CURSO:
Trabajo
:
Medición de escorrentía.
Profesor
:
Roly Núñez Núñez.
Alumnos
:
Arancel Aparco Aparco Juan Juan Buitrón Hinojosa Nélida Carhuacusma Chávez William Torre Ramos Shirley
E.A.P
:
Ingeniería Civil
Semestre
:
6to
Sección
:
MA
INTR OD UCC IÓN
El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de una estación registradora (limnigráfica). Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud de una corriente en particular.
MÉTODOS DE AFORO DE CORRIENTES NATURALES DE AGUA MÁS UTILIZADOS.
AFORO VOLUMÉTRICO.
Se aplica generalmente en los laboratorios de hidráulica, ya que solo es funcional para pequeños caudales; sin embargo se pueden implementar también en pequeñas corrientes naturales de agua. Fig 1 y 2
Fig 1. instalación temporal para con vertedero. Volumétrico.
Fig 2. Instalación para un aforo Volumétrico
El aforo volumétrico consiste en medir el tiempo que gasta el agua en llenar un recipiente de volumen conocido para lo cual, el caudal es fácilmente calculable con la siguiente ecuación:Q=V/t. 2.2. AFORO CON VERTEDEROS Y CANALETAS. Se utilizan principalmente en la medición de caudales en pequeñas corrientes, en canales artificiales y de laboratorio; su uso en corrientes naturales es muy restringido. Un funcionamiento típico de un vertedero para aforar corrientes naturales se muestra en la Fig 3.
Fig. 3. Secciones de control artificiales para aforar corrientes naturales.
AFORO CON TUBO DE PITOT.
Su mayor aplicación se encuentra en la medición de velocidades en flujo a presión, es decir, flujos en tuberías. Sin embargo, también se utiliza en la medición de velocidades en canales de laboratorio y en pequeñas corrientes naturales. Es tubo de pitot permite medir la velocidad de la corriente a diferentes profundidades, por lo cual se puede conocer la velocidad media en la sección, que multiplicada por el área de ésta, produce el caudal de la corriente.
AFORO CON TRAZADORES FLUORESCENTES 0 COLORANTES.
El empleo de colorantes para medir la velocidad del flujo en corrientes de agua es uno de los métodos más sencillos y de mayor éxito. Una vez elegida la sección de aforo, en la que el flujo es prácticamente constante y uniforme se agrega el colorante en el extremo de aguas arriba y se mide el tiempo de llegada al extremo de aguas abajo. Conocida la distancia entre los dos extremos de control, se puede dividir esta por el tiempo de viaje del colorante, obteniéndose así la velocidad superficial o subsuperficial de la corriente liquida. La velocidad media de flujo se obtendrá dividiendo la distancia entre los dos extremos o puntos de control, por el tiempo medio de viaje. Si se inyecto un colorante de tipo brillante, como la eosina, y si se suspende horizontalmente una lamina brillante, de longitud conocida, en un sitio aguas debajo de la inyección, es posible detectar los instantes en que desaparecen y aparece el colorante en los extremos de dicha lamina. La medida del tiempo que transcurre entre los instantes de desaparición y aparición del colorante se puede emplear como representativo del tiempo medio del flujo a lo largo de la lamina. La velocidad media superficial del flujo se obtendrá dividiendo la longitud de la lamina por el tiempo medio del flujo. Otros colorantes, común y eficazmente empleados como trazadores, son la fluoresceína, el rojo congo, el permanganato de potasio, la rodamina b y el pontacil rosa B brillante. Este último es especialmente útil en estudios de dispersión de contaminantes en el agua. En los últimos años se han logrado considerables mejoras en las técnicas de medición con trazadores fluorescentes, especialmente con la rodamina B, rodamina WT, las sulforrodaminas B y G la uramina y el bromuro 82. En su empleo como medidores de velocidad, los trazadores químicos y radioactivos se inyecta aguas arriba del primer punto de control de la corriente. Se calcula el tiempo de paso del prisma de agua que contiene el trazador entre dicho punto de control y otro situado aguas abajo a una distancia previamente determinada. El cociente entre esta distancia y el tiempo de paso es la velocidad media de la corriente.
AFORO CON FLOTADORES.
Son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad media de la sección para ser multiplicada por el área, y conocer el caudal, según la ecuación de continuidad.
Q = velocidad *área Para la ejecución del aforo se procede de la siguiente forma. Se toma un techo de la corriente de longitud L; se mide el área A, de la sección, y se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de control corriente abajo. Como se muestra en la siguiente figura.
Fig. 5. Esquema ilustrativo para aforo con flotador. La velocidad superficial de la corriente, V s, se toma igual a la velocidad del cuerpo flotante y se calcula mediante la relación entre el espacio recorrido L, y el tiempo de viaje t.
Se considera que la velocidad media de la corriente, V m, es del orden de 0.75V s a 0.90 Vs, donde el valor mayor se aplica a las corrientes de aguas más profundas y rápidas ( con velocidades mayores de 2 m/s. Habitualmente, se usa la siguiente ecuación para estimar la velocidad media de la corriente. V m = 0.85VS. Si se divide el área de la sección transversal del flujo en varías secciones, de área Ai, para las cuales se miden velocidades superficiales, V si, y se calculan velocidades medias, V mi, el caudal total se podrá determinar como la sumatoria de los caudales parciales q i, de la siguiente manera:
Se pueden obtener resultados algo más precisos por medio de flotadores lastrados , de sumersión ajustable, como muestra en la figura 5. Estos flotadores consisten en un tubo delgado de aluminio, de longitud L fl, cerrado en ambos extremos y con un lastre en su extremo inferior, para que pueda flotar en una posición próxima a la vertical, de tal manera que se sumerjan hasta una profundidad aproximadamente de 25 a 30 cm sobre el fondo, y emerjan unos 5 a 10 cm. La velocidad observada de flotador sumergido, V f , permite la determinación de la velocidad media de la corriente, V m, a lo largo de su curso, por la siguiente formula experimental:
Clasificación de una estación de aforo
Si se efectúan mediciones del caudal por el método del molinete cuando el río fluye a profundidades diferentes, esas mediciones se pueden utilizar para trazar un gráfico del caudal en comparación con la profundidad de la corriente tal como se muestra en la Figura 23. La profundidad del flujo de una corriente o de un río se denomina nivel de agua, y cuando se ha obtenido una curva del caudal con relación al nivel de agua, la estación de aforo se describe como calibrada. Las estimaciones posteriores del caudal se pueden obtener midiendo el nivel en un punto de medición permanente y efectuando lecturas del caudal a partir de la curva de calibrado. Si la sección transversal de la corriente se modifica a causa de la erosión o de la acumulación de depósitos, se tendrá que trazar una nueva curva de calibrado. Para trazar la curva, es necesario tomar mediciones a muchos niveles diferentes del caudal, con inclusión de caudales poco frecuentes que producen inundaciones. Es evidente que esto puede requerir mucho tiempo, particularmente si el acceso al lugar es difícil, por lo que es preferible utilizar algún tipo de vertedero o aforador que no necesite ser calibrado individualmente, como se analiza más adelante.
Formulas empíricas para calcular la velocidad
La velocidad del agua que se desliza en una corriente o en un canal abierto está determinada por varios factores. · El gradiente o la pendiente. Si todos los demás factores son iguales, la velocidad de la corriente aumenta cuando la pendiente es más pronunciada. · L a r u g o s i d ad. El contacto entre el agua y los márgenes de la corriente causa una resistencia (fricción) que depende de la suavidad o rugosidad del canal. En las corrientes naturales la cantidad de vegetación influye en la rugosidad al igual que cualquier irregularidad que cause turbulencias. · F o r m a . Los canales pueden tener idénticas áreas de sección transversal, pendientes y rugosidad, pero puede haber diferencias de velocidad de la corriente en función de su forma. La razón es que el agua que está cerca de los lados y del fondo de una corriente se desliza más lentamente a causa de la fricción; un canal con una menor superficie de contacto con el agua tendrá menor resistencia fricción y, por lo tanto, una mayor velocidad. El parámetro utilizado para medir el efecto de la forma del canal se denomina radio hidráulico del canal. Se define como la superficie de la sección transversal dividida por el perímetro mojado, o sea la longitud del lecho y los lados del canal que están en contacto con el agua. El radio hidráulico tiene, por consiguiente, una cierta longitud y se puede representar por las letras M o R. A veces se denomina también radio medio hidráulico o profundidad media hidráulica. Muestra cómo los canales pueden tener la misma superficie de sección transversal pero un radio hidráulico diferente. Si todos los demás factores son constantes, cuanto menor es el valor de R menor será la velocidad. Todas estas variables que influyen en la velocidad de la corriente se han reunido en una ecuación empírica conocida como la fórmula de Manning, tal como sigue:
Dónde:
V es la velocidad media de la corriente en metros por segundo R es el radio hidráulico en metros (la letra M se utiliza también para designar al radio hidráulico, con el significado de profundidad hidráulica media) S es la pendiente media del canal en metros por metro (también se utiliza la letra i para designar a la pendiente)
El Coeficiente “ n”
es un coeficiente, conocido como n de Manning o coeficiente de rugosidad de Manning. En el Cuadro 3 figuran algunos valores correspondientes al flujo de canales. En sentido estricto, el gradiente de la superficie del agua debería utilizarse en la fórmula de Manning; es posible que no sea el mismo gradiente del lecho de la corriente cuando el agua está subiendo o bajando. Sin embargo, no es fácil medir el nivel de la superficie con precisión por lo que se suele calcular una media del gradiente del canal a partir de la diferencia de elevación entre varios conjuntos de puntos situados a 100 metros de distancia entre ellos. Se dispone de nomogramas para facilitar la solución de la fórmula de Manning, como indica el ejemplo de la Figura 25. Otra fórmula empírica sencilla para calcular la velocidad de la corriente es la fórmula de zanjas colectoras de Elliot, que es la siguiente:
Donde
V es la velocidad media de la corriente en metros por segundo. m es el radio hidráulico en metros. h es la pendiente del canal en metros por kilómetro.
OBJETIVOS GENERAL:
Determinar el caudal del rio Rancra.
ESPECIFICO:
Medir el ancho y largo de la sección de rio.
Sacar el perfil transversal del rio con ayuda del nivel.
Determinación del tiempo estimado de recorrido del caudal.
EQUIPO
Nivel de ingeniero.
MATERIALES
Cordel. Cinta métrica. Corchos. Cronómetro. Libreta de campo.
PROCEDIMIENTO 1. 2. 3. 4.
Se cruza el rio con dos cordeles paralelos a una distancia de 20 metros. Se mide el ancho de rio.(VER ANEXO 1) Se saca el perfil de cada una de las secciones (cordeles).(VER ANEXO 2) Se sueltan corchos desde el primer cordel hacia debajo desde la parte central y extremos del rio. 5. Se calcula el tiempo promedio de llegada de los corchos al otro cordel. 6. Se realizan los cálculos respectivos.
CÁLCULOS PRIMER TRAMO: - DISTANCIA: 11.30m - MEDIDAS REALIZADAS CON NIVEL: REFERENCIA 293 TRAMO NIVEL ALTURA (cm) 1_2 2_3 3_4 4_5 5_6 6_7 7_8 8_9 9_10 10_11 11_12 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24
294,6 302,05 302,3 299 301 317,3 314,2 310,3 303,8 297,8 313 319 318,2 324,4 331 345,6 351,7 351,5 334,6 346,9 337,8 328,5 292,3
0,016 0,0905 0,093 0,006 0,008 0,243 0,212 0,173 0,108 0,048 0,2 0,26 0,252 0,314 0,39 0,526 0,587 0,585 0,416 0,539 0,448 0,355 0,07
ALTURA (cm) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
ALTURA (cm)
0.2 0.1 0
SEGUNDO TRAMO - DISTANCIA: 10.8 m - MEDIDAS REALIZADAS CON NIVEL REFERENCIA 281 TRAMO NIVEL ALTURA(cm) 1_2 2_3 3_4 4_5 5_6 6_7 7_8 8_9 9_10 10_11 11_12 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23
310 320 325 313 306 310 309 304 308 307 303 307 313 313 307 307 302 295 297 284 289 279
0,29 0,39 0,44 0,32 0,25 0,29 0,28 0,23 0,27 0,26 0,22 0,26 0,32 0,32 0,26 0,26 0,21 0,14 0,16 0,03 0,08 0,002
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 Series1
0.2 0.15 0.1 0.05 0
PENDIENTE P%=2.2 %
ALTURA 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25
ALTURA
0.2 0.15 0.1 0.05 0 1
2
MEDIDA DE AREA
A=S1+S2+S3….+S4+SN A=5.984m
2
MEDIDA DE LA VELOCIDAD CORCHO DERECHA IZQUIEDA (1) (2)
MEDIO (3)
19seg
29seg
21seg
20seg
28seg
22seg
V= d/t (1)…. V= 20m/19.5s => 1.05m/s (2)….V= 20m/28.5s => 0.70m/s (3)….V= 20m/21.5s => 0.93m/s
MEDICION DE ESCORRENTIA Q = A*V 3
Q1 = 5.984*1.05 => 6.28 m /s 3
Q2 = 5.984*0.70 => 4.18 m /s 3
Q3 = 5.984*0.93 => 5.57 m /s
RESULTADOS
Realizando el calculo pertinente obtuvimos que la pendiente del tramo del rio que tomamos para poder trabajar era de 2.2% Se pudo determinar gracias a la pendiente que la altura del rio era máximo de 50 cm. Se determino que el área era de 5.984 m 2 Se determinaron diversas velocidades al momento de soltar el corcho que dependió del lugar donde se soltaba al medio del rio, o a los lados. - Izquierda : 1.05 m/s - Medio :0.70 m/s - Derecha: 0.93 m/s El caudal del rio en los lados es mayor al caudal del lado medio. 3 - Izquierda: 6.28 m /s 3 - Medio: 4.18 m /s 3 - Derecha: 5.57 m /s
CONCLUSIONES En el trabajo realizado fue importante por que aprendimos la medición de aforo de forma perimétrica y también de la medición de caudales y velocidad de la corriente según los trabajos que se iba realizando. Al realizar el trabajo en grupo se llegó a la conclusión de que el rio era de poca altura por lo que fue más accesible trabajar y colocar las cuerdas para ayudarnos a tomar las alturas y hallar la pendiente que tiene el rio en el tramo escogido. Se logró determinar que al comparar el caudal tanto en el lado medio como en los costados la velocidad de los corchos fue más rápido en los bordes esto se podría dar por diversos factores del rio como sus características al contener muchas rocas en su interior las cuales detienen más tiempo a los corchos obstaculizando el paso y que en los bordes presenta más pendiente por lo que el caudal incrementa más en los bordes que en el lado del medio.
