ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL LABORATORIO DE HIDRÁULICA I
Medición de Caudal MÉTODOS DE MEDICIÓN DE CAUDAL EN UN
Í Contenido
2.1
OBJETIVO: ........................................................................................................................ 2
2.2
GENERALIDADES:............................................................................................................. 2
2.3
DEFINICIONES .................................................................................................................. 2
2.4
SINTESIS TEÓRICA.-.......................................................................................................... 3
2.5
PRUEBAS A REALIZARSE.- ................................................................................................ 4
2.6
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.- .................................................................................. 6
2.7
PREGUNTAS ..................................................................................................................... 9
2.8
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 10
2.9
RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 10
2.10
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 11
2.11
ANEXOS ....................................................................................................................... 112
FIGURAS Figura 1. Método Volumétrico ...................................................................................................... 3 Figura 2. Método de Velocidad en la superficie ......................... 3
2. PRÁCTICA N° 02: METODOS DE MEDICIÓN DE CAUDAL EN UN CANAL ABIERTO 2.1 OBJETIVO:
Conocer y comparar tres métodos de medición de caudal. Familiarizar al estudiante con varias definiciones básicas utilizadas en hidráulica.
2.2 GENERALIDADES: La medida de caudal consiste en la determinación de la cantidad de volumen que circula por un río, conducción, canal, etc por unidad de tiempo.
2.3 DEFINICIONES
CAUDAL, GASTO O DESCARGA.-
Caudal es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo por un río, canal, oleoducto, tubería, etc. Se define también como el volumen de fluido que pasa por un área determinada en la unidad de tiempo. Unidad Básica Sistema Internacional (S.I.): metro cúbico/segundo (m3/s)
Unidad Básica Sistema Internacional (S.I.): metro cuadrado (m2)
2.4 SINTESIS TEÓRICA.Existen varios métodos de medición de caudal en un canal abierto, los más utilizados se presentan a continuación:
MÉTODO VOLUMÉTRICO.-
Consiste en la medición del tiempo que se tarda en llenar un recipiente de volumen conocido. El tiempo de llenado debe ser medido con precisión especialmente cuando se trata de pocos segundos. Para obtener mejores resultados es necesario realizar la medición del mismo caudal varias veces y encontrar un promedio con los resultados. Figura 1. Método Volumétrico
Figura 2. Método de Velocidad en la superficie
MÉTODO DEL TRAZADOR.-
Este método consiste en verter en el fluido una cantidad de trazador y medir el tiempo que recorre aguas abajo una distancia conocida. El colorante debe añadirse rápidamente para que se dezplace aguas abajo. Se mide el tiempo que tarda el primer punto de trazador y el último en llegar, se utiliza la media de los resultados para obtener la velocidad media utilizando la ecuación del caudal indicada en el método anterior. Figura 3. Método del trazador
MÉTODO DE VELOCIDAD EN LA SUPERFICIE.
Con el mismo caudal utilizado en el método volumétrico seleccionar y medir 3 m del canal. Con el cronómetro tomar el tiempo de recorrido de un cuerpo flotante en la distancia medida anteriormente. Realizar este procedimiento al menos tres veces con el mismo caudal para verificar el valor. Medir el calado en el canal con la ayuda del limnímetro para encontrar el área de la sección transversal en el canal de ancho 0,40 m Con los valores encontrados anteriormente podemos calcular la velocidad superficial y a su vez el caudal.
MÉTODO DEL TRAZADOR.
Con el mismo caudal utilizado en los dos métodos anteriores seleccionar y medir 3 m del canal. Vierta en el fluido una cantidad de trazador de forma rápida y puntual al inicio de la distancia medida anteriormente. Tome el tiempo de llegada del primer y último punto de la nube de colorante. Se utilizará el promedio de estos valores. Realizar este procedimiento al menos tres veces con el mismo caudal para verificar el valor. Calcule el área de la sección transversal. Con los valores encontrados anteriormente podemos calcular la velocidad y a su vez el caudal.
2.6 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.En función de los datos obtenidos en el laboratorio elabore tablas con los siguientes valores: PARA EL METODO VOLUMÉTRICO: Volumen del recipiente (m3, lt) Tiempo t (s) Caudal Q (m3/s, l/s)
Table 1: Método Volumétrico
MÉTODO VOLUMÉTRICO Volumen del recipiente (lt)
Caudal
Volumen del recipiente (m3)
Tiempo (seg.)
Tiempo promedio (seg.)
Valor del caudal (m3/seg.)
Valor del caudal (lt/seg.)
3,58 seg. 3,65 seg. 1
6,71*10-3 (m3/seg.)
6,7161 (lt/seg.)
2,2933 seg.
0,01038 (m3/seg.)
10,3867 (lt/seg.)
3,41 seg. 2,30 seg. 23,82 lt
2
3,5467 seg.
0,02382 m2
2,37 seg. 2,21 seg. 1,37 seg.
PARA EL MÉTODO DE VELOCIDAD EN LA SUPERFICIE. Velocidad V (m/s) Área de la sección transversal (m2) Caudal Q (m3/s, l/s)
Table 2: Método de Velocidad en la Superficie
MÉTODO DE VELOCIDAD EN LA SUPERFICIE
Caudal
Distancia (m)
Tiempo (seg.)
Tiempo Velocidad promedio (m/seg.) (seg.)
6,64 seg. 1
6,74 seg.
6,71 seg.
0,4471
6,18 seg. 6,44 seg.
0,048 m 0,045 m
Área (m2)
Valor del caudal (m3/seg.)
Valor del caudal (lt/seg.)
0,0465 m
0,1395
0,0623
62,3704
m2
(m3/seg.)
(lt/seg.)
0,162
0,0767
76,7718
m2
(m3/seg.)
(lt/seg.)
0,204
0,1335
133,518
m2
(m3/seg.)
(lt/seg.)
0,2385
0,1539
153,9756
(m/seg.)
6,75 seg.
2
Calado (m)
Calado promedio (m)
6,33 seg.
0,4739
0,056 m 0,052 m
0,054 m
(m/seg.)
6,37 seg. 5,21 seg. 3
3 metros
5,29 seg.
4,853 seg.
0,6545
4,57 seg. 4,77 seg.
0,068 m
(m/seg.)
5,35 seg.
4
0,071 m 0,065 m
4,64 seg.
0,6456
0,082 m 0,077 m
0,0795 m
PARA EL MÉTODO DEL TRAZADOR Velocidad V (m/s) Área de la sección transversal (m2)
Caudal Q (m3/s, l/s) Table 3: Método de trazador
MÉTODO DEL TRAZADOR
Caudal
Distancia (m)
Tiempo (seg.) 4,89-5,79 seg.
3,83-5,04 seg. 2
2 metros
Tiempo Velocid Calado promedio ad prome (seg.) (m/seg.) dio (m)
Área (m2)
Valor del caudal (m3/seg.)
Valor del caudal (lt/seg.)
5,34 seg.
4,44-5,69 seg. 5,065 seg. 4,57-5,45 seg. 5,01 seg.
1
3
Tiempo medio (seg.)
5,1383
0,3892
0,0465
0,093
0,0361
36,1956
seg.
(m/seg.)
m
m2
(m3/seg.)
(lt/seg.)
4,435 seg.
4,00-4,90 seg.
4,45 seg.
4,4357
0,4508
0,054
0,108
0,04868
48,6864
seg.
(m/seg.)
m
m2
(m3/seg.)
(lt/seg.)
3,92-4,93 seg. 2,77-3,07 seg.
4,4225 seg. 2,92 seg.
2,94-3,44 seg.
3,19 seg.
3,1117
0,6427
0,068
0,136
0,0874
87,4072
seg.
(m/seg.)
m
m2
(m3/seg.)
(lt/seg.)
2,99-3,46 seg. 3,225 seg. 2,69-3,17 seg. 2,93 seg.
2.7 PREGUNTAS Ventajas y desventajas de los métodos:
Las ventajas del metodo volumetrico es que es uno de los mas faciles para calcular los caudales pequeños, y esta será de mucha precision en los resultados. El metodo de volumetrico y de trazador son parecidos pero estos nos resultaria dificiles a la hora de medir el calado ya que si se encuentra en un rio el calado de un rio no siempre es uniforme en todo el largo del río. Con el método de trazador es un poco dificil medir a que velovidad va el trazador porque si se realiza esto en rio donde las aguas estan muy turbulentas ese colorante se va a diluir rapidamente en donde esto dificulta la toma de datos para medir el caudal.
Ríos: En los ríos recomendaria utilizer el método de Velocidad en la superficie ya que con este podemos tener como dato a que distancia vamos a medir la velocidad anque lo que nos dificultaria un poco es la medida del calado. Tuberías: Para medir el caudal en las tuberias recomendaría el uso del Método Volumétrico en donde podemos ya tener unrecipiente donde ya se conoce el volumen y lo unico que faltaria es en cuanto tiempo se llena este volume y asi se puede determiner facilmente el caudal en las tuberías. Molinete Hidráulico: Molinete Hidráulico Instrumento usado para medir la velocidad del agua en un canal abierto. Los molinetes y micro-molinetes se pueden clasificar en dos tipos principales, los medidores que tienen rotores de eje vertical y los que tienen rotores de eje horizontal. Las
Rotametros: Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal. Figura 5: Rotametros
2.8 CONCLUSIONES
2.10
BIBLIOGRAFÍA SOTELO AVILA, Fundamentos de Hidráulica General, Vol. I VENNARD-STREET, Elementos de Mecánica de Fluidos, Tercera Edicion. http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s06.htm http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Medidores.htm Rodríguez, G. T. (2012). Metodología para la medición de la velocidad de flujo en un río en el diagnóstico de la socavación en pilas de un puente, utilizando un diagnóstico electrónico. Sanfandila.
2.11 ANEXOS Consulta Ampliatoria: COMO MEDIR EL CAUDAL EN LOS RIOS: Uno de los métodos más simples y aproximado para medir velocidades en cauces naturales es por medio de dovelas. Este procedimiento consiste en dividir en un determinado número la sección transversal en franjas verticales sucesivas; posteriormente se precede a registrar la velocidad usando algún instrumento de medición de velocidades, como lo es un molinete mecánico o un velocímetro electrónico. Se determina midiendo a 0.6 de la profundidad en cada vertical, o bien tomando el promedio de las velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad, cuando requerimos resultados más confiables. El promedio de velocidades en cada una de las verticales es multiplicado por el área entre verticales, lo que da como resultado el caudal de esa franja vertical o dovela. La suma de los caudales a través de todas las franjas es el caudal total. La velocidad media en toda la sección es igual al caudal total dividido entre al área completa.
. 2 . ó . ×
∑ =
Vm = Es la velocidad media en cada franja vertical o dovela i.
