Las propiedades físicas de los sedimentos

INTRODUCCION

Una partícula sólida introducida en el seno de un fluido en reposo, por efecto de la gravedad inicia un movimiento de asentamiento o descenso, que depende de las relaciones entre las densidades de la partícula del fluido.

Las propiedades físicas de los sedimentos, entre ellas la velocidad de caída de partículas, son de importancia fundamental en los trabajos de la ingeniería hidráulica en embalses, desarenadores, canales, procesos fluviales, lacustre, costeros, conservación del ambiente.

OBJETIVO:

El objetivo del laboratorio es observar el comportamiento de las partículas o sedimentos, en la determinación experimental de la velocidad terminal de partículas en aguas quietas, así como la velocidad teórica, usando criterios correspondientes al caso.

Establecer en el laboratorio la propiedad de la caída de partículas en aguas tranquilas y su variación con la temperatura.

MARCO TEÓRICO:

La determinación de la velocidad de caída posee numerosas aplicaciones en la ingeniería civil, como por ejemplo, en el diseño de desarenadores, que son estructuras cuya función es retener o atrapar los sedimentos. El material transportado por las corrientes de agua posee efectos perjudiciales: disminuye el área de paso de los conductos, en arena las tierras de cultivo, produce que el material impacte en los alabes de las turbinas produciendo su abrasión.

Stokes supuso que para el uso de una esfera móvil, de diámetro D; situada en una corriente cuya velocidad es igual a U∞, para números de Reynolds pequeños e inferiores a la unidad, es posible despreciar los términos de inercia frente a los de viscosidad llegando a establecer la expresión de la resistencia al avance de una esfera en el seno de un fluido:

W= [(ρs – ρa).g .D^2/(18µ)]

W : Velocidad terminal o caída de las partículas

ρs , ρa : Densidad de las partículas sólidas y del agua

g : Gravedad

D : Diámetro de las partículas

µ : Viscosidad dinámica del fluido

Los limites de aplicación de la expresión son: 2 µm < D < 50 µm. (µm = micra)

En fluidodinamica la velocidad limite o velocidad terminal es la velocidad máxima que alcanzaría un cuerpo moviéndose en el seno de un fluido infinito bajo la acción de una fuerza constante. Un ejemplo es el caso de la velocidad límite alcanzada por un paracaidista en caída libre que cae desde suficiente altura. La diferencia con caída libre es que en este caso existe una fuerza de rozamiento del fluido proporcional a la velocidad del cuerpo, con lo cual llegará un punto límite de velocidad en donde el empuje junto con la fuerza de rozamiento se iguale a la fuerza peso del propio cuerpo.

Lamentablemente las limitaciones de la expresión de Stokes le dan a este cálculo un rango de aplicación muy escaso.

En la práctica, para la determinación de la velocidad terminal de una partícula se recurren a otras relaciones empíricas, sin embargo, lo más recomendable es proceder experimentalmente.

La velocidad experimental se determina relacionando la distancia “e” recorrida por la partícula y el tiempo “t” que tarda.

Ve= e/T

LEY DE STOKES:

La ley de Stokes es el principio usado en los viscosímetros de bola en caída libre, en los cuales el fluido está estacionario en un tubo vertical de vidrio y una esfera, de tamaño y densidad conocidas, desciende a través del líquido. Si la bola ha sido seleccionada correctamente alcanzará la velocidad terminal, la cual puede ser medida por el tiempo que pasa entre dos marcas de un tubo. A veces se usan sensores electrónicos para fluidos opacos. Conociendo las densidades de la esfera, el líquido y la velocidad de caída se puede calcular la viscosidad a partir de la fórmula de la ley de Stokes. Para mejorar la precisión del experimento se utilizan varias bolas. La técnica es usada en la industria para verificar la viscosidad de los productos, en caso como la glicerina o el sirope.

VELOCIDA DE CAIDA DE PARTICULAS EN AGUAS QUIETAS:

Es Importante en los trabajos de la ingeniería hidráulica tener en cuenta las propiedades físicas de los sedimentos, en lo que se encuentra la velocidad de caída de las partículas.

Se pueden establecer en tres tipos de propiedades de las partículas:

Propiedad individual de las partículas:

Algunas de las propiedades físicas importantes de las partículas sólidas, considerada individualmente, se presentan como:

La forma de una partícula, tiene una implicancia directa en los siguientes eventos hidráulicos:

Velocidad de asentamiento en el seno un fluido.

Iniciación del movimiento de una partícula en una corriente.

Estabilidad o equilibrio en un talud.

Acomodo dentro de un grupo en suspensión .Otras, que tienen que ver con procesos hidro y aerodinámicos, y en la morfología y procesos de socavación y sedimentación.

McNown y Inalaika, tras una serie de trabajos experimentales concluyeron que la mejor representación de la forma de las partículas viene dado por medio de la relación adimensional:

denominada factor de forma (FF), definido ; donde a>b>c, son longitudes logradas en ejes mutuamente ortogonales asociadas a una partícula.

Y otro factor interesante, para el diseño de la estabilidad de un enrocado, es el denominado relación de

Corey FF, CFF = a / b, que indica la longitud relativa de una partícula.

La densidad de la masa, , que describe la masa sólida por unidad de volumen, ésta no varía significantemente con la temperatura, por lo que se asume constante, en los cálculos se considera igual a la densidad de las partículas de cuarzo, es decir, 2650 kg/m3.

El Peso

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