. Los motores no atmosf%ricos suelen llamarse motores cohete.
5.5.
EEC,OS AMBIEN,ALES DE LOS CHORROS
5.5.1 CASO I: (erti!$ a" 0ar !e ef"3ente !e f"$ta%i"i!a! ne'ati(a: ca0$ cercan$ ca0$ "e6an$. "l comportamiento de un efluente vertido al mar depende fundamentalmente de la cantidad de movimiento transmitida en la descarga y de la diferencia de densidad entre el efluente y el medio receptor. Los efluentes de flotabilidad negativa son aquellos con mayor densidad que el fluido del medio receptor donde se vierten. "n el caso de la salmuera procedente de las plantas desalinizadoras, su e!ceso de salinidad le confiere una mayor densidad que el agua marina. "n el estudio del comportamiento de
un vertido se distinguen dos regiones el campo cercano y el campo lejano, donde las fuerzas que gobiernan el flujo, su comportamiento y las escalas espaciales y temporales son muy diferentes. =egión situada en el entorno del punto de vertido, tambi%n llamada zona de mezcla inicial. Las variaciones de los par#metros geom%tricos y de dilución del efluente responden a escalas espaciales y temporales peque&as, del orden de metros y de minutos respectivamente. "l comportamiento del efluente depende fundamentalmente del sistema de vertido empleado y de las caractersticas fsicas del efluente respecto al fluido receptor "l dispositivo de descarga se suele dise&ar de modo que se ma!imice la mezcla y la dilución del efluente con el fluido receptor, que se deben fundamentalmente a las turbulencias asociadas a la diferencia de velocidad entre el efluente y el medio receptor. La dilución del efluente se produce por incorporación de fluido del medio receptor, proceso denominado en la bibliografa como QentrainmentR. "l comportamiento en campo cercano se considera, especialmente en el caso de vertido en chorro, independiente de las condiciones del medio receptor (batimetra, corrientes, etc. y de cualquier proceso qumico. "n una breve descripción del fenómeno fsico que e!perimental el efluente vertido la descarga dota al efluente hipersalino de un cierto impulso ① (cantidad de movimiento que dirige su trayectoria y genera un flujo turbulento que facilitan el mezclado5 simult#neamente a esta fuerza de impulso act?a la fuerza de gravedad (flotabilidad negativa que, debido a su e!ceso de densidad del efluente hipersalino, tiende a hundirlo hacia el fondo. / cierta distancia de la zona de descarga, la fuerza de flotabilidad (peso iguala y supera en valor a la cantidad de movimiento, pasando a ser la fuerza dominante del comportamiento del efluente. Como consecuencia el efluente hipersalino comienza su trayectoria de descenso ② hasta alcanzar el fondo, e!perimentando una dilución adicional debido a fenómenos de turbulencia y e!pansión. La región situada entre la zona de impacto del efluente con el fondo y la región de campo lejano, se denomina generalmente zona de transición, ③ aunque en sentido estricto se trata del mismo campo cercano.
-ig. "squema del comportamiento de un vertido al mar de salmuera, mediante chorro sumergido individual
Ca$ !e (erti!$ 0e!iante c#$rr$ "n el caso frecuente en nuestras plantas desaladoras, de vertido de salmuera mediante chorro, se distinguen las siguientes zonas en la región de campo cercano K ona de dominio del impulso o cantidad de movimiento transmitida en la descarga. La salmuera se descarga a trav%s de una boquilla con cierta velocidad e inclinación respecto al fondo, que determinar#n la altura m#!ima alcanzada por el chorro y la dilución en su rama ascendente. "l ancho del chorro va aumentando por efecto de la incorporación de agua del medio receptor (QentrainmentR, haciendo variar su altura y velocidad. La influencia de las condiciones en el medio receptor es insignificante, y la mezcla se produce por la turbulencia asociada
al vertido como consecuencia de la diferencia de velocidad entre fluidos. "n esta zona se distinguen a su vez dos regiones •
•
La 2$/ zona de desarrollo de los perfiles autosemejantes ('-". ❶ Se localiza inmediatamente despu%s de la boquilla de vertido, y supone un estado de transición en el perfil de las variables en la sección transversal, que pasa de ser uniforme (a la salida de la boquilla a ser de tipo Oauss. La longitud de esta zona es de apro!imadamente 6K
-ig. Subregiones del chorro
K
ona de deflección o trayectoria descendiente ❸ el flujo de cantidad de movimiento va disminuyendo su valor, cobrando protagonismo el flujo de flotabilidad (peso. "n el punto de m#!ima altura del chorro, ambas fuerzas son iguales, a partir de lo cual la gravedad prepondera y el chorro comienza su trayectoria descendente, donde tambi%n se produce un alto grado de dilución. "n esta zona la distribución de las variables en la sección transversal se apro!ima a una distribución tipo Oauss.
K
ona de apro!imación al fondo ❹ cuando el chorro se apro!ima al fondo, y su espesor es mucho mayor, la distribución de variables en la sección transversal va adoptando un perfil m#s uniforme. K ona de deflección d%bil, por rebote contra el fondo alcanzado el fondo, la pluma e!perimenta un cierto QreboteR que la impulsa en diferente dirección, seg?n el #ngulo de incidencia. K ona de fuerte deflección del chorro ❺ / cierta distancia del punto de impacto, se produce el colapso de la turbulencia y la estratificación del efluente, alcanz#ndose la denominada región de campo lejano. "n la -igura ..., que muestra una fotografa de un ensayo realizado en el Tnstituto de Iidr#ulica /mbiental (TI Cantabria, se observa el comportamiento anteriormente descrito de un vertido de salmuera mediante chorro individual.
-ig. "nsayos de vertido mediante chorro individual. Se observan las distintas zonas del chorro
Ca$ !e (erti!$ 0e!iante c#$rr$ 07"ti"e en tra0$ !if3$r "n este caso el efluente de salmuera se descarga a trav%s de varias boquillas situadas sobre un tramo difusor con configuración o dise&o variable. $ara un mismo caudal, el grado de dilución que se consigue con este dispositivo es superior al conseguido con chorro ?nico, debido principalmente a las siguientes razones
K Jayor superficie especfica de contacto entre el efluente y el fluido del medio receptor, aumentando as el #rea de alimentación (QentrainmentR del chorro con agua marina. K "l empleo de varios orificios de descarga permite dimensionar de un modo m#s fle!ible el di#metro de la boquilla, aumentando la velocidad de salida del chorro. "n este caso, los par#metros de dise&o de mayor influencia en el grado de dilución del efluente son la velocidad de salida del chorro, el #ngulo de inclinación y la separación entre boquillas, que suele dimensionarse suficiente para evitar la interacción entre chorros contiguos.
-ig. )ertido mediante chorros m?ltiples. Tzquierda vista en planta5 derecha vista lateral "nsayos del C"2"
5.5.2 CASO II: Site0a !e (erti!$ a" 0ar Como ejemplos de sistemas de vertido situados en la costa que est#n en funcionamiento en desaladoras espa&olas podemos mencionar los siguientes
V Chorro libre sobre un acantilado. "jemplo desaladora de /rucasKJoya, en Oran Canaria.
V Chorro libre sobre la escollera de un dique. "jemplo desaladora Las $almas TTT.
V Chorro a un torrente, cerca de la desembocadura. "jemplo desaladora de $alma de Jallorca.
5.8.
CHIMENEAS Una chimenea es un sistema usado para evacuar gases calientes y humo de calderas, calentadores, estufas, hornos, fogones u hogares a la atmósfera. Como norma general son completamente verticales para asegurar que los gases calientes puedan fluir sin problemas, movi%ndose por convección t%rmica (diferencia de densidades. 3ambi%n e!isten las chimeneas que no son completamente verticales, que se instalan en cocinas o peque&as salas de calderas para evacuar los humos a trav%s de orificios efectuados en los paramentos. Las chimeneas as construidas deben disponer de mallas de protección para evitar que los p#jaros aniden en su interior, asimismo se les debe dar una inclinación diferente a :W para facilitar la salida de humos. Las chimeneas pueden encontrarse en edificios, locomotoras o en navos. / la corriente de aire que origina el fuego y que hace que el humo ascienda por la chimenea se le denomina XtiroY. "l t%rmino chimenea tambi%n puede aplicarse a aspectos de la naturaleza, particularmente en formaciones rocosas. "n un volc#n una chimenea es el conducto que comunica el reservorio de magma o c#mara magm#tica en profundidad con la superficie. Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es m#s constante y elevada a mayores alturas. Cuanto m#s r#pidamente sopla el viento sobre la boca de una chimenea, m#s baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se e!traen mejor.
5.8.1. Dearr$""$ !e 3na c#i0enea
•
•
@ caudal volum%trico de humo en la chimenea, mZEs / #rea de la sección transversal del conducto, m[
•
C coeficiente de descarga (\ :.<6 a :.M:
•
g aceleración de la gravedad, ;,>* mEs[
•
I altura de la chimenea, m
•
3i media de la temperatura de los gases, ]
•
3e temperatura e!terna e inferior
5.8.2. C#i0enea S$"ar La chimenea solar es un sistema que utiliza la radiación solar para mover el aire, mejorando la ventilación natural y en algunos casos suministrando aire fresco al edificio. Ian sido muchos trabajos, que se han venido realizando en las dos ?ltimas d%cadas, los que han demostrado las ventajas de la chimenea solar frente a las chimeneas tradicionales o los beneficios que aportan en sistemas de ventilación hibrida. 'tros trabajos se han enfocado m#s en los aspectos del dise&o de la chimenea, como su altura, ancho o #ngulo de inclinación, usando en muchos casos herramientas C-2 para llevar a cabos simulaciones, e!perimentos y desarrollo de modelos fsicos o matem#ticos. -inalmente, otros trabajos se han centrado en el estudio de la chimenea solar acoplada al sistema de ventilación de un edificio junto con otros equipos como la pared 3rombe, la cavidad de refrigeración o recuperadores de calor. 3odos estos estudios muestran la viabilidad de este sistema y hoy en da se puede ver como los nuevos edificios empiezan a instalar chimeneas solares, como la escuela 3^nga en -al9enberg, Suecia. "l base de este proyecto es el nuevo dise&o de chimenea solar fabricada en el "$3KLab de la BorPegian University of Science and
3echnology, en el que se pretende demostrar las ventajas frente a los dise&os tradicionales, desarrollar un modelo fsicoK matem#tico y estudiar las propiedades de un edificio que tenga instalada est# chimenea solar. Las bases de este proyecto, se basan principalmente de los conceptos de la din#mica de fluidos, partiendo de las ecuaciones de BavierKStoc9es, de los n?meros adimensionales de =eynolds (turbulencia y =ayleigh (fuerzas de flotabilidad, la ecuación de 0ernoulli, p%rdidas primarias y secundarias en conductos, convección natural, as como las capas lmites tanto laminar o turbulenta como t%rmica. La chimenea solar es un dispositivo e utiliza la radiación solar para calentar el aire interior de la chimenea disminuyendo su densidad y creando por tanto un flujo de aire por convección natural. /unque el uso de las chimeneas solares es amplio (secado de gases, generación de energa este proyecto se va a centrar en el uso e!clusivo como dispositivo que mejore la ventilación natural o hbrida de edificios. "!isten varios tipos de chimeneas solares, dependiendo de la latitud de su posición, altura del edificio, el colector solar o el tipo de materiales utilizados. /unque, actualmente, los m#s usados son aquellos que reemplazan parte de la pared sur de la chimenea por un vidrio que permita a la radiación penetrar en el interior. 3ras una serie de balances de masa y energa, adem#s de una serie de suposiciones que simplifican el problema, tales como temperatura y velocidad homog%nea o la hipótesis de 0oussinesq, la ecuación que define la chimenea solar, en función del caudal, fluido, radiación, altura, anchura o perdidas de carga es la siguiente
REERENCIAS BIBLIO/RÁICAS:
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Jec#nica de fluidos T QTmpacto de chorro sobre superficiesR -TCS/ UB$=O. 2isponible en httpEEes.scribd.comEdocE*1>16M>++EimpactoKdeK chorroKsobreKsuperficie_force`seo TBS3T3U3' 2" IT2=ULTC/ /J0T"B3/L (TI C/B3/0=T/, C"B3=' 2" "S3U2T'S 2" $U"=3'S C'S3/S (C"2", Q3eora de chorros y plumas hiperdensasR. 2isponible en httpEEPPP.medvsa.esE$2-E-TCI/+:2"+:3"'=C1>2/+:2" +:CI'=='S+:+:$LUJ/S`J"2)S/.pdf C"2", Q/sistencia t%cnica en la evaluación de impacto ambiental de vertidos lquidos y de actuaciones en el medio marinoR5 Jadrid, noviembre de +:**. 2isponible en httpEEPPP.magrama.gob.esEesEcalidadKyKevaluacionK ambientalEpublicacionesE+:K4:;K6K ::*``sistemaproteccionvertidosdesaladoras`nov+:**`tcmMK+*M;>;.pdf $" '=3"O/, "las5 Q/n#lisis del dise&o de una chimenea solarR, Universidad Carlos TTT de Jadrid, +:**. 2isponible en httpEEeK archivo.uc1m.esEbitstreamEhandleE*::*
