UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL HIDRAULICA DE CANALES: MEDICION DEL CAUDAL DEL RIO AZANGARO Y VERTEDERO TRIANGULAR
DOCENTE
ING. PLABLO CESAR CONDORI VILCA INTEGRANTES
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FLORES CHURA PAULO CESAR ARGOTE VARGAS ARLIT CLAUDIA ROJAS CHECA DAVID QUISPE QUISPE TAYD QUISPE UTURUNCO CLAUDET QUISPE MAMANI NOEMI QUISPE PAYE JOSE ROBERT LIVISE APAZA YAN EDINSON VILCA CONDORI, HILDERBRANDO CAÑAZACA POMA WILLIAM MONTES FLORES ROBERT RODRIGUEZ CHACON BRAYAN SENCARA CHUQUIJA CARINA
RESUMEN: El régimen de caudales de una corriente de agua durante un período determinado, es el único término del balance hidrológico de una cuenca que puede ser medido directamente con una buena precisión. Los otros elementos de ese balance, como las precipitaciones, la evaporación, etc., no pueden ser sino estimados a partir de mediciones observadas en distintos puntos de la cuenca o deducidos de fórmulas hidrológicas, los cuales son siempre estimativos muy aproximados. El régimen de caudales es un dato básico, indispensable, para los todos los diseños hidráulicos y para muchas obras civiles en los que ellos son parte importante como las carreteras, puentes, acueductos, presas, etc. Así la instalación de muchas "estaciones de aforo" que permitan observar, en una serie de años tan larga, como sea posible, los caudales escurridos en puntos característicos del río principal y, si fuere oportuno, de sus diversos afluentes, es el preámbulo de todo estudio hidráulico de una cuenca, sin embargo en países como el nue stro las estaciones de aforo de caudales son inexistentes en muchos sitios, lo que ha obligado a recurrir a métodos aproximados para la estimación de los caudales de diseño, como son los métodos de regionalización. Sin embargo jamás debe olvidarse que ningún método
por bueno que sea reemplaza la medida directa de la variable El objeto de toda estación de aforo es poder establecer la curva de caudales contra el tiempo. Todos los ríos de cierto tamaño en una región se deben medir cerca de sus bocas lo mismo que un cierto número de afluentes. Las corrientes que se piensen aprovechar en un futuro deben ser instrumentadas. Sin embargo no debe cometerse el error muy frecuente en Colombia de instrumentar solo las corrientes que en fu turo van a tener aprovechamientos hidroeléctricos o las que drenan cuencas grandes dejándose de lado otras, importantes desde el punto de vista de control de inundaciones, navegación, etc. Es alarmante la falta casi total de estaciones de medida en las áreas urbanas y semirurales de la mayoría de ciudades colombianas, ocasionando que se tenga un completo desconocimiento del comportamiento hidráulico de pequeñas corrientes, responsables muchas veces de tragedias e inundaciones en las épocas invernales. INTRODUCCION La disminución y la deficiente administración del agua están entre los principales problemas que en la actualidad afectan a las comunidades; este hecho se evidencia en el bajo caudal de los ríos, cascadas, lagunas y canales, así como en l mala distribución del recurso dentro de la población. De ahí que, la medición de caudales surge como una alternativa que permite monitorear los afluentes, en lo que se relaciona a la cantidad de agua que circula en puntos seleccionados y construir una base de datos que ayude a tomar decisiones de conservación, si se evidencia una disminución del caudal fuera de lo establecido ecológicamente. Este trabajo pretende, con una metodología de fácil aplicación, proporcionar a las comunidades y demás interesados, las herramientas para la medición de la cantidad de agua en ríos, quebradas y canales. Se busca también, la total incorporación de los pobladores e instituciones, en el conocimiento de la cantidad de agua existente y sus variaciones ocasionadas en el
tiempo, lo que permitirá lograr un análisis colectivo y optar por mejores prácticas en el uso del recurso
OBJETIVOS:
OBJETIVOS GENERALES: -
Determinar el caudal del rio y el canal.
OBJETIVOS ESPESIFICOS: -
Saber y determinar la cantidad de agua que dispone el rio
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Ubicar un punto donde sea posible la medición del caudal, ya que esta debe cumplir con requisitos apropiados, como ser un tramo recto del rio y con una profundidad adecuada.
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Hacer la medición del caudal con un vertedero triangular de 60°
MARCO TEORICO:
CAUDAL (Q): El caudal corresponde a una cantidad de agua que pasa por un lugar (rio, canal, tubería, etc.) en una cierta cantidad de tiempo, o sea corresponden a un volumen
de agua (litros, metros cúbicos, etc.) por las unidades de tiempo (segundos, minutos, horas, etc.).
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UNIDADES DE MEDICION DE CAUDAL: Como ya se señaló, el caudal corresponde a un volumen de agua por unidad de tiempo, siendo las unidades de medición más utilizadas: 1. Litros por segundo = L/S 2. Litros por minuto =L/min 3. Litros por hora = L/h 4. Metros cúbicos por hora = m3/s
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METODOS PARA LA MEDICION DE CAUDALES Entre los métodos más utilizados para medir caudales de agua, se encuentran los siguientes: 1. Método del flotador 2. Método volumétrico 3. Método de la trayectoria 4. Estructuras de medición
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METODO DEL FLOTADOR
El método del flotador se utiliza en los canales, acequias y da solo una medida aproximada de los caudales. Su uso es limitado debido a que los valores que se obtienen son estimativos del caudal, siendo necesario el uso de otro método cuando se requiere una mayor presión. Para ejecutarlo, se elige un tramo del canal que sea recto y de sección transversal uniforme, de alrededor de 20 metros de largo, donde el agua escurra libremente. Se marca el terreno la longitud elegida y se toma el tiempo que demora un flotador (por ejemplo una naranja o lima, etc.) en recorrerla, con el fin de conocer la velocidad que lleva el agua en esa sección.
Como flotador se puede usar cualquier otro objeto que sea capaz de permanecer suspendido en el agua, como una fruta la cual sería una naranja o lima, que no ofrezca gran resistencia al contacto con el aire y que se deje arrastrar fácilmente por la corriente del agua.
¿QUÉ ES EL MÉTODO DE AFORO POR FLOTADORES? El método de aforo por flotadores, es un método de campo, sencillo y rápido para estimar el caudal de agua que pasa en una sección transversal del río. Con este método se calcula las velocidades superficiales de la corriente de un canal o río, utilizando materiales sencillos (flotadores) que se puedan visualizar y cuya recuperación no sea necesaria. Este método debería ser utilizado en forma provisional hasta que se adquiera o se utilice el correntómetro.
¿CUÁL ES EL FUNDAMENTO DE ÉSTE MÉTODO? 1. Este método se fundamenta en que los objetos se mueven a la misma velocidad que el agua, en la cual flotan, por consiguiente medir la velocidad del objeto flotante es medir la de la línea de flujo en la cual se mueven. 2. Este método no deberá ser empleado cuando se tema que la medida podría ser afectada por el viento.
Guía de Hidrometría: Estimación del caudal por el Método de Flotadores
¿CUÁNDO SE PUEDE APLICAR EL MÉTODO DE FLOTADORES? 1. Cuando no se cuente con un correntómetro o equipos de aforo. 2. En periodo de máximas avenidas o crecidas de los ríos y peligra el equipo de correntómetro. 3. Cuando existe peligro para ingresar al agua el Observador hidrológico 4. Cuando los niveles de agua son muy bajos y no permite medir con el correntómetro.
5. Cuando existen algas o sedimentos que impide que se haga mediciones con el correntómetro. 6. Cuando se desea conocer el caudal de la corriente en forma aproximada sin tener que recurrir a la construcción de una estación hidrométrica costosa.
¿CUÁLES SON LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO?
Ventajas
A. Miden directamente la velocidad superficial. B. No les afecta los acarreos de material. C. Su costo es pequeño o nulo.
Desventajas
A. Imprecisión, debido a que miden la velocidad superficial B. Imposibilidad de controlar su trayectoria, sobre todo en ríos amazónicos. C. Dificultad de utilizarlos cerca de las márgenes.
MATERIALES QUE SE UTILIZAN PARA REALIZAR EL AFORO POR FLOTADORES I.
Frutas ya sean naranjas o lima, entre otros objetos, es decir cualquier objeto que pueda flotar;
II.
cronómetro;
III.
cinta métrica
IV.
Formato del Método por flotadores
V.
Calculadora
¿QUÉ CARACTERÍSTICA DEBE CUMPLIR UN FLOTADOR? a) El flotador en este caso es una fruta (naranja) etc. b) Es importante que el flotador quede sumergido una gran parte de ellos y emergente lo necesario, esto permitirá que el flotador no sea influenciado por el viento y cambie de dirección fácilmente, lo que implicaría velocidades inexactas. c) Los flotadores deben ser similares en forma y peso. d) A cada flotador se le debe colocar un distintivo de color a fin de que sean observados durante su trayectoria.
PROCEDIMIENTO DEL MÉTODO
1. Materiales que se llevará al campo:
Calculadora, formato de control de descarga-método de flotadores
Cronómetro, wincha y flotadores siendo como mínimo 10.
Mira para medir las profundidades
Nivel de ingeniero
Cordel
Estacas
Cámara fotográfica.
Resultados de la medición del rio Azángaro primer punto. -
VERTEDERO:
Sin duda alguna son las más sencillas y utilizados para medir el caudal de agua en canales abiertos. Se define como vertedero a un dispositivo hidráulico constituido por una pared perpendicular al flujo, a través del cual se hace circular el fluido. Hidráulicamente es un orificio que no está totalmente ahogado por el
nivel de aguas arriba, de manera que la parte del orificio esta libre o sea es el equivalente de un orificio sin borde superior. Según la forma que se obligue a adoptar a la sección de la vena liquida que circule por el se clasifican en: 1. Rectangulares 2. Trapezoidal 3. Triangulares La carga o altura de agua que pase sobre la cresta del vertedero debe medirse a una distancia aguas arriba tal, que no sea afectada por la depresión de la superficie del agua que se produce al aproximarse a la cresta. Esto se consigue haciendo las mediciones a una distancia de por lo menos seis veces la carga (altura) máxima a la que puede llegar el vertedero. Q = K L HN (4) donde: -
Q = Caudal (m3/s)
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K, N = Coeficiente;
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L = Longitud de cresta (m)
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H = Tirante de agua (m)
A. ELEMENTOS DE UN VERTEDERO Los elementos de un vertedero son:
Cresta.- Borde superior del vertedero
Napa.- Vena líquida que fluye a través del vertedero.
Pared del Vertedero (P).- Es la altura del vertedero.
Longitud del Vertedero (L).- Es la longitud perpendicular del vertedero con respecto al flujo.
Carga sobre el Vertedero (H).- Espesor del chorro medida entre la superficie libre aguas arriba del vertedero a una distancia suficientemente grande (>4H) para que no se manifieste el abatimiento de la napa en la cresta.
B. CLASIFICACIÓN DE VERTEDEROS
Los vertedores se clasifican de diferentes formas:
Por su Geometría: 1. Vertedores de forma rectangular 2. Vertedores de forma triangular 3. Vertedores de forma trapezoidal 4. Vertedores circulares, parabólicos, etc
Por su espesor de pared 1. Vertedores de pared delgada (e<= 2 mm) 2. Vertedores de pared gruesa (e>0.66 H)
Por su tipo de Cresta 1. Vertedores de Cresta Delgada 2. Vertedores de Cresta tipo Cimacio o Perfil Greager
Por su longitud de cresta en relación al ancho del canal de acceso 1. Vertedores sin Contracción laterales 2. Vertedores con contracciones laterales.
Por su funcionamiento 1. Vertedores con velocidad de llegada 2. Vertedores sin velocidad de llegada
Por la forma de la napa o lámina vertiente. 1. Napa Libre (fotografía 3) 2. Napa Suprimida (fotografía 4) 3. Napa adherente (fotografía 5) 4. Napa Ahogada (fotografía 6)
En el presente trabajo de investigación se ha utilizado un vertedero triangular de pared delgada, sin contracciones laterales, con velocidad de llegada y con napa libre.
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VERTEDERO TRIANGULAR
Los vertederos triangulares permiten obtener medidas más precisas de las
Alturas de carga (H) correspondientes a caudales reducidos. Por lo general son construidos de placas metálicas. En la práctica únicamente se utilizan los que tienen forma isósceles, Siendo los más usuales los de 90º. Para estos vertederos se adapta la fórmula de Thomson obteniendo caudales en m3/s: Q = 1.4 / Para obtener el caudal de un Angulo distinto al de 90° en este caso usaremos para un Angulo de 60° podemos usar la formula general obtenida experimentalmente para un vertedero triangular de cresta aguda Q=Ctanα/
Se deben observar los siguientes requisitos: a) El vertedero triangular consiste en un corte en forma de “V” efectuado en una plancha metálica fina; la bisectriz del ángulo del corte debe ser vertical y equidistante a los lados del canal de aproximación. b) La plancha que se utiliza para hacer el vertedero, debe ser plana, de acabado liso y uniforme. c) La superficie metálica que constituye la cresta del vertedero y los costados
laterales
del
corte
aguas
arriba,
deben
quedar
perpendiculares a la dirección del flujo de agua. 1. Especificaciones para la instalación a) El vertedero debe estar ubicado en la parte rectangular del canal, en una sección recta, donde exista rugosidad mínima en los laterales y en el fondo. b) Cuando exista una gran diferencia entre la sección del vertedero y la sección transversal del canal aguas arriba del lugar de su instalación, los efectos de la velocidad de aproximación son despreciables.
Punto numero 1
Punto numero 2 RESULTADOS:
Canal trapezoidal: Ubicación: 1 km antes de la represa de Cotarsaya
CONCLUSIONES -
Para usar el método de los flotadores necesitamos que la zona donde vamos a medir sea recta para poder calcular las áreas de manera más exacta, así también recomendamos la mayor cantidad de flotadores para tener una mayor proporción de datos