UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
HIDROLOGÍA
TIPOS DE AFORAMIENTO
ANÍBAL JAVIER COELLO SANTAMARÍA
RIOBAMBA ² ECUADOR 2012
TEMA Tipos de Aforamiento para una determina sección.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL y
Llegar
a identificar los diferentes tipos de aforamiento que existen, para una
determina sección, para aplicar los en la vida diaria.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS y
Determinar los
y
Identificar los
y
Conocer
diferentes tipos de aforamiento.
pasos a seguir para aplicar en cada tipo de aforamiento
cual es el tipo de aforamiento que se necesita para cada necesidad en el
campo profesional.
INTRODUCCIÓN
A todos los métodos para medir un caudal de agua, se les denomina tipos de aforo, se pueden clasificar en tres grupos tales como los métodos directos, los métodos que se calculan en función del área y de la velocidad que tenga una determina sección y los métodos que utilizan contracciones, en cada división existe una subdivisión, de los diferentes métodos, y que en si nos ayudaran a determinar los caudales según la necesidad de calculo y del espacio en donde se realice , utilizando el método adecuado, así como el procedimiento que se debe realizar para llevar a cabo cualquiera de ellos.
TIPOS DE AFORO AFORO El aforo es la operación de medición del volumen de agua en un tiempo determinado. Esto es, el caudal que pasa por una sección de un curso de agua.
Importancia La
medición o aforo de agua del río o de cualquier curso de agua es importante desde los puntos de vista, como: y
Saber la
y
Distribuir
y
Saber el
y
Poder
Los
disponibilidad de agua con que se cuenta. e l agua a los usuarios en la cantidad deseada.
volumen de agua con que se riegan los cultivos.
determinar la eficiencia de uso y de manejo del agua de riego.
métodos de aforo para medir un caudal de agua se pueden clasificar en tres grupos que
son: 1) Métodos de aforo directo 2) Métodos de área-velocidad 3) Métodos que utilizan contracciones
1) MÉTODOS DE AFORO DIRECTO Expresan el caudal como una función de volumen sobre tiempo (Q = V / t) .Entre ellos se
tienen el aforo gravimétrico, volumétrico, químico y los medidores de hélice, fabricados de acuerdo con el mismo principio. Otro método de aforo directo consiste en medir e l descenso en el nivel del agua y el tiempo de vaciado en un depósito con dimensiones conocidas. y
Aforo Volumétrico
y
Aforo Gravimétrico
y
Aforo Químico o del Trazador
Aforo Volumétrico Es aplicable en la medición de pequeños caudales y se realiza midiendo el tiempo de llenado (t) de un recipiente de volumen conocido (V), donde se colecta la descarga, como se muestra en la Figura, determinando el caudal en a l ecuación:
Aforo Gravimétrico Se
sigue un procedimiento similar al anterior, pero el volumen colectado de agua en el intervalo de tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso (W) de agua se transforma a vo lumen, dividiéndolo entre el peso especifico del f luido a temperatura de prueba. El caudal aforado se determina con la siguiente formula:
Aforo Químico o del Trazador Esta técnica se usa en aquellas corrientes que presenten dificultades para la aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como en corrientes muy anchas o en ríos torrenciales. Los
trazadores pueden ser de tres tipos:
1) Químicos: de esta clase son la sal común y el dicromato de sodio 2) Fluorescentes: como la rodamina 3) Materiales radioactivos: los mas usados son el yodo 132, bromo 82, sodio.
2) MÉTODOS DE ÁREA-VELOCIDAD Es importante medir la velocidad del caudal en puntos localizados de la sección transversal, donde la velocidad promedio ocurra con mayor probabilidad. La
ve locidad máxima esta entre 0.05 y 0.25 del tirante por debajo de la superficie del agua, y la ve locidad mínima se desplaza sobre las paredes del ducto donde la rugosidad tiende a frenar el avance de la corriente. La velocidad media se loca liza aproximadamente a
0.60 del tirante, y puede determinarse exactamente observadas a 0.2 y 0.8 del tirante.
promediando las velocidades
La
figura muestra la distribución típica de velocidades para un canal, la que se asemeja a círculos concéntricos con eje en el punto donde se localiza la velocidad máxima. Tal distribución sufre deformaciones debido a la geometría de la sección, rugosidad del canal y cambios de dirección (curvas, caídas, etc.). La
distribución vertical de velocidades en función de la profundidad, se asemeja a un paraboloide con foco sobre la línea donde ocurre la velocidad máxima. En una tubería completamente llena, la máxima velocidad se desplaza por el centro del tubo y la mínima se desplaza adyacente a las paredes del conducto, donde la fricción retarda el avance; la velocidad promedio se loca liza a 3/8 de diámetro alrededor del centro de la tubería, como se muestra en la figura. La ve locidad promedio equivale aproximadamente a 0.80 de la velocidad máxima, este criterio práctico es aplicable a las tuberías en general, donde normalmente predomina un f lujo turbulento.
y y y y
Método del flotador Método del Tubo Pitot Método del Molinete Hidrométrico Aforo de la Descarga Libre en Tuberías, por el Método de la Trayectoria
Método del flotador Flotadores.- Consisten en objetos f lotantes que adquieren la velocidad del agua que los circundan. Pueden ser de tres tipos. a) Simples o de superficie: El inconveniente presentado por este f lotador se debe al hecho de ser muy inf luido por el viento, por las corrientes secundarias y por las olas. b) Dobles o superficiales: Constituyen un pequeño f lotador de superficies, al cual está unido por una cuerda un cuerpo sumergido, a la profundidad deseada. Se hace que el volumen del primero sea despreciado frente al segundo. En estas condiciones, manteniéndose el cuerpo sumergido cerca de seis décimos de la profundidad, se determina la velocidad media. c) Bastones f lotadores o f lotadores lastrados: Son tubos metálicos huecos o de madera, que tienen en la parte inferior un lastre de plomo para que f lote en una posición próxima a la vertical.
El f lotador 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. Luego, la
el
velocidad superficial se determina dividiendo la distancia recorrida entre tiempo promedio de viaje del f lotador.
Como la
ve locidad superficial es mayor que la ve locidad promedio del caudal, es necesario corregir la medición del f lotador multiplicándola por un coeficiente que varia de 94 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). Generalmente las acequias y canales de uso agríco la 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 a lturas, por la longitud del segmento (x/n), tal como se muestra en la Figura 4-9. Finalmente al multiplicar el área de la sección transversal (A) por la velocidad promedio del f lujo (Vpromedio), se obtiene el caudal (Q) para la corriente aforada.
Método del Tubo Pitot Tubos de Pitot.- Estos tubos fueron empleados por primera vez por el físico francés Pitot, en 1730 (río Sena). Un tubo de Pitot consiste en un tubo de material transparente con una extremidad doblada en dirección a la corriente del agua, como muestra la Figura 4-15.
Teóricamente
En realidad, se debe introducir un coeficiente de corrección C,
El tubo de Pitot solamente conduce a buenos resultados en el caso de corrientes de gran velocidad, siendo por ello más comúnmente empleado en tuberías.
Método del Molinete Hidrométrico M olinetes.- Los
mo linetes son aparatos constituidos de paletas o conchas móviles, las cuales, impulsadas por el líquido, dan un número de revoluciones proporcional a la velocidad de la corriente. 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. a) De eje vertical o cazoletas: Tipo Price, de origen norte-americano. b) De eje horizontal o de hélice Más comunes en Europa 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 Cuadro de texto: Velocidad en m/s. Para medir la ve locidad de una corriente, el molinete se instala por abajo del espejo de agua, a 0.6 del tirante (medido desde la superficie) y las revo luciones de la ruedecilla se cuentan en un intervalo de tiempo previamente establecido (usualmente un minuto).
Aforo de la Descarga Libre en Tuberías, por el Método de la Trayectoria La
descarga libre de una tubería horizontal o inclinada, f luyendo, llena o parcialmente llena, puede ser conocida aplicando el método de la trayectoria, basado en el principio físico de la caída libre de los cuerpos. Dicho principio establece que la proyección horizontal (x) del chorro es proporcional a la velocidad de salida (V) y a l tiempo (t) que tarda el agua en alcanzar un punto definido sobre su trayectoria. En cambio la proyección vertical (y) es el resultado de la aceleración que sufre el chorro en caída libre, por efecto de la gravedad. Para
calcular el ángulo se debe medir el borde libre ( b) por encima del espejo de agua, luego se debe establecer un par de triángulos con hipotenusa igual al radio interno de la tubería (r) , y cateto adyacente ( r í y) conocido, cuya relación trigonométrica proporciona la función coseno del ángulo; equivalente a la mitad del arco 360 º - , como se muestra en la figura el trazo auxiliar sobre la circunferencia de una tuber a parcialmente llena para calcular el ángulo .
La
circunferencia completa de la tuber a tiene radianes 360 = +2 = 2, de donde = 360 º 20, estando el ángulo en función del coseno definido por el triangulo rectángulo de hipotenusa r y cateto (r-b).
3) MÉTODOS QUE UTILIZAN CONTRACCIONES En los sistemas de riego existen muchos instrumentos disponibles para la medición de sus caudales, los cuales a través de la contracción en una sección permiten la medición del caudal. Entre los instrumentos disponibles que se tienen para la medición de caudal en un sistema de riego podemos mencionar los siguientes: El vertedero que es el dispositivo más práctico y económico, siempre que se disponga de suficiente altura, fueron los primeros instrumentos desarrollados. El orificio, ya sea libre o sumergido, como las compuertas, se usa para el control de entrega de agua a las parcelas. Aforadores, como Parsha ll, sin cuello, WSC, etc., son los instrumentos mas comúnmente utilizados; sus ventajas mas destacadas son las pérdidas pequeñas de altura,
una exactitud razonable para una gama grande de caudales y la inestabilidad a la velocidad de aproximación.
CONCLUSIONES y
y
y
En conclusión he llegado que el aforamiento comprende todos los métodos que se necesita para medir el caudal en una determina sección. Existen diferentes formas de medir el aforo de una sección tal como método del f lotador, que se utiliza cuando no se tiene equipos de medición y para este fin se tiene que conocer el área de la sección y la velocidad del agua, para medir la velocidad se utiliza un f lotador con él se mide la velocidad del agua de la superficie. El resu ltado que nos proporciona, al finalizar la aplicación de algún método de aforo, nos proporcionara los datos necesarios para la construcción de represas, puentes, centrales hidroeléctricas, etc.
RECOMENDACIONES y
Se
debería realizar mas giras de observación, así podremos constatar nosotros como estudiantes la forma de construir un aforo.
y
Debemos
realizar alguna práctica, en las cual emplear uno de los métodos de aforo antes mencionados.
BIBLIOGRAFIA y
http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/clasificacion-de-los-metodos-deaforo.html
y
http://www.siar.cl/docs/como_medir_agua_riego.pdf
y
http://www.inia.cl/medios/biblioteca/boletines/NR25635.pdf