INDICE 1.
INTRODUCCIÓN.-.....................................................................................2
2.
OBJETIVOS.-............................................................................................ 3 2.1 2.2.
3.
GENERAL.-......................................................................................................... 3 ESPECIFICOS.-..................................................................................................... 3
FUNDAMENTO TEORICO.-..........................................................................3 3.2. MÉTODO VOLUMÉTRICO MEDIANTE BALDE O CANECA.-.....................................................3 3.3. MOLINETE.-.............................................................................................................. 4 3.4. FLOTADORES.-.......................................................................................................... 6 3.4.1 Simples o de superficie:.......................................................................................... 6 3.4.2 Dobles o superficiales:............................................................................................ 6 3.4.3 Bastones flotadores o flotadores lastrados:................................................................6 3.4.4. Aplicación.-.................................................................................................... 7 3.4.5. Ecuaciones para determinar por el método del flotador.-.............................8 3.5. AFOROS QUIMICOS:.............................................................................................. 9
4.
MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO.-........................................................9
5.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.-..........................................................9 5.1 PROCEDIMIENTO PARA EL FLOTADOR.-.............................................................................9 5.2. PROCEDIMIENTO PARA EL MOLINETE.-.............................................................................10
6.
DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS.-......................................................10
7.
ANÁLISIS Y RESULTADO.-......................................................................10
8.
CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES.-...............................................10
9.
BIBLIOGRAFÍA.-...................................................................................10
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1. INTRODUCCIÓN.La medición del caudal o gasto de agua que pasa por la sección transversal de un conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua, se conoce como aforo o medición de caudales. Este caudal depende directamente del área de la sección transversal a la corriente y de la velocidad media del agua. El método del flotador se utiliza cuando no se tiene equipos de medición y para este fin se tiene que conocer el área de la sección y la velocidad del agua, para medir la velocidad se utiliza un flotador con él se mide la velocidad del agua de la superficie, pudiendo utilizarse como flotador cualquier cuerpo pequeño que flote: como una pelota de ping pong, una botella, pelotas de tenis o también un fluido que se pueda distinguir en el agua como un tinte. En el caso del aforo que se efectuó en las horillas del rio donde se ubicó un canal natural se aplicó el método de flotador para determinar el caudal de dicho río y en este informe se aplicaron todos los procedimientos para calcular los resultados de los datos obtenidos en el aforo.
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Otro de los métodos empleados dentro de las técnicas más comunes de aforo en una corriente se tiene: utilización del canal de un rio natural, aforo con correntómetro o molinete, método de la velocidad superficial y la utilización de trazadores.
2. OBJETIVOS.2.1
GENERAL.-
Practicar uno de los tipos de métodos de aforo por flotadores. Aplicar lo estudiado en la utilización del molinete hidráulico como medio de medición de velocidades. Calcular el gasto que circula por el rio..
2.2.
ESPECIFICOS.-
Calcular el área de la sección transversal del flujo de agua en un canal del rio natural. Medir la velocidad media de este flujo que para por la sección transversal del canal del rio natural. Dar a conocer a los estudiantes la experiencia de campo de cómo es que se realiza el aforo de un canal del rio determinado. Demostrar a los estudiantes como se determina el caudal de un rio. Mostrar al estudiante las dificultades que se presentan a la hora de hacer el aforo de un canal de rio para determinar su caudal.
3. FUNDAMENTO TEORICO.3.2. Método volumétrico mediante balde o caneca.Este método se aplica para tubería o canal abierto, cuando el vertimiento presenta una caída de agua en la cual se pueda interponer un recipiente; se requiere un cronómetro y un recipiente aforado (balde de 10 o 20 litros con graduaciones de 1 L, o caneca de 55 galones con graduaciones de 1 a 5 galones). Se utiliza un balde para caudales bajos o una caneca cuando se deban manejar grandes caudales. El recipiente se purga dos o tres veces con porciones de aproximadamente 1 L (para el balde) o 10 L (para la caneca) del efluente, que se desechan. Luego se coloca el recipiente bajo la descarga de tal manera que reciba todo el flujo; de manera simultánea se activa el cronómetro. Se debe tener un especial cuidado en el momento de la toma de muestra y la medición del tiempo, ya que es un proceso simultáneo donde el tiempo comienza a tomarse en el preciso instante que el recipiente se introduce a la descarga y se detiene en el momento en que se retira de ella.
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Se toma un volumen de muestra cualquiera dependiendo de la velocidad de llenado y se mide el tiempo transcurrido desde que se introduce a la descarga hasta que se retira de ella. El caudal para ese instante de tiempo se calcula así:
Donde, Q = Caudal, L/s V = Volumen, L t = Tiempo, s
Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que sale por la descarga; se debe evitar la pérdida de muestra en el momento de aforar, así como represamientos que permitan la acumulación de sólidos y grasas. Este método es de fácil utilización en el caso de que el suelo donde se disponga la caneca sea firme y no permite que esta se hunda o se mueva. Dentro de los principales problemas que se pueden presentar es la manipulación de las canecas por su peso exagerado. 1
3.3. Molinete.Se establece la sección transversal de control en la que se realizará el aforo. Para seleccionar la sección transversal del canal que se tomará para el aforo, se debe tener en cuenta las siguientes condiciones:
No deben existir obstáculos sobre la corriente que alteren el paso del agua. Seleccionar una sección en la que las orillas del canal sean paralelas. Evitar secciones con presencia de excesiva turbulencia.
Se tiende una cuerda sobre el canal, que señale la sección transversal de control seleccionada (Figura 1). Esta cuerda debe permanecer amarrada firmemente a las orillas del canal, de manera que se evite cualquier desplazamiento de la misma. Para facilitar la determinación de los puntos de medición de velocidad de la corriente, esta cuerda puede tener marcaciones cada metro o medio metro. Si no es posible tender esta cuerda, se debe tomar como referencia algún objeto ubicado en las orillas del canal, para verificar en el desarrollo del aforo la localización de la misma. Figura 1. Aforo de caudal con molinete
1 http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/guialcalde/2sas/2-2sas.htm (fecha de publicacion:04/07/02)(fecha de consulta:24/10/16)
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Tomando como referencia la cuerda tendida sobre el canal, se mide con la cinta métrica el ancho del mismo (W). Se establece el número y espaciamiento entre los puntos en los que se medirá la velocidad del agua con el molinete, según:
Para un canal de fondo plano sin diferencia de profundidades a lo largo de la sección transversal, se toma la velocidad de la corriente con el molinete sobre una misma posición en el canal. Para un canal de fondo irregular o con diferencias de profundidad, se toman entre tres y seis datos de velocidad de la corriente con el molinete, según el ancho del canal (entre más ancho, tomar mayor número de mediciones). Para esto dividir el ancho de la sección transversal entre cuatro a siete partes (denominadas verticales) y tomar mediciones de velocidad y profundidad (H) del canal en cada una de estas.
Para medir la velocidad de la corriente con el molinete se selecciona el molinete a utilizar según el intervalo de caudal a aforar. Se inserta el molinete en el número de varas necesarias para que la base de la primera de ellas descanse sobre el fondo del canal. Se coloca la punta del molinete en dirección aguas arriba de la corriente, a una altura equivalente al 20%, 60% y 80% de la profundidad del canal en ese punto (tirante). Se verifica el libre movimiento de la hélice. Se coloca en ceros el tacómetro del molinete y el cronómetro y se comienza el conteo simultáneamente en los dos dispositivos. Al minuto de iniciado el conteo del tacómetro, se determina la cantidad de revoluciones de la hélice. Se repite la medición de velocidad para verificar la precisión de los datos. Se determina la profundidad del nivel de agua en el mismo lugar en el que se tomó la medida de velocidad de la corriente. Repetir los anteriores pasos para los demás puntos en los que se determinará la velocidad de la corriente. Para establecer el caudal, se debe utilizar la siguiente fórmula: 2 2 http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358003/Residuales_Contenido_en_linea/leccin_ 18__tcnicas_de_muestreo.html (fecha de publicacion:15/11/07)(fecha de consulta:24/10/16)
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Donde: Q = Caudal de la descarga, m3/s a y b = Datos reportados por el fabricante del molinete f = Revoluciones por minuto del molinete, rpm h = Profundidad en cada vertical, m n = Número de puntos de medición o verticales W = Ancho de la corriente, m
3.4. Flotadores.Consisten en objetos flotantes que adquieren la velocidad del agua que los circundan. Pueden ser de tres tipos.
3.4.1 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. 3.4.2 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. 3.4.3 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 2.
Figura 2 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
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rápidas y a falta de otros recursos, o cuando no se justifica la compra de dispositivos de aforo más precisos.3 3.4.4. 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 3. 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.
FIGURA 3. Levantamiento Topográfico de la Sección Transversal.
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
3 http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/metodo-del-flotador.html (fecha de publicacion:17/05/05)(fecha de consulta:24/10/16)
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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 3. 4 3.4.5. Ecuaciones para determinar por el método del flotador.Obtener el área transversal midiendo el ancho del efluente, luego dividir en secciones y medir la profundidad en cada una de ellas para obtener el área transversal promedio. Medir y demarcar una distancia conocida a lo largo del canal; colocar suavemente sobre la superficie del agua un elemento flotante en el canal y simultáneamente activar el cronometro; medir el tiempo transcurrido hasta que el objeto termine de recorrer la distancia asignada. Repetir este proceso varias veces y calcular el promedio. El objeto flotante no se debe dejar caer ni arrojar sobre la corriente, por cuanto esto le imprimiría una velocidad que afecta la medición. El caudal se calcula como: Donde: Q = Caudal, m3/s V = Velocidad superficial, m/s A = Área transversal promedio, m2 La velocidad se calcula como
Donde: V = Velocidad superficial, m/s X = Longitud recorrida por el elemento flotante, m t = Tiempo de recorrido del elemento flotante, s
Donde: A = Área transversal promedio, m2 W = Ancho de la corriente, m H = Profundidad en cada vertical, m n = Número de puntos de medición o verticales.
4 http://es.slideshare.net/mariocastellon/mtodos-de-aforo fecha de publicacion:17/04/15)(fecha de consulta:24/10/16)
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3.5. AFOROS QUIMICOS: Este el proceso de soltar una sustancia conocida al agua, este sustancia diluye con el contacto del agua, y se toma muestra de aguas abajo y se analiza esa porción de agua, cuanto más sea el caudal la muestra estarán más diluidas.5
4. MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO.
Canal natural del rio.- Canal de forma irregular. Micro molinete Hidráulico.- Instrumento calibrado, medidor de velocidades para el calculo de caudales (Micro molinete Swofer Instrument modelo2100 de alta precisión) Cinta métrica.- Cintas calibradas utilizadas para realizar mediciones. Pelota de ping pong , pedazo de madera y una botella de plástico.-elementos que se los usara para la práctica de flotadores. Cronometro.- con el cual podremos medir tiempos. Jalones.-Con el cual podremos referenciar el tramo inicial con el final. Nivel.- con ayuda del nivel se podrá obtener el desnivel.
5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.5.1 Procedimiento para el flotador.
Ubicación del tramo en el cual se va trabajar para el flotador el canal de rio tendría que ser lo más recto posible.
Reconocimiento del terreno donde se va trabajar.
Se mide los 7metros de longitud del cual se va trabajar por el método del flotador.
Se mide a lo ancho de canal transversal en el principio del tramo y al final del tramo de 7metros.
Se mide los tramos a cada 5cm así medir la profundidad máxima obteniendo.
Inmediatamente se procede la medición de los tiempos para la pelotita de ping pong ,
pedazo de madera y una botella de plástico . Para eso se toma el cronometro y medir el tiempo de recorrido.
Determinar la pendiente del canal del rio natural con la ayuda delos jalones y el nivel.
5 http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/afo rodecorrientes.htm fecha de publicacion:13/07/12)(fecha de consulta:24/10/16)
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5.2. Procedimiento para el molinete.Los pasos para la realización del experimento son los siguientes:
Medir el ancho de la sección del rio b a aforar (parte superficial).
Dividir el ancho del rio en partes iguales o simétricas, según se vea conveniente.
En cada división hecha se deberá anotar el tirante en el punto medio y la velocidad media de la vertical, a partir del método integral.
6. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS.7. ANÁLISIS Y RESULTADO.8. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES.-
9. BIBLIOGRAFÍA.http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/guialcalde/2sas/2-2sas.htm 2
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358003/Residuales_Contenido_en_li nea/leccin_18__tcnicas_de_muestreo.html 3
http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/metodo-del-flotador.html
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http://es.slideshare.net/mariocastellon/mtodos-de-aforo
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http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientoco rrientes/aforodecorrientes.htm
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