Informe de Aforo

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO ESCUELA PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERÌA MECANICA ELECTRICA LABORATORIO LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA II

ENSAYO N°1 FLUJO INTERNO (AFORO DEL RIO COATA) 1. RESUMEN: El presente ensayo es realizado con la finalidad de encontrar la descarga o caudal del río río Coata en la esta estaci ción ón Puente utiliz izan ando do para para ell ello o un un Puente Unocolla Unocolla util correntómetro o molinete de eje vertical. Los Los resu resultltad ados os obte obteni nido doss en el pres presen ente te ensa ensayo yo fuer fueron on calc calcul ulad ados os con con el procedimiento correspondiente expuesto en la parte teórica, (véase el ejemplo de calculo en el apéndice) estos resultados se obtuvieron previo análisis de los datos tomados en el ensayo; ensayo; dando como resultado resultado una caudal total de 31.332 m3 /s. Estos resultados obtenidos son unas aproximaciones al valor real ya que contiene errores. Como se comprenderá el verdadero valor de una medición no se puede hallar ya que siempre intervienen errores de diversas clases los cuales hacen que el resultado calculado no sea exactamente el valor real.

2. OBJETO: • •

Aforar el rio coata en el puente unocolla(Juliaca) unocolla(Juliaca) Determinar el caudal del rio coata(m3/s)

3. TEORIA: AFORO DESDE PUENTE •

Para medir la velocidad con el molinete GURLEY se debe tener en cuenta: 1. Si la H de profu profund ndid idad ad del del rio rio es mayor mayor 1 metro metro se medi medirá rá dos dos velocidades.   

V1 = 0.2H V2 = 0.8H V = V1 + V2

2. Cuando Cuando la H de profund profundidad idad se menor menor a 1 metro metro se medirá medirá solo solo una velocidad. 

V = 0.6H

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Datos: • •

Numero de señales de sonido en “t” segundos. Tiempo en que se midió las señales “t”

FORMULAS DEL MOLINETE PARA HALLAR LA VELOCIDAD: •

Para revoluciones mayores a 40. V = ((2.170 N)/t + 0.030)*0.3048

•

•

Para revoluciones menores a 40. V = ((2.180 N)/t + 0.020)*0.3048 Donde:  N: numero de revoluciones.  “t” en segundos en este caso se tomo 50 segundos Para cada tramo.  0.3048 es la constante de conversión de pies/seg. A m/seg.

AFORO DESDE PUENTE SENAMHI Siempre que en el tramo de aforo se encuentre un puente, convendrá estudiar la posibilidad de utilizarlo como estructura para aforar, sin embargo cuando dicho puente presenta obstáculos de consideración al paso de la corriente, como puede suceder con machones que dan lugar a la formación de remolinos, o bien, cuando se encuentran dificultades para las operaciones de aforo, será preferirle desistir de utilizarlo, debiéndose recurrir a la construcción de una estructura especial, ya que de otro modo se reducirá considerablemente la precisión de las medidas. El aforador deberá contar con el siguiente equipo:


Además el aforador deberá llevar cronómetro, huincha ó flexo, libreta de aforo, lápiz o punta bola. Debe tener en cuenta que orilla izquierda OI es aquella que si supuestamente nos colocamos en medio del río mirando aguas abajo se encuentra a nuestra izquierda. Orilla derecha OD es aquella que si supuestamente nos colocamos en medio del río mirando aguas abajo se encuentra a nuestra derecha. - Se marcará en el puente las distancias horizontales determinadas por el ancho del río.

Debe dejar en blanco las casillas correspondientes a las alturas de escala y hora dc finalización del aforo, estaos datos se anotarán cuando finalice el aforo. Si esta aforando con equipo GURLEY, dc acuerdo a la velocidad del río, utilizará el borne correspondiente a (1-1), una revolución una señal ó el borne de (5-1), cinco revoluciones una señal. 1 revolución 1 señal

5 revoluciones 1 señal

Al inicio del aforo, anotar la distancia entre el origen y el lugar donde el agua se une con el suelo, se debe anotar también la profundidad que no siempre es cero.


NUMERO DE VERTICALES Dependiendo del ancho del río se tomarán en cuenta la separación entre verticales de acuerdo a la siguiente tabla:

DESDE 0.0 1.2 3.0 5.0 8.0 12.0 18.0 25.0 35.0 50.0 70.0

HASTA 1.2 3.0 5.0 8.0 12.0 18.0 25.0 35.0 50.0 70.0 adelante

SEPARACIÓN 0.30 0.40 0.50 0.70 1.00 1.00 1.50 2.00 3.00 4.00 5.00

RESUMEN Las Distancias entre verticales se las determinará en función del ancho del río. En alturas que estén entre 0.3 m y 0.6 m se tomará un solo punto. En alturas que estén entre 0.6 y 1.2 m., se tomarán 3 puntos 0.2h, 0.4h y 0.6h En alturas mayores a 1.2 m se tomarán cuatro puntos 0.2h, 0.4h, 0.6h y 0.8h

CORRECCIONES POR ÁNGULO

Si el conjunto molinete - escandallo no pesa lo suficiente para mantenerse perpendicular a la superficie del agua, con una precisión de 4 grados como


mínimo, el ángulo que forma el cable que sostiene al conjunto molinete - escandallo ( ) se medirá con un transportador, redondeando el resultado al grado mas próximo. El ángulo ( ) no debe ser superior a 30°. La relación entre la profundidad exacta d y la profundidad registrada d ab, basada en el ángulo ( ) medido y en la distancia entre la superficie del agua y el punto de suspensión de la línea de sondeo x, es la siguiente:

Donde: = Profundidad exacta = Profundidad registrada x = Dist. entre la sup. del agua y el punto de suspensión de la línea de sondeo = Angulo medido k = Factor de corrección para valores dados de Los valores de k, que se dan en la tabla, están basados en el supuesto de que la presión de arrastre ejercida sobre la plomada en la capa de agua relativamente tranquila próxima al fondo puede despreciarse y de que el conjunto molinete escandallo estén diseñados de tal modo que ofrezcan poca resistencia a la corriente. Las incertidumbres de esta estimación son tales que, si el ángulo que el conjunto molinete - escandallo forma con la vertical es superior a 30 grados, pueden producirse errores importantes. Factor de corrección k para valores dados de

k 4° 0,0006 6° ,0016 8° ,0032 10° ,0050 12° ,0072

14° 16° 18° 20° 22°

k 0,0098 ,0128 ,0164 ,0204 ,0248

24° 26° 28° 30° 32°

k 0,0296 ,0350 ,0408 ,0472 ,0544

PRECAUCIONES QUE SE DEBE TOMAR ANTES DL REALIZAR. EL AFORO MOLINETE GURLEY. Una vez armado el molinete, debe verificar qué todos los tornillos estén ajustados para evitar la pérdida de alguna pieza, sin descuidar la tuerca que asegura el pivote, la cual debe estar debidamente apretada, en seguida se aflojará la tuerca que levanta el eje de las copas, hasta que este apoye en el pivote, y dichas copas puedan girar libremente.


PRUEBA DE GIRO En caso de estar en buenas condiciones el molinete, al imprimir un movimiento en las copas, estas deben girar libremente un rato. El molinete emitirá chirridos por falta de aceite, es necesario aceitar el molinete cada vez que sea necesario. Si hay una. Diferencia considerable de tiempo después de realizar la prueba de giro varias veces a partir de la misma posición, debe revisar su molinete, y si continúa este problema debe llevarlo a su oficina regional. Asegúrese de que todos los circuitos estén bien conectados. Asegúrese de que el contador, sea este linterna o audífono emita sus señales. Debe revisar las conexiones cuando: • Las conexiones estén mal. • Si hay interrupciones en el sonido, o si este no corresponde a las revoluciones. El contador (sea linterna o audífono) no emitirá ningún sonido cuando: • • • •

Se haya desconectado el cable Se haya cortado el cable Se hayan gastado las pilas El contacto (alambre acerado) tenga un contacto no bueno

El contador (sea este linterna o audífono) emitirá una señal continua cuando: • Se haya desconectado una de las terminales y este contacto haciendo corte • Es muy fuerte el alambre acerado no se desprende con facilidad del contacto El contador (sea este linterna o audífono) emitirá una señal irregular cuando: • • • •

El eje estará trabado con paja o hierba Se haya interrumpido el contacto Prueba del cronómetro Deje que la manecilla de una revolución completa, y repita si no se traba. Asegúrese de que la manecilla regrese al punto cero

4. APARATOS: Los aparatos que se utilizaron son los siguientes: - Un molinete GURLEY TIPO PRICE Nº 502 con hélice Nº 101.

MOLINETE GURLEY TIPO PRICE El medidor de corriente GURLEY consta de una rueda de cangilones, montada en un eje vertical, que gira al quedar suspendida en agua corriente. Generalmente la


rueda que gira lleva unas aspas o copas sobre las cuales el agua al chocar ejerce una fuerza que le imprime movimiento de rotación, tanto más rápido cuanto mayor sea la velocidad de la corriente. Para contar el número de vueltas que da la rueda, se utilizan diversos sistemas, siendo el más práctico el eléctrico, que transmite una señal perceptible a un audífono o a una linterna, cada cierto número de vueltas de la rueda (puede ser una señal por cada vuelta o una señal por cada cinco vueltas). El circuito se cierra a cada revolución o bien cada quinta revolución, bornes independientes, permiten el régimen de conteo deseado.

Instrumento para aforar: Molinete tipo taza cónica

5. PROCEDIMIENTO: Para realizar el calculo de la descarga es empleara el método descrito en la parte teórica; en la parte que corresponde al aforo desde puente. El aforo comenzó a las 7:30am del 22-04-2009 y finalizo alas 8:30am, durante el proceso de la toma de lecturas se observó que el molinete se mantenía en condición estable gracias a una pesa ubicada debajo del molinete(lastre) cuyo pero es de 7.5 kg. La manera por la cual se tomo la lectura fue el conteo de la emisión de pitidos del molinete en un tiempo medido de 50 segundos por cada punto vertical. El molinete usado para el aforo estaba en condiciones aceptables de utilización ya que el encargado del aforo se encarga del mantenimiento periódico de éste; por lo tanto los resultados obtenidos brindan una buena aproximación a la descarga o caudal real. El montaje usado del molinete en cada vertical es el siguiente:


6. RESULTADOS: Los resultados que se obtuvieron son los siguientes:

TABLA 1 VELOCIDAD

SONDEOS CORRENTOMETRO SECCION DESCARGA Dist. Profundidad Media Media del Revoluc. En el Profund. Profund. de la Tiempo en la en el Ancho Área Caudal punto (pitidos) punto media Observación vertical tramo inicial m m Método m 5rev= 1pit seg m/seg m/seg m/seg m m m2 m3 /seg 11 0 0.6 0 0 30 0 0.025 0.0 0 0 0 0 12 0.29 0.6 0.174 9 30 0.099 0.099 0.049 0.145 1 0.145 0.0071 18 0.33 0.6 0.198 26 30 0.244 0.244 0.171 0.31 6 1.86 0.3180 24 0.26 0.6 0.156 72 30 0.637 0.637 0.440 0.295 6 1.77 0.7788 30 0.58 0.6 0.348 128 30 1.1150 1.1150 0.876 0.42 6 2.52 2.20750 36 0.46 0.6 0.276 43 30 0.389 0.389 0.752 0.52 6 3.12 2.3462 39 0.25 0.6 0.150 17 30 0.167 0.167 0.278 0.355 3 1.065 0.2960 00 00 0.0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0.0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 62 0.22 0.6 0.132 11 30 0.116 0.116 0.058 0.11 1 0.11 0.0063 68 0.48 0.6 0.288 37 30 0.338 0.338 0.227 0.35 6 2.1 0.4767 74 0.40 0.6 0.240 63 30 0.560 0.560 0.449 0.44 6 2.64 1.1853 80 0.46 0.6 0.276 48 30 0.432 0.432 0.496 0.43 6 2.58 1.2726 86 0.50 0.6 0.300 62 30 0.551 0.551 0.491 0.48 6 2.88 1.4140 92 0.27 0.6 0.162 62 30 0.551 0.551 0.551 0.385 6 2.31 1.2728 98 0.31 0.6 0.106 38 30 0.347 0.347 0.449 0.29 6 1.74 0.7812 104 0.33 0.6 0.198 0 30 0 0 0.173 0.32 6 1.92 0.3321 110 0.36 0.6 0.180 48 30 0.432 0.432 0.216 0.315 6 1.89 0.4082 116 0.40 0.6 0.240 93 30 0.816 0.816 0.624 0.35 6 2.1 1.3104 120 0.27 0.6 0.162 28 30 0.261 0.261 0.538 0.335 4 1.34 0.7209


124 126

0.31 0

0.6 0.6

0.186 0

31 0

30 30

0.257 0.257 0.274 0.025 0.025 0.143

0.29 4 1.16 0.155 2 0.31 Descarga Total NOTA: Un ejemplo de cálculo de los datos está contenido en el apéndice.

0.3178 0.0443 15.5135

Los resultados de la ultima columna sumados dan la descarga o caudal total del río lo cual es: 31.332 m 3/seg; lo cual es bastante aproximado al es resultado de 18.029 m3/seg calculado por el encargado del aforo.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Se obtuvo la medida del caudal del río coata, empleando para esto el método expuesto por el encargado del aforo del río; lo cual es el calculo de caudales parciales por tramo de ancho de río, en donde en cada tramo el caudal es igual al producto de la velocidad media medida por la profundidad media por el ancho de tramo ; el numero de mediciones por vertical y la distancia de los tramos esta determinada por las características del río (ancho y profundidad) para lo cual existen tablas que se exhiben en la parte teórica para la determinación de estos parámetros para realizar el aforo correctamente. Estos resultados obtenidos no pueden ser exactos, y contienen errores; los cuales son debidos a diferentes factores entre los cuales tenemos por ejemplo el viento fuerte de ESTE que había durante el aforo lo cual hace variar la velocidad del agua en la superficie del río, también acarrea error la presencia de pequeños remolinos de agua en la zona del aforo, lo cual debería de evitarse, otro aspecto es el hecho de que el molinete usado emite 1 pitido por cada 5 revoluciones lo implica que al cabo de 50 segundos (tiempo usado para el conteo de pitidos) el molinete no es capaz de registrar por ejemplo las ultimas 2, 3 o 4 revoluciones; sin embargo la implicancia de estos errores en el resultado final son de menor cuantía por lo que este resultado todavía posee una buena aproximación.

8. DISCUSION: El método de calculo de caudal es muy simple desde que se sabe que el caudal en una corriente es igual al producto de el área de la sección de la corriente por la velocidad lineal de esta; por lo que en este método se calcula el caudal en cada tramo el cual es igual al producto de la velocidad media calculada por la profundidad media por el ancho del tramo; lo cual es síntesis es “caudal = velocidad x área”, el hecho de tomar las medias para las velocidades y para las profundidades es para compensar el hecho de que la velocidad del fluido no es constante a lo largo de una vertical y para compensar el irregular suelo del río.

9. APENDICE: Los datos que se tomaron son la velocidad del fluido en forma de velocidad angular (revoluciones) el cual se transforma posteriormente a velocidad lineal utilizando una formula matemática la cual es propia del instrumento; en esta formula matemática se relaciona la velocidad angular con la velocidad lineal, las


cuales, es sabido que se relacionan por medio del radio de giro este caso del eje del molinete a las cazoletas o copas.

en

Se empezó a realizar el aforo por la orilla izquierda tomando una sola medida de velocidad por vertical debido a la profundidad del río y el primer tramo a 2 metros debido a la ausencia de agua a los 0 metros del ancho del río y luego cada 10 metros de acuerdo al ancho del río hasta los 130 metros; en donde a partir de ahí se tomo la medida a 6 metros en el siguiente tramo y luego a 3 metros, para terminar con un tramo de 1 metro para completar a los 140 metros en donde se concluyo. El cronometro utilizado fue un reloj digital por lo que no acarrea errores de lectura. La precisión del molinete utilizado es aceptable ya que utilizado para el registro de descargas por el SENAMHI y esta provisto de un mantenimiento periódico por el encargado de realizar el aforo. A continuación se presenta un ejemplo de calculo de la TABLA 1 para el calculo de caudales por tramo:

SONDEOS CORRENTOMETRO VELOCIDAD SECCION DESCARGA Dist. Profundidad Media Media del En el Profund. Profund. de la Revoluc. Tiempo en la en el Ancho Área Caudal punto punto media Observación vertical tramo inicial m m Método m seg m/seg m/seg m/seg m m m2 m3 /seg FILA Nº 00 8 0.00 0.60 0.00 0.00 0.00 0.000 0.000

12

20

0.24

0.61

0.60

0.60

0.14 4(20rev.)

50.00 0.2719 0.2719 0.1389 0.120

0.37 10.1(51rev) 50.00 0.6834 0.6834 0.4779 0.425

CALCULO DE LA FILA Nº 01 VELOCIDAD EN EL PUNTO: 0.2719 = (2.18x20/50+0.020)*0.3048 MEDIA EN LA VERTICAL: 0.2719 = 0.2719 MEDIA EN EL TRAMO: N nueva = (0.00+20)/2 = 10rev.

4

8

0.48

FILA Nº 01 0.1305

3.4

FILA Nº 02 2.3236


Entonces: Vmed. = (2.18x10/50+0.020)*0.3048 = 0.1389 SECCION PROFUNDIDAD MEDIA: 0.120=(0.24+0.00)/2 ANCHO: 4 metros AREA: 0.48 = 4x0.12 DESCARGA CAUDAL:

0.1305 = 0.2719 x 0.48

CALCULO DE LA FILA Nº 02 VELOCIDAD EN EL PUNTO: 0.718 = (2.17x51/50+0.030)*0.3048 MEDIA EN LA VERTICAL: 0.6834 = 0.6834 MEDIA EN EL TRAMO: N nueva = (51+20)/2 = 35.1rev. Entonces: Vmed. = (2.17x35.1/50+0.030)*0.3048 = 0.4779 SECCION PROFUNDIDAD MEDIA: 0.355=(0.54+0.17)/2 ANCHO: 8 metros 3.4 = 8 x 0.425 AREA: DESCARGA CAUDAL:

2.3236 = 3.4 x 0.718

Informe de Aforo

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