UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
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MATERIA:
HIDRAULICA.
DOCENTE: ING. Chávez.
TEMA: MÉTODOS DE AFORO DE CORRIENTES DE AGUA.
INTEGRANTES: ALEXANDER ROMMEL
MARTES 7 DE AGOSTO DE 2012.
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Índice. Contenido
Numero de página.
Introducción
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Objetivos
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Marco teórico
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Conclusiones
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Bibliografía
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Introducción.
Desde la antigüedad, ha sido fundamental y de vital importancia el uso del agua, con el pasar del tiempo este recurso natural ha sido en diferentes áreas, no solamente para el consumo humano sino en generación de electricidad, en sistemas de riego entre otros; por tal motivo se ha visto la necesidad de estudia su comportamiento y características pasa hacer un mejor uso de este recurso.
Esta ha sido la razón para que se empiece a desarrollar diferentes dispositivos tecnológicos que permitan cuantificar de una manera precisa las características y comportamiento del agua. Hoy en día existen numerosos instrumentos con los cuales se facilita la medición del nivel, velocidad, caudal o gasto como son los flotadores que son instrumentos sencillos de realizar pero que también son imprecisos por lo que su uso queda limitado a situaciones donde no se requiere mayor precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad media de una sección transversal por donde fluye agua y conocer el caudal mediante la ecuación de continuidad. También existen los molinetes que son dispositivos también empleados para la medición del caudal en canales o ríos, su funcionamiento consiste en unas aspas sumergidas a una profundidad del 60% desde el nivel donde el agua es constante al hacer girar las aspas se puede calcular la velocidad del agua al relacionarla con el movimiento de rotación de las aspas.
En el presente trabajo se hace una breve explicación de las diferentes formas de medir las características y comportamiento del agua mediante la utilización de algunos instrumentos principalmente los flotadores y los molinetes, además de exponer algunos principios teóricos básicos y características generales del agua.
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Objetivos. Objetivo general:
Describir los diferentes métodos utilizados para el aforo de corrientes de agua.
Objetivos específicos:
Describir los métodos de aforo del flotador y molinete.
Definir conceptos básicos en al mecánica de fluidos e hidráulica.
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Marco teórico. Fluido Es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeño que sea. Fluidos son líquidos y gases. Los líquidos se diferencian de los gases por la fluidez y menos movilidad de sus partículas y porque ocupan un volumen determinado, separándose del aire mediante una superficie plana. Mecánica de fluidos La Mecánica de fluidos es conocida también como, Mecánica de Líquidos, la cual se divide en Hidrostática e Hidrodinámica, las cuales se encargan del estudio de las características de fluidos en reposo y en movimiento, respectivamente. Dando lugar al nacimiento de la Hidráulica la cual se encarga de manifestar la parte teórico - Experimental. La mecánica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas que cubren diferente aspectos de la ingeniería, la física, las matemáticas, etc. Están destinadas a solucionar problemas de la vida cotidiana así como para desarrollar nueva tecnología y descubrir nuevos campos de la ciencia. Para Vernard J.K. las aplicaciones de la mecánica de fluidas se pueden en un número infinito, ya que todo depende de los fluidos, directa e indirectamente. Un ejemplo palpable para demostrar tal afirmación es el suponer que la tierra esta conformada de un 75% de agua.
AERODINAMICA
Rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento. Todos los temas que se mencionaron anteriormente y que se relacionan con la aerodinámica, son las ramas que se derivan de la misma y que se deben de revisar para lograr un estudio amplio y completo de los fenómenos aerodinámicos ; y por lo tanto ,lograr englobar todos estos conceptos y sus aplicaciones ,enfocados hacia la mecánica de fluidos. El investigador Fernández Larrañaga dice: "La aerodinámica es la principal aplicación de la mecánica de fluidos inducidos hacia el campo de los flujos con rozamiento, con gases específicamente".
SUPERSÓNICA
La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la velocidad del sonido en el medio —generalmente aire— en que se desplaza.
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La velocidad del sonido en la atmósfera varía según la humedad, la temperatura y la presión. Como la velocidad del sonido es un factor crucial en las ecuaciones aerodinámicas y no es constante, suele emplearse el número de Mach, así llamado en honor del físico y filósofo austriaco Ernst Mach, un pionero en el estudio de la balística. El número de Mach es la velocidad respecto a la atmósfera del proyectil o el avión dividida entre la velocidad del sonido en el mismo medio y con las mismas condiciones. Así, al nivel del mar, en condiciones normales de humedad y temperatura, una velocidad de 1.220 km/h representa un número de Mach de 1. En la estratosfera, debido a las diferencias de densidad, presión y temperatura, esta misma velocidad correspondería a un número de Mach de 1,16. Expresando las velocidades por su número de Mach, en vez de en kilómetros por hora, puede obtenerse una representación más exacta de las condiciones que se dan realmente durante el vuelo.
ONDAS DE CHOQUE
Los estudios mediante observaciones ópticas de proyectiles de artillería revelan la naturaleza de las perturbaciones atmosféricas encontradas durante el vuelo. A velocidades subsónicas, por debajo de Mach 0,85, la única perturbación atmosférica es una turbulencia en la estela del proyectil. En la zona transónica, entre Mach 0,85 y Mach 1,3, aparecen ondas de choque a medida que aumenta la velocidad; en el rango más bajo de esa zona de velocidades, las ondas de choque surgen de cualquier protuberancia abrupta en el contorno suave del proyectil. Cuando la velocidad supera Mach 1, las ondas de choque surgen de la parte delantera y la cola y se propagan en forma de cono desde el proyectil. El ángulo del cono es tanto menor cuanto mayor es la velocidad del proyectil. Así, a Mach 1, la onda es esencialmente un plano; a Mach 1,4 (1.712 Km. /h al nivel del mar), el ángulo del cono es de aproximadamente 90°; a Mach 2,48 (unos 3.030 Km. /h), la onda de choque procedente del proyectil tiene un ángulo cónico ligeramente menor de 50°. La investigación en este campo ha permitido el diseño de los modernos aviones de gran velocidad, en los que las alas se inclinan hacia atrás formando ángulos de hasta 60° para evitar la onda de choque procedente de la parte delantera del avión. Las ondas de choque son el principal campo de estudio del el autor Jerry D. Wilson dentro de la mecánica de fluidos, ya que según el autor es donde tiene mayor implicación con la tecnología aeronáutica moderna y toda la tecnología que conlleva el estudio de su realización.
MAXIMIZACION DE LA EFICIENCIA
Entre otros factores estudiados por la investigación sobre proyectiles de artillería supersónicos figuran la forma ideal de los proyectiles y el comportamiento de un gas que fluye a altas velocidades. La llamada forma de gota, que es la forma aerodinámica ideal para velocidades subsónicas, es muy poco eficaz en la zona supersónica debido a su gran superficie frontal, que comprime el aire y da lugar a ondas de choque de gran amplitud que absorben mucha energía. Cuando un gas fluye por un tubo estrechado, como la tobera de un cohete, a velocidades subsónicas, la velocidad de flujo aumenta y la presión disminuye en el cuello del estrechamiento. A velocidades supersónicas se produce el fenómeno inverso, y la velocidad de flujo aumenta en un 6
tubo divergente. Así, los gases de escape de un cohete, al acelerarse en la tobera hasta la velocidad del sonido, aumentan aún más su velocidad, y por tanto su empuje, en el ensanchamiento divergente de la tobera, con lo que se multiplica la eficiencia del cohete. Otro factor que los diseñadores de cohetes conocen desde hace tiempo es la influencia directa de la presión atmosférica reinante sobre la eficiencia del vuelo a velocidades supersónicas. Cuanto más próximo esté el medio circundante a un vacío perfecto, más eficiente es el motor del avión o el cohete. El rango de velocidades de un avión supersónico también puede aumentarse reduciendo la superficie, o sección transversal, que presenta al aire. En los aviones que operan a velocidades supersónicas es imprescindible aumentar el peso del aparato aumentando su longitud, hacerlo más esbelto y dotarlo de un frente en forma de aguja. En los años posteriores a la II Guerra Mundial, los centros de investigación en aerodinámica construyeron túneles de viento donde se podían probar maquetas o piezas de aviones en corrientes de aire supersónicas.
REGLA DE LAS SUPERFICIES
Un importante avance en la aeronáutica, gracias a las investigaciones en túneles de viento, se debió al físico estadounidense Richard Travis Whitcomb, que descubrió la regla de las superficies para el diseño de aviones supersónicos. Según este principio, el aumento abrupto en la resistencia al avance que se produce a velocidades transónicas se debe a la distribución de la superficie total de la sección transversal en cada punto del avión. Estrechando el fuselaje en la zona donde está unido a las alas, la reducción en la sección transversal total del fuselaje y las alas disminuye la resistencia al avance del aparato. El diseño de Whitcomb, llamado de talle de avispa, hizo posible un aumento del 25% en el rango de velocidades supersónicas sin necesidad de una mayor potencia en los motores. En el pasado se utilizaba el término supersónica en un sentido más amplio, e incluía la rama de la física ahora conocida como ultrasónica, que se ocupa de las ondas de sonido de alta frecuencia, generalmente por encima de los 20.000 hercios (Hz). Hidráulica La palabra Hidráulica viene del latín hydraulica y ésta del griego hydrauliké que corresponde al término femenino de hydraulikós, que a su vez se deriva de hydraulis, cuya traducción al español podría ser tubo de agua, pues se compone de dos palabras: hydor = agua, y aulos = tubo. Sin embargo, otros autores en forma mas pintoresca, traducen hidráulica como órgano de agua y sitúan su origen en el griego hydor = agua, y en aulein = tocar la flauta. Realmente, esta interpretación se debe a que el hidraulus es un antigüo instrumento musical precursor del órgano de nuestros días, en el que un depósito con agua estabiliza la presión del aire que pasa por los tubos. La hidráulica es la parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos con aplicación a los problemas de naturaleza práctica (conducción, abastecimientos, riegos, saneamientos, etc.).
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Partiendo de la mecánica racional, deduce, auxiliada por la experiencia, las formulas que permiten resolver los problemas de índole práctica con que a diario se encuentra el técnico. Se estudian los líquidos como si fueran líquidos perfectos (homogéneos, no viscosos e incompresibles) y se les aplican las leyes de la mecánica, corrigiendo las formulas con coeficientes determinados empíricamente para que se ajusten a la realidad. Por lo tanto, la hidráulica es una ciencia aplicada y semiempirica. La parte de la hidráulica que estudia las condiciones de equilibrio de los fluidos se llama hidrostática o estática de fluidos, mientras que la hidrodinámica se ocupa del movimiento de los mismos. Caudal (Q) Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. El caudal no es constante en el recorrido del río sino que normalmente se incrementa por la incorporación de nuevos aportes (afluentes, escurrimiento subterráneo, etc). No obstante, si el ambiente es muy árido, el caudal puede reducirse en un recorrido prolongado por pérdidas por infiltración y evaporación, o por usos consuntivos del agua como el riego, toma para agua potable. El caudal es el parámetro más importante para determinar las posibilidades de aprovechamiento de un río o arroyo, por tal motivo es importante la determinación de sus variaciones a lo largo del tiempo. Tales fluctuaciones son propias de cada curso, y se verifican espacialmente, a lo largo del cauce y temporalmente, ya que éstas son de carácter diario. En cada río, las variaciones dependen por un lado de las condiciones climáticas precedentes, principalmente precipitación, temperatura y radiación solar y por otra parte del estado de humedad de la cuenca de aporte, principalmente nieve almacenada remanente, en el caso de los cursos de régimen nival o pluvionival Es así como se requieren caudales característicos para diferentes fines. Por ejemplo para usos consuntivos se requieren caudales mínimos, en tanto que para obras como puentes, defensas, presas, etc se requiere también el caudal máximo. Para flujo uniforme y permanente, aplicando la formula de manning tenemos:
() Donde: A: área de la sección del flujo de agua V: velocidad lineal promedio.
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N: es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared. R: radio hidráulico, en metros, función del tirante hidráulico h. S: = la pendiente de la línea de agua en m/m Aforo de corrientes de agua. El aforo es la operación de medición del caudal en una sección de un curso de agua. En los ríos se mide en forma indirecta, implica medir receptáculos o corrientes de agua, en muchas ocasiones calculando la que pasa por un conducto en una unidad temporal. La finalidad es saber para cuanta población puede alcanzar el abastecimiento que brinda determinado curso de agua. Se efectúa cuando la fuente se encuentra en sus niveles mínimos y máximos a efectos de realizar un promedio. Para caudales de menos de10 lts./seg. Se usa el método volumétrico y si supera ese caudal, se usa el método de velocidad-área. 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. La mayoría de los métodos de aforo se basan en la ecuación de continuidad .
MÉTODOS DE AFORO DE CORRIENTES 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.
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Fig. 1.
Fig. 2.
Instalaciones para un aforo Volumétrico con vertedero. 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 ecuación de continuidad.
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 O 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 lámina brillante, de longitud conocida, en un sitio aguas debajo de la inyección, es posible detectar 10
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 lámina. La velocidad media superficial del flujo se obtendrá dividiendo la longitud de la lámina 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.
AFOROS CON TRAZADORES QUÍMICOS Y RADIOACTIVOS.
Es un método muy adecuado para corrientes turbulentas como las de montañas. Estos trazadores se utilizan de dos maneras: como aforadores químicos, esto es, para determinar el caudal total de una corriente y como medidores de velocidad de flujo. En los aforos químicos y radioactivos, se inyecta una tasa constante qt, de la sustancia química, radioactiva o trazador, de concentración conocida, Cti, a la corriente cuyo caudal, Q, desee determinarse y cuya concentración de la sustancia, Ca , en la corriente, también se conoce. A una distancia corriente abajo, suficientemente grande para asegurar que se han mezclado totalmente el trazador y el agua, se toman muestras de ésta, y se determina la concentración de la sustancia química o radioactiva, Ct. ( Fig 4 ).
Fig.4. Procedimiento de inyección y hago un muestreo en un aforo con trazador. El caudal de la corriente se puede determinar, entonces, empleando la siguiente ecuación.
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 11
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.
Cuando se emplea la sal común ( NaCl ) como trazador químico, se mide el tiempo de paso entre los dos puntos de control, utilizando electrodos conectados a un amperímetro, esto es, un conductivímetro. Este método de medición es posible debido a que la sal inyectada aumenta la concentración de sólidos disueltos y, por lo tanto, la conductividad del agua. Un compuesto químico comúnmente empleado como trazador es la mezcla de 2g de Anhídrido Tático con 0.1259 de Difenil - Carbazida y 50 cm3 de alcohol de 98º. También, se utiliza el clorato de sódico, la fluoreína y el bicromato de sodio. Los trazadores radioactivos más usuales son: el Tritio ( T, isótopo del Hidrógeno, con tres protones). Las sustancias químicas y radioactivas empleadas para medición de caudales deben reunir las siguientes condiciones:
Debe mezclarse fácil y homogéneamente con el agua, para lo cual se requiere de una fuerte turbulencia en el trayecto comprendido desde donde se inyecta la sustancia al cauce, hasta donde se recogen las muestras. Debe ser barato, soluble en agua, inocuo, no corrosivo, ni tóxico, de densidad cercana a la del agua. Debe ser fácilmente detéctable en el agua, aún en concentraciones pequeñas. Debe ser conservativo, es decir, no degradable ni reactivo, entre el momento de la inyección y el momento del análisis final de las muestras. Debe ser fotoestable, es decir, no decolorable ni reactivo ante la acción de la luz.
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. 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. 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.
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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. Fig. 5.
Fig. 5. Levantamiento topográfico de la sección transversal del canal. 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 5. Una vez hallados los tiempos de recorrido, se obtiene un promedio.
Donde: T= promedio de los tiempos de recorrido.
= tiempos de recorrido de cada observación. 13
Luego, la velocidad superficial se determina dividiendo la distancia entre el tiempo promedio de viaje del flotador.
Donde:
= velocidad superficial. D= distancia recorrida por el flotador. T= promedio de los tiempos de recorrido. 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 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).
Donde:
=velocidad superficial. K= coeficiente de corrección de la velocidad superficial, varia de 0.65 a 0.80.
= velocidad promedio. 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 5. Área total;
() De donde:
y generalizando la expresión para tirantes, tenemos que: 14
∑ En la cual: X= Anchura del espejo de agua. N= Numero de segmentos en que se divide el espejo de agua.
= Tirante de agua, se debe de observar (n-1) tirantes, para (n) segmentos en una sección. 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.
∑
AFORO CON MOLINETES
En hidráulica, un molinete se considera como un dispositivo empleado para la medición del gasto del agua en canales o ríos, su funcionamiento se encuentra en unas aspas sumergidas a una profundidad de 60%, en donde la velocidad del agua es constante, esto hace que gire las aspas y se accione un mecanismo de sonido que de acuerdo a este se indica el numero de vueltas y la velocidad en las respectivas unidades en que este calibrado. Ya conociendo el área de la superficie a medir se multiplica por la velocidad y obtenemos el gasto. 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 desde un cable durante el aforo de ríos, diques profundos, etc.
De eje vertical o cazoletas: Tipo Prince, de origen norte-americano.
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Fig. 6. Molinete de eje vertical.
De eje horizontal o de hélice: Más comunes en Europa.
Fig. 7. Molinete de eje horizontal. Cada molinete viene calibrado de fábrica y acompañado de una tabla o ecuación, donde se relaciona la velocidad angular de la rueda giratoria con la velocidad de la corriente. La relación típica se ajusta a una recta con una ligera desviación cerca del origen, tal como se ilustra en la figura 8. Para medir la velocidad de una corriente, el molinete se instala por debajo del espejo de agua, a 0.6 del tirante (medido desde la superficie) y las revoluciones de la ruedecilla se cuentan en un intervalo de tiempo previamente establecido.
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Fig. 8. Típica relación lineal entre la velocidad de la corriente y la velocidad de giro de los molinetes. Cuanto mayor sea el número de registros en un mismo punto de aforo, mas confiable será la apreciación de la velocidad medida; por lo mismo, se sugiere explotar las velocidades de corriente en diferentes puntos igualmente espaciados sobre el espejo del agua, sumergiendo el instrumento a 0.2 y 0.8 del tirante respectivo. En canales y acequias donde el ancho del espejo del agua sea menos a 3 metros, la sección puede dividirse en tres o cuatro segmentos de igual longitud, pero en corrientes de gran anchura se acostumbra hacer las mediciones cada 3 metros sobre el espejo, operando desde un puente o un andamio. Las revoluciones del impulsor, dadas por el intervalo de tiempo, pueden ser contadas visualmente en una corriente superficial de agua clara y tranquila, sin embargo en corrientes de agua turbia y caudalosa es necesario un contador eléctrico para registrarlas. Este método consiste en medir en una área transversal de la corriente, previamente determinada, las velocidades de flujo con las cuales se puede obtener luego el caudal. El lugar elegido para hacer el aforo o medición debe cumplir los siguientes requisitos igual que en el método anterior:
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.
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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 topográfico. La sección escogida se divide en tramos iguales tal como muestra la figura 9. En cada vertical, 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 grafica) la cual se determina de la siguiente manera:
Una vez conocido el tirante inicial determina el tirante promedio:
, y el final del área de influencia , se
̅ Luego calculamos el área de influencia mediante la siguiente formula: ̅
Donde: B= ancho del área de influencia.
Fig. 9. Sección transversal en el punto de aforo. Las verticales deben tener las siguientes características:
El ancho entre ellas (b), no debe ser mayor que 1/15 a 1/20 del ancho total de la sección. El caudal que pasa por cada área de influencia , no debe ser mayor que el 10% del caudal total. La diferencia de velocidades entre verticales no debe sobrepasar un 20%.
La velocidad media en cada vertical se determina como: 18
̅ Y el caudal correspondiente a la respectiva área de influencia, , es: ̅ Y el caudal total, , será entonces:
∑
Cuando las profundidades de la sección son pequeñas, menores de 0.6 m, solo se mide la velocidad a 0.6 de la profundidad, velocidad que se considera representativa de la velocidad media vertical.
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Conclusiones.
Los aforos con flotadores es el método más sencillo y económicos para realizar; pero arroja resultados imprecisos.
Los aforos de cualquier tipo, se utilizan para calcular el caudal de la sección transversal de manera indirecta; pero precisa.
Los aforos de corrientes de agua tienen como finalidad determinar para cuanta población puede alcanzar el abastecimiento que brinda determinado curso de agua.
El método de aforo con molinete es el que esta mas apegado a los valores reales; por que se basa en datos obtenidos con maquinaria especializada.
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Bibliografía. Bibliografía física
Mecanica de fluidos e hidráulica Ranald V. Giles Mc Graw-Hill 1
Bibliografía digital http://www.educabolivia.bo/educabolivia/images/educabolivia/file/mecanica_teoria.pdf http://www.monografias.com/trabajos12/mecflui/mecflui.shtml http://www.uclm.es/area/ing_rural/Trans_hidr/Tema1.PDF http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/introduccion.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_de_Manning http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido) http://deconceptos.com/general/aforo http://www.tierradelfuego.org.ar/agua/informacion/aforos.html http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorr ientes.html http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/metodo-del-flotador.html
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