LAB. HIDRÁULICA II CIV 322 AFORO DE CORRIENTES INFORME Nº1
AFORO DE CORRIENTES. METODO AREA VELOCIDAD
ÍNDICE 1.
OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO......................................................................1
1.1.
OBJETIVO GENERAL DEL EXPERIMENTO.....................................................1
1.2.
OBJETIVO ESPECIFICOS DEL EXPERIMENTO...............................................1
2.
FUNDAMENTO TEÓRICO................................................................................ 1
3.
MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA...................................................5
4.
PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA................................................................7
4.1.
ESQUEMA DE LA PRÁCTICA......................................................................10
4.2.
DATOS DE LA PRÁCTICA...........................................................................11
4.3.
OBSERVACIONES...................................................................................... 13
4.4.
CALCULOS DE LA PRÁCTICA.....................................................................14
4.5.
ANÁLISIS DE RESULTADOS.......................................................................20
5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES......................................................20
5.1.
CONCLUSIONES....................................................................................... 20
5.2.
RECOMENDACIONES................................................................................ 20
BIBLIOGRAFÍA
i Página 12
1. OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO 1.1.
Determinar mediante los métodos área velocidad y flotador el caudal o gasto que circula por una sección transversal de un río.
1.2.
OBJETIVO GENERAL DEL EXPERIMENTO
OBJETIVO ESPECIFICOS DEL EXPERIMENTO
Capacitar al estudiante en la utilización del molinete hidráulico como medio de medición de velocidades. Determinar el gasto elemental. Graficar las curvas de la distribución de velocidades (isotacas). Conocer cómo se comporta la velocidad de acuerdo al tirante.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye en una superficie natural o geométrica, estando libre; pueden ser naturales o artificiales. Para un amplio estudio, es necesario determinar el gasto o caudal de una determinada sección de un canal, utilizando diferentes métodos en este caso desarrollaremos el método de área velocidad cuyo propósito es conocer las distribuciones de velocidades en una sección transversal sirviéndonos como sección de aforo, sabiendo que en un canal, la distribución de velocidades no son uniformes por presentar factores como rugosidad, forma, curvatura y por estar en una superficie libre. En las siguientes figuras se muestra las distribuciones de las velocidades un una determinada sección transversal, en la figura 1 la velocidad máxima estará en el centro del canal a una determinada profundidad, en cambio en la figura 2 la velocidad máxima no necesariamente estará en el medio del canal las velocidades mínimas estarán en los extremos de los mismos en otras palabras en las paredes del canal por el efecto de la rugosidad.
En este canal la vel.máx.se encuentra en el centro
Las velocidades mínimas estarán en las paredes por causa de la rugosidad
Los métodos de aforo basados con este método son los más empleados; se requiere utilizar la ecuación de la continuidad para medir el área de la sección transversal del flujo de agua y la velocidad media de este flujo. Q=Axv Donde: Q = el caudal del agua. A = área de la sección transversal del flujo de agua. v = la velocidad media del agua. Método del Molinete o Correntómetro. En este método la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado molinete que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Existen varios tipos de molinete, siendo los más empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato. Como el molinete mide la velocidad en un punto, para obtener la velocidad media de un curso de agua se deben en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más puntos, a diversas profundidades (0,2; 0,6; 0,8 del tirante, que se miden respecto al espejo de agua). Conocidas las profundidades se calcula el área de la sección transversal, la que se utilizara para el cálculo del caudal. Método Del Flotador Es un método más sencillo, para este 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 un corcho, un pedacito de madera, una botellita descartable, este método se emplea en los siguientes casos: A falta de molinete. Excesiva velocidad del agua que dificulta el uso del molinete. Presencia frecuente de cuerpos extraños en el curso del agua, que dificulta el uso del molinete. Él calculo consiste en Q=Axv v=d/t v = la velocidad superficial en m / s d = distancia recorrido en m del flotador t = tiempo en segundos del recorrido e por el flotador A = Área de la sección transversal Q = Caudal
En este método la velocidad que se determina es superficial pero nosotros necesitamos la velocidad media que por lo tanto debemos utilizar un coeficiente, que varía desde 0,8 a 0,9 pero nosotros utilizamos un valor promedio de 0,85 que es un valor aceptable para cualquier tipo de corriente, que se expresa de la siguiente manera: Vm = 0,85 Vs Donde: Vm= Velocidad media Vs= Velocidad superficial Las velocidades en las diferentes verticales que se han establecido en la práctica se pueden determinar por los métodos siguientes: Método detallado.- las velocidades de la corriente se miden en 20 puntos en la superficie. A unas profundidades de 0,2; 0,6; 0,8 respecto al tirante (Y), sabiendo que (Y) es la profundidad de la vertical desde la superficie o espejo de agua hasta el fondo del mismo. Para determinar la velocidad media es necesario que las hélices del molinete estén introducidas completamente en el agua a las alturas indicadas anteriormente. Método reducido.- Se utiliza si no se puede utilizar el método detallado por falta de tiempo, por ser la profundidad del río pequeña o por ser la variación de los niveles considerables. En este método las velocidades se miden en una de las siguientes variantes: Un punto de la vertical (0,6y) En dos puntos de la vertical (0,2; 0,8y) En tres puntos de la vertical (0,2; 0,6; 0,8y) La variante de medir en dos puntos método más empleado.
da resultados satisfactorios
y es el
Método de integración.- en este método el molinete no se fija a ningún punto, sino que se sumerge y se sube lentamente y de modo uniforme a lo largo de una vertical, desde la superficie hasta el fono y de nuevo se trae el molinete a la superficie.
Calculo del gasto por el método grafo analítico.- si se utiliza el método grafo analítico se deben seguir los siguientes pasos: Calcular las velocidades medias en cada una de las verticales por una de las fórmulas que aparecen a continuación, según el número de puntos que se hayan empleado para la medición:
Vmed=
Vsup+3 V 0.2 h+3 V 0.6 h+ 2V 0.8 h+Vfondo 10
Vmed=
V 0.2 h+2V 0.6 h+V 0.8 h 4
Vmed=
V 0.2 h+V 0.8 h 2
(Ecuación1)
(Ecuación 2)
(Ecuación 3)
Vmed=V 0.6 h
(Ecuación 4)
Cálculo del gasto elemental:
3 q=V m∗h = m s
Fuente del fundamento teórico: http://es.scribd.com/doc/113699799/Aforo-de-Corrientes-Naturales-Metodo-Area-Velocidad http://hidroing.es.tl/Aforo-por-el-metodo-de-Velocidad-y-Secci%F3n.htm CHOW V. T. Hidráulica de canales abiertos. Edit. Mc Graw Hilt.
3. MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA Flexómetro Instrumento de medida que consiste en una cinta flexible graduada y se puede enrollar, La precisión que ofrece la escala milimétrica es de 1,0 mm ó 1/16 pulg.
Fuente: Agroterra.com
Molinete hidráulico El molinete hidráulico es un instrumento apto a medir la velocidad de corrientes en el mar, en los ríos, arroyos, estuarios, puertos, etc.
Fuente: propia
Envases de plástico Estos materiales para ser utilizados debemos introducirles agua por lo menos hasta la mitad para que no sea tan liviano y pueda flotar a la misma velocidad superficial de la corriente.
Jalón Este material se utilizó para determinar una línea de referencia a una determinada distancia.
Cuerda Este material se utilizó para determinar la sección transversal.
Cronometro Nos sirvió para determinar el tiempo a una determinada distancia.
4. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA 1º Determinar el lugar donde se trabajara o realizara la práctica. 2º Una vez determinado se coloca los jalones en los extremos de la sección transversal seleccionada como se muestra en la imagen. Jalones colocados a cada extremo del punto 1
3º Con la cuerda se amarra los dos extremos de los jalones estando lo más tensionada posible. Uniendo los extremos del jalón con ayuda de la cuerda.
4º Después se mide el ancho del canal con el flexómetro sobre la cuerda que está unida a los jalones. Medimos la longitud de la cuerda amarada a los jalones.
5º Con una cinta adhesiva dividimos metro a metro el ancho del canal. Señalando cada metro de separación con la cinta adhesiva.
6º Después medimos las profundidades del canal a cada 0,50 m de distancia sobre la cuerda. Midiendo la profundidad en cada metro de separación.
7º Posteriormente se sumerge el molinete a una distancia cualquiera, entre los tramos separados metro a metro, a una profundidad de 0,2; 0,6; 0,8 del tirante, respecto al espejo de agua. 8º Medimos la velocidad en cada tramo a diferentes profundidades dichas anteriormente. Medición de la velocidad en cada tramo con el molinete hidráulico.
9º Después pasamos al método del flotador por lo cual utilizamos los envases de diferentes tamaños teniendo en cuenta que contengan agua a la mitad aproximadamente. 10º Luego se coloca el envase en el punto 1 para que este descienda hasta el punto 2, tomando el tiempo con el cronómetro. Controlando el tiempo de trayecto del envase del punto 1 al 2
11º Se midió la distancia entre el punto 1 y 2 con el flexómetro.
4.1.
ESQUEMA DE LA PRÁCTICA
PUNTO 2
DISTANCIA DEL PUNTO 1-2
DISTANCIA DEL PUNTO 2 DISTANCIA DEL PUNTO 1
PUNTO 1
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,0
0,00 0,56 0,54 0,53 0,55 0,523 0,513 0,531 0,505 0,462 0,41 0,328 0,25 0,227 0,215 0,15 0,135 0,12 0,117 0,00 0,00
Profundidades Distancias
4.2. DATOS DE LA PRÁCTICA
Datos obtenidos del punto 1 TABLA DE DATOS
Velocidad con el molinete (m/s) en cada franja FRANJA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Velocidades a diferentes alturas del tirante
0,3 6 0,3 8 0,3 6
0,8 Y
0,3 6 0,3 3 0,3 3 0,3 7
0,3 4 0,2 8 0,2 7 0,2 9 0,3 1 0,2 9 0,2 9 0,3 0 0,2 4 0,2 7 0,2 6
Fondo
-
Datos del punto 2
-
0,0 2 0,0 3 0,0 4
0,0 0
0,0 1 0,0 4 0,0 1
0,0 5
0,1 4 0,1 5 0,1 7 0,1 8 0,1 9 0,1 9 -
0,0 1 0,0 2 0,0 1
0,0 0
-
-
0,0 0
Velocidad media 0,01
0,6 Y
0,1 4 0,1 2 0,1 0 0,1 3 0,1 1 0,1 4 0,1 9 0,2 0 0,1 9 0,2 0
Velocidad media 0,01
0,2 6 0,2 7 0,2 8 0,3 1
Velocidad media 0,01
0,4 0 0,3 6 0,3 7
Velocidad media 0,01
0,2 Y
-
-
-
-
-
0,00
0,50
1,50
2,50
3,50
4,50
5,50
6,50
7,50
8,50
9,50
10,50
11,50
12,00
0,00
0,23
0,21
0,244
0,33
0,302
0,294
0,317
0,283
0,252
0,22
0,20
0,152
0,00
Profundidades Distancias
TABLA DE DATOS
METODO DEL FLOTADOR DATOS PARA EL METODO DEL FLOTADOR DISTANCIA DESDE EL PUNTO 1 AL PUNTO 2 = 11,3 m TIEMPO CON BOTELLA DE TIEMPO CON BOTELLA DE GASEOSA ALCHOOL (s) (s) 27,51 35,52 32,4 35,79 36,6 36,2 30,87
Área del punto 1graficada en AutoCAD
m m
Área 1= 3,37 m2 b=7,85 m T=10 m
Área del punto 2 graficada en AutoCAD
Área 2= 2,94 m2
4.3.
OBSERVACIONES
Las observaciones para esta práctica son las siguientes:
En los extremos de las secciones no se empezó a medir desde el punto en que iniciaba el río. Para medir la longitud de la sección transversal del rio se necesitaba un flexómetro de mayor capacidad, en la práctica se usó uno de menor tamaño y por lo cual puede que haya habido errores de paralaje. Del punto 1, a partir de la franja 6 en adelante se asumió las velocidad de 0,01 (m/s), por el motivo de que la velocidad en dichas franjas eran muy bajas y que no marcaba en el molinete. En el método del flotador el tiempo marcado por el cronómetro no es confiable, por el motivo que el viento estaba en sentido contrario a la corriente.
4.4.
CALCULOS DE LA PRÁCTICA
Cálculo del gasto por el método analítico. Obteniendo la velocidad media en la sección primera. Ecuación 1
V med =
V ¿ +3∗V 0.2h+ 3∗V 0.6 h+ 2∗V 0.8h +V fondo 4
Este cálculo no se desarrolló porque no teníamos datos de la velocidad de la superficie superior, el cual es muy similar al de una altura de 0,2Y. Franja primera
Ecuación 2
V med =
V med =
Ecuación 3
Ecuación 4
V med =0.37
0,377+2∗0,370+0,348 m =0,37 4 s
V med =
V med =
V 0.2 h+ 2∗V 0.6 h +V 0.8 h 4
V 0.2h+V 0.8 h 2
0,377+0,348 m =0.36 2 s
V med =V 0 .6 h
m s
Cálculo de las velocidades medias de todas las ecuaciones:
V m=
Ec . 2+ Ec . 3+ Ec .4 3
V med =
0,37+0,36+ 0,37 m =0.37 3 s
A. Cálculo del gasto elemental:
Franja
Gasto elemental "q"
franja 1 franja 2 franja 3 franja 4 franja 5 franja 6 franja 7 franja 8 franja 9 franja 10
q=V m∗Y
q=0.37∗0.55=0.20
m2 s
0,2035 0,1566 Cálculo del gasto final: 0,0899 0,0103 0,0230
Dado a que los cálculos se realizaron en una hoja de Excel de ahí se tomaron los datos necesarios para realizar el cálculo del gasto elemental:
0,0033 0,0023 0,0017 0,0012 0,0012
0.20+0.16+0.09+ 0.01+ 0.023+0.003+0,002+0,0017+ 0,0012+ 0,0012 m q= =0.049 10 s Entonces tenemos el caudal unitario
Q=q∗b=
m3 s
Dónde: q= caudal elemental. b= ancho de solera.
Q=0.049∗7,85=0,39
m3 s
Q = 390 l/s
2
NOTA: PARA LOS OTROS DATOS REALIZAMOS LOS MISMOS PASOS QUE HICIMOS ANTERIORMENTE PARA LAS FRANJAS SIGUIENTES. POR LO QUE SOLO MOSTRARE LA TABLA DE RESULTADOS
fran ja 1
vec. Pro m.
0,4
0,2 Y
0,36 0,37
fran ja 2
vec. Pro m.
0,26 0,27
0,37 7
0,28 0,31
fran ja 3
vec. Pro m.
0,14 0,12
0,28 0
0,1 0,13
franj a4
vec. Pro m.
0,02 0,03
0,12 3
0,04
0,03 0
0,11 0,14 0,.6
0,6 Y
0,38 0,36
0,34 0,28
0,37 0
0,27 0,29
0,19 0,2
0,29 7
0,19 0,2
0,01 0,04
0,19 5
0,01
0,02 0
0,31 0,29
0,8 Y
0,36 0,33 0,33 0,37
0,29 0,3
0,34 8
0,24 0,27
0,14 0,15
0,27 2
0,26
Vel. Medi a Ec. 2 Vel. Medi a Ec. 3 Vel. Medi
0,17 0,18
0,01 0,02
0,17 0
0,01
0,01 3
0,19 0,19
0,37
0,29
0,17
0,02
0,36
0,28
0,15
0,02
0,37
0,30
0,20
0,02
a Ec. 4 Vel. Prom . Franj a
franja 5
0,37
0,29
0,17
Vec. Media promed 0,09 io total m/s de franja franjas 6 franja 7 franja 8
0,02
franja 9
franja 10 0,01
0,2 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 Y 0,6 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Y CALCULO DEL ELEMENTAL 0,8 0,05GASTO0,01 0,01 "q" 0,01 0,01 0,01 Franja Tirante Vec. Prom. Gasto Y Gasto ancho Franja elemental Vec. medio 0,05 0,01o 0,01 0,01 0,01 0,01 2 Caudal de "q" m /s Med franja 0,55 0,37 solera0,2035 unitario ia 1Ec. 2 "Q" "b" franja 0,54 0,29 m 0,1566 0,01 Vec. 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 2Med 0,39 7,85 franja 0,53 0,0899 m3/s 0,17 ia 3 Ec. 3 franja 0,52 0,02 0,0103 Vec. 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 4 Med franja 0,46 0,05 0,0230 ia 5 Ec. 4 0,33 franja 0,01 0,0033 Vec. 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 6 Pro franja 0,23 0,01 0,0023 7m. Fran franja 0,17 0,01 0,0017 8ja franja 0,12 0,01 0,0012 MÉTODO DEL FLOTADOR 9 franja 0,12 0,01 0,0012 Calculamos las velocidades 10 tanto para la botella de PROM. alcohol como la de gaseosa GASTO 0,0493 ELEMENTA L
d
m
Vsup.= t = s Dónde: d=distancia d=11,30m
11.3
m
11.3
m
Vsup.= 27.51 =0,41 s
11.3
m
11.3
m
Vsup.= 35,52 =0,32 s
Vsup.= 32,40 =0,35 s
Vsup.= 35,79 =0,32 s
11.3 m =0,31 Vsup.= 36,60 s
11.3 m =0,31 V sup.= 36,20 s
11.3
m
Vsup.= 30,87 =0,37 s
V Prom sup=
m s
VProm sup =
m s
0, 36
Promediamos las áreas del punto 1 y 2
A=
A=
A 1+ A 2 =m2 2
3,37+2,94 =3,15 m2 2
Calculamos la velocidad media multiplicando por 0,85
Vmed=V prom¿ 0,85=
m3 s
0,32
3
Vmed=0,36∗0,85=0,31
3
m s
Vmed=0,320∗0,85=0,27
Calculamos en caudal o gasto
Q=V m∗A =m3/s Q=0,30∗3,15 =0,96 m3/s
Q=0,27∗3,15=¿
Qprom=
0,85 m3/s
0,90 m3/s Tabla de resultados
TIEMPO CON BOTELLA DE ALCOHOL (s) 27,51 32,40 36,60 30,87 vec. Media botella alcohol m/s
0,30
TIEMPO Vec. CON Área BOTELLA 1 2 BOTELLm DE A DE Área ALCOHOL 2 GASEO m2 SA (s) m/s 35,52 35,79 36,20 Promedi vec. o Media botella de gaseos a m/s 0,27
Vec. CON 3,37 BOTELL A DE 2,94 GASEO SA m/s 0,32 0,32 0,31
0,41 0,35 0,31 0,37 0,36 0,32 Área Caudal Caudal total o Gasto o Gasto botella botella 2 m alcohol gaseos m3/s a m3/s
3,15
0,96
caudal total m3/s
0,85
Gráfica de las isotacas de la sección trasversal del punto 1
0,90
m s
4.5.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En esta práctica obtuvimos los siguientes resultados; en el método del micromolinete el gasto o caudal es de 0,39 m 3/s y en el método del flotador el caudal es 0,90 m3/s, comparando estos resultados con la teoría se pudo demostrar que el primer método es más exacto, por motivo de que el segundo presenta varios factores naturales que provocan errores a la obtención de datos.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1.
CONCLUSIONES
Una vez culminada la práctica se llegó a las siguientes conclusiones:
Se determinó el Gasto por los dos métodos mencionados anteriormente. Se determinó las velocidades a diferentes alturas con respecto al espejo de agua. Se aprendió a utilizar correctamente el molinete hidráulico con la ayuda del docente. Se obtuvo las curvas de distribución de velocidades.
5.2.
RECOMENDACIONES
Se recomienda trabajar cuando el tiempo esté favorable, en nuestro caso el viento tuvo mucho que ver en la obtención de datos. Ser más preciso en la obtención de los datos. Tener conocimientos previos antes de realizar la práctica.
BIBLIOGRAFÍA
CHOW V. T. Hidráulica de canales abiertos. Edit. Mc Graw Hilt. GARCÍA R., Ernesto. Aforo de corrientes. Manual de laboratorio de hidráulica. Tarija – Bolivia.
SOTELO A., Gilberto. Hidráulica General tomo I. México D.F. Edit. Limusa. 1997.
Canales abiertos. En línea. Disponible en: http://informesdelaboratoriocivil.blogspot.com/2012/03/calibracion-desifones_24.html Canales abiertos. En línea. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/113699799/Aforo-de-Corrientes-NaturalesMetodo-Area-Velocidad Canales abiertos. En línea. Disponible en: http://hidroing.es.tl/Aforo-por-el-metodo-de-Velocidad-y-Secci%F3n.htm Canales abiertos. En línea. Disponible en: http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/02/distribucion-de-velocidadesen-una.html
