UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA SANITARIA 2 ING. GUILLERMO MELINI SALGUERO
MÉTODOS DE AFORO
MARIELA ANELIZ MOTA BARNEOND CARNE 200915019 SECCIÓN N
INTRODUCCION La determinación de la cantidad de agua que lleva un canal o un curso de agua se llama aforo, determinación de dicho caudal es importante para varios fines como para la toma de decisiones en recursos hidráulicos, manejo de agua, diseño y calibración de estructuras, calculo de descargas., determinación de las pérdidas de agua. En resumen el régimen de caudales es un dato básico, indispensable, para todos los diseños hidráulicos y para muchas obras civiles en los que ellos son parte importante como las carreteras, puentes, acueductos, presas, instalaciones hidroeléctricas, obras de riego, defensa contra inundaciones, etc. En este trabajo conoceremos los distintos métodos y las condiciones de empleo de estos.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Conocer los diferentes tipos de aforo que existen y reconocer las concisiones nos brindan un dato más preciso OBEJTIVOS ESPESIFICOS
Identificar el método de aforo para tuberías Reconocer en qué condiciones es mejor el uso de los métodos de aforo directo. Evaluar la forma de aforar el agua de escorrentía y de aguas pluviales.
MÉTODOS DE AFORO En general, los métodos para medir un caudal de agua se pueden clasificar en tres grupos, los mismos que se presentan a continuación; así como las modalidades empleadas en cada uno. MÉTODOS DE AFORO DIRECTO Expresan el caudal como una función de volumen sobre tiempo (Q = V / t ) .Entre ellos se tienen el aforo gravimétrico, volumétrico, químico y los medidores de hélice, fabricados de acuerdo con el mismo principio. Otro método de aforo directo consiste en medir el descenso en el nivel del agua y el tiempo de vaciado en un depósito con dimensiones conocidas.
Aforo Volumétrico Aforo Gravimétrico Aforo Químico o del Trazador
Aforo Volumétrico Es aplicable en la medición de pequeños caudales y se realiza midiendo el tiempo de llenado (t) de un recipiente de volumen conocido (V), donde se colecta la descarga, como se muestra en la Figura, determinando el caudal en al ecuación:
Aforo Gravimétrico Se sigue un procedimiento similar al anterior, pero el volumen colectado de agua en el intervalo de tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso (W) de agua se transforma a volumen, dividiéndolo entre el peso especifico γ del fluido a temperatura de prueba. El recipiente vacío debe ser previamente destarado y, una vez lleno, debe pesarse en la misma balanza. Mediante el método gravimétrico, el caudal aforado se determina con el Siguiente razonamiento:
Aforo Químico o del Trazador Esta técnica se usa en aquellas corrientes que presenten dificultades para la aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como en corrientes muy anchas o en ríos torrenciales. Los trazadores pueden ser de tres tipos: 1) Químicos: de esta clase son la sal común y el dicromato de sodio 2) Fluorescentes: como la rodamina 3) Materiales radioactivos: los mas usados son el yodo 132, bromo 82, sodio. El método de los trazadores puede implementarse de dos maneras: a) Inyectar rápidamente un volumen de trazador. Este método es llamado también método de integración. Supóngase que en una sección 1 de un río se adiciona un pequeño volumen de trazador V1 con una concentración alta C1. Si existe en el río una concentración, Co, el perfil de concentraciones en el rió se comporta con el tiempo así:
b) Inyección a caudal constante. En los aforos químicos o radioactivos se añade de forma continua y constante una concentración conocida (C1) de una sustancia química o radioactiva a la corriente cuyo caudal (Q) desea determinarse.
Por la estequiometría de las reacciones químicas, cuando un caudal constante(q) de una solución salina es descargado dentro del caudal (Q), conteniendo las mismas constituyentes a la concentración (C2), la mezcla resultante de caudales (Q +q) alcanzará una concentración (C) proporcional a las concentraciones iniciales (C1 y C2) delos caudales antes del mezclado, como lo indica la siguiente expresión:
MÉTODOS DE ÁREA-VELOCIDAD Para obtener mayor aproximación en la determinación del caudal en canales y tuberías, con la aplicación de estos métodos, es importante medir la velocidad del caudal en puntos localizados de la sección transversal, donde la velocidad promedio ocurra con mayor probabilidad. La distribución vertical de velocidades en función de la profundidad, se asemeja a un paraboloide con foco sobre la línea donde ocurre la velocidad máxima.
En una tubería completamente llena, la máxima velocidad se desplaza por el centro del tubo y la mínima se desplaza adyacente a las paredes del conducto, donde la fricción retarda el avance; la velocidad promedio se localiza a 3/8 de diámetro alrededor del centro de la tubería, como se muestra en la Figura 4-6. La velocidad promedio equivale aproximadamente a 0.80 de la velocidad máxima, este criterio práctico es aplicable a las tuberías en general, donde normalmente predomina un flujo turbulento.
Método del flotador Método del Tubo Pilot Método del Molinete Hidrométrico Aforo de la Descarga Libre en Tuberías, por el Método de la Trayectoria
Método del Tubo Pilot
Tubos de Pitot.- Estos tubos fueron empleados porprimera vez por el físico francés Pitot, en 1730 (río Sena).
Un tubo de Pitot consiste en un tubo de material transparente con una extremidad doblada en dirección a la corriente del agua, como muestra la Figura 4-15.
FIGURA 4-15Tubo de Pitot.
Teóricamente
En realidad, se debe introducir un coeficiente de corrección C,
El tubo de Pitot solamente conduce a buenos resultados en el caso de corrientes de gran velocidad, siendo por ello más comúnmente empleado en tuberías.
Método del Molinete Hidrométrico Molinetes.- Los molinetes son aparatosconstituidos de paletas o conchas móviles, las cuales, impulsadas por el líquido, dan un número de revoluciones proporcional a la velocidad de la corriente.
Existen dos tipos de molinetes, el de cazoletas y el de hélice, los cuales pueden ser montados sobre una varilla para el aforo de corrientes superficiales o suspendidos desdeun cable durante el aforo de ríos, diques profundos, etc.
a) De eje vertical o cazoletas: Tipo Price, de origen norte-americano. b) De eje horizontal o de hélice Más comunes en Europa
Aplicación.- Este método consiste básicamente en medir en un área transversal de la corriente, previamente determinada, las velocidades de flujo con las cuales se puedeobtener luego el caudal. El lugar elegido para hacer el aforo o medición debe cumplir lossiguientes requisitos:
La sección transversal debe estar bien definida y que en lo posible no se presente agrad ación o degradación del lecho. Debe tener fácil acceso. Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobre elevaciones y cambios en la profundidad producidos por curvas. El sitio debe estar libre de efectos de controles aguas abajo, que puedan producir remansos que afecten luego los valores obtenidos con la curva de calibración.
La sección escogida se divide en tramos iguales tal como muestra la Figura 4-14. En cadavertical, de las varias en que se divide la sección, se miden velocidades con el molinete a 0.2, 0.6 y 0.8 de la profundidad total. Cada vertical tiene su respectiva área de influencia (sombreada en la gráfica), la cual se determina de la siguiente manera: Una vez conocido el tirante inicial yi, y el final yi+1 del área de influencia Ai, sedetermina el tirante promedio:
Las verticales deben tener las siguientes características: o
El ancho entre ellas (b), no debe ser mayor que 1/15 a 1/20 del ancho totalde la sección.
o
El caudal Qi que pasa por cada área de influencia Ai, no debe ser mayor que el10%del caudal total.
o
La diferencia de velocidades entre verticales no debe sobrepasar un 20%.
La velocidad media en cada vertical se determina como:
Método del flotador
Flotadores.- Consisten en objetos flotantes que adquieren la velocidad del agua que los circundan. Pueden ser de tres tipos. a) Simples o de superficie: El inconveniente presentado por este flotador se debe al hecho de ser muy influido por el viento, por las corrientes secundarias y por las olas. b) Dobles o superficiales: Constituyen un pequeño flotador de superficies, al cual está unido por una cuerda un cuerpo sumergido, a la profundidad deseada. Se hace que el volumen del primero sea despreciado frente al segundo. En estas condiciones, manteniéndose el cuerpo sumergido cerca de seis décimos de la profundidad, se determina la velocidad media. c) Bastones flotadores o flotadores lastrados: Son tubos metálicos huecos o de madera, que tienen en la parte inferior un lastre de plomo para que flote en una posición próxima a la vertical. L debe ser igual o aproximadamente 0,95 H, Figura 4-7.
Entre los objetos que pueden servir como buenos flotadores se encuentra una bola de caucho, un trozo de madera, un limón, una hoja seca o un envase plástico tapado. Observación general.- Actualmente, los flotadores rara vez son usados para mediciones precisas debido a muchas causas de errores (causas perturbadoras como los vientos, irregularidades del lecho del curso del agua, etc.). Son sólo empleados para determinaciones rápidas y a falta de otros recursos, o cuando no se justifica la compra de dispositivos de aforo más precisos. Aplicación.- El método del flotador, al igual que los molinetes, tubos Pitot, métodos de la trayectoria y trazadores, se utiliza para medir la velocidad superficial del flujo, no el caudal directamente, y se utiliza en el aforo de surcos, acequias, canales, ríos, diques, etc.
En el sitio que se decidió hacer el aforo, se hace un levantamiento topográfico completo de la sección transversal, el cual dependiendo de su ancho y profundidad, puede hacerse con una cinta métrica o con un equipo de topografía Figura 4-8. El lugar elegido para hacer el aforo o medición debe cumplir los siguientes requisitos: • La sección transversal debe estar bien definida y que en lo posible no se presente agradación o degradación del lecho. • Debe tener fácil acceso. • Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobre elevaciones y cambios en la profundidad producidos por curvas. • El sitio debe estar libre de efectos de controles aguas abajo, que puedan producir remansos que afecten luego los valores obtenidos con la curva de calibración. El flotador debe ser soltado repetidas veces unos cuantos metros aguas arriba de la sección de prueba, cronometrando el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida (usualmente de 15 a 50 m.), marcada previamente sobre un tramo recto y uniforme. Dicho tramo es seleccionado para las observaciones a lo largo del ducto de prueba, como lo indica la Figura 4-8
Una vez hallados los tiempos de recorrido, se obtiene un promedio.
Luego, la velocidad superficial se determina dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo promedio de viaje del flotador.
Como la velocidad superficial es mayor que la velocidad promedio del caudal, es necesario corregir la medición del flotador multiplicándola por un coeficiente que varia de 94 0.65 a 0.80; misma que debe ser de 0.65 para pequeños caudales (acequias) y de 0.80 para grandes caudales (ríos, diques y canales).
Generalmente las acequias y canales de uso agrícola no están revestidos. Su sección transversal, construida en tierra, no es uniforme, por tanto, la determinación del área debe hacerse dividiendo el espejo del agua en varios segmento iguales, de tal forma que se tenga una serie de figuras geométricas consistente en triángulos y trapecios, cuyos lados estarán dados por las profundidades (di) del agua y, las alturas, por la longitud del segmento (x/n), tal como se muestra en la Figura 4-9.
Finalmente al multiplicar el área de la sección transversal (A) por la velocidad promedio del flujo (Vpromedio), se obtiene el caudal (Q) para la corriente aforada.
CONCLUSIONES
Cuando el agua se obtiene de diques, ríos, canales y acequias, pueden utilizarse vertederos, canaletas, orificios, molinetes, flotadores, colorantes y sales para aforarla. Sin embargo, cuando el agua es conducida por tuberías las mediciones pueden hacerse con venturímetros, orificios, medidores de hélice, tubos de Pitot, tubo california, boquillas, tubo rasurado y medidores electromagnéticos.
Los métodos gravimétricos y volumétricos de aforo directo, que consisten en tomar el tiempo de llenado de un recipiente de volumen conocido, se utilizan en la medición de pequeños caudales.
Por su parte, las mediciones del escurrimiento pluvial y del flujo de aguas subterráneas, son difíciles de realizar con precisión, por lo cual se usan métodos aproximativos que incluyen trazadores químicos y radioactivos.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s06.htm http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/aforos.html http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/aforo-volumetrico.html http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/aforo-quimico-o-del-trazador.html http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/metodo-del-molinete-hidrometrico.html
