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LABORATORIO DE HIDRAULICA II

AFORO DE CORRIENTES RESUMEN:

La medición del gasto por el método área de velocidades se debe realizar con un metodología similar al aforo de corrientes en un canal prismático utilizando el molinete hidráulico que va conectado a un Dispositivo electrónico digital que nos da el valor de la velocidad del caudal circulante en cada vertical en realidad esta es la aplicación práctica de este experimento antes realizado.se puede observar que en mayor tirante de (0.80 m )hay mayor caudal (0.3264 m3/s ) debido ala presencia de mayor area (0.48 m2 ). Con estos resultados y los datos que teníamos de velocidades obtenemos el caudal para cada vertical trazada y la suma es el caudal total que como se observó en la experiencia el caudal es Reducido. Se logro estimar el valor del caudal que circula por un canal natural utilizando el método de área - velocidad.

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INDICE:

1. OBJETIVOS DE LA PRACTICA ………………………………………………………………………………………. 3 1.1General………………………………………………………………………………… …………………………….. 3 1.2 Específicos…………………………………………………………………………… ……………………………. 3 2. APLICACIONES PRACTICAS …………………………………………………………………………………………

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3. MARCO TEORICO …………………………………………………………………………………………….. ……… 5 Definición……………………………………………………………………………. …………………………………….. 6 4. ESUQEMA DE LA PRACTICA ……………………………………………………. ………………….…………… 8

5. PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA………………………………………………………………..……… .. 10 6. HOJA DE LEVANTAMIENTOS DE DATOS ……………………………………….. …………………………. 11

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II 7. CALCULOS ……………………………………………………………………….……….. ……………………..………. 12 Tabla de resultados ………………………………………………………..………….. ………………..…………… 13 8. ANALISIS DE RESULTADOS ………………………………………………………….. ………….……………… 14 9. CONCLUCIONES………………………………………………………………………….. ……..………………….. 14 10.RECOMENCACIONES…………………………………………………………………… …..…………………….. 15

INDICE DE FIGURAS:

SISTEMA DE AGUA Y SANEAMIENTO RURAL (figura 1) …………………………………………………….. 4 CONTROL Y MONITORIO DE CAUDALES EN LOS RIOS (figura 2) ……………………………………….. 5 SISTEMA Y CONTROL DE RIEGOS (figura 3) ………………………………………………………………………

ESTUDIO DE CANALES ABIERTOS (figura 4) ………………………………………………………………………

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6

CANAL NATURAL IRREGULAR (figura 6) ………………………………………………………………………………

7

FLEXOMETRO (figura 7) …………………………………………………………………………………………

9

CONTADOR (figura 8) ………………………………………………………………………………………………………… .. 9 MOLINETE HIDRAULICO (figura 9) ………………………………………………………………………………………

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MEDICIONES DEL CANAL Y TANQUE DE AFORO ( figura 10) ……………………………………………… 10

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II MEDICIONES DE ALTURA Y VELOCIDADES ( figura 11 ) ………………………………………………………… 10

AFORO DE CORRIENTES 1.- OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA: 1.1General.-

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Calcular el caudal que circula por una sección de un canal Por el método de área – velocidad que circula a través de un canal mediante la utilización de un molinete hidráulico

1.2 Específicos.-

Dibujar la sección transversal con su distribución de velocidades respectiva.

-

Conocer y entender el funcionamiento de un molinete hidráulico

-

Aplicar lo estudiado en la utilización del molinete hidráulico como medio de medición de velocidades.

-

-

Calcular la velocidad media la sección

Calcular el caudal que circula por un canal.

2.- APLICACIONES PRÁCTICAS: - SISTEMA DE AGUA Y SANEAMIENTO RURAL ( figura 1 )

-

CONTROL Y MONITORIO DE CAUDALES EN LOS RIOS( figura 2)

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-

SISTEMA Y CONTROL DE RIEGOS ( figura 3 )

-

ESTUDIO DE CANALES ABIERTOS ( figura 4 )

3.- MARCO TEORICO

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II La necesidad de conocer el gasto que circula por una conducción libre ha ocasionado la creación y el desarrollo de una gran cantidad de métodos para ese fin. Algunos de estos métodos requieren aparatos confeccionados con esmero o bien obras que necesitan especial atención en su proyección y su construcción; otros por el contrario, son simples y sencillos. La experiencia de URSS y otros países en el empleo de métodos de aforo en la ejecución de los planes de uso del agua, ha definido una serie de requisitos para los medios de medición del agua. Las principales y más importantes finalidades de la medición del caudal en las conducciones libres son: 

 

 

Determinar la magnitud de los recursos de agua de los sistemas hidráulicos y los recursos hídricos de las fuentes superficiales y subterráneas. Garantizar la información necesaria para una buena explotación de los canales y obras hidrotecnicas. Garantizar el sistema de datos necesarios para la proyección y ejecución de medidas encaminadas a elevar la efectividad del sistema, así como para la determinación de formulas y coeficientes empíricos. Determinar cotidianamente los volúmenes de agua en las corrientes naturales y en caso de fenómenos extremos. Garantizar el desarrollo adecuado de experiencias de campo o laboratorio en las cuales sea necesario determinar el gasto de las conducciones libres.

Debido a la gran cantidad de métodos y medios existentes para la medición de los caudales de una conducción libre, la clasificación de estos es amplia y varia de un autor a otro. Entre estos métodos tenemos los conocidos como indirectos o área-velocidad, son aquellos que se basan en la medición de la distribución de la velocidad en la sección transversal para posteriormente, de acuerdo con el principio de continuidad, calcular el gasto que atravesó la sección en el momento de la medición. Los métodos directos son aquellos que utilizan un instrumento u obra calibrada, para con el auxilio de ella determinar de forma inmediata el gasto que circula. Las variantes de este método son: el volumétrico, el gravimétrico, las canaletas calibradas, los vertedores, las obras hidrométricas, las obras reguladoras, las secciones de control, etc. La medición de la velocidad se realiza por medio de instrumentos especiales tales como: molinetes, tubos de Pitot, flotadores, etc. METODOS DE AREA-VELOCIDAD

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II Para el cálculo del gasto mediante los métodos de área-velocidad, es necesario conocer la distribución de velocidades en la sección transversal que sirve de sección de aforo. La distribución de velocidades en la sección transversal depende de la forma geométrica de la sección, la rugosidad del perímetro mojado, la alineación del canal y las características del fluido, entre otros. Los gráficos que muestran la variación de la velocidad en la sección transversal pueden confeccionarse dividiendo dicha sección mediante varias verticales y con un instrumento previamente calibrado medir, a partir de la superficie libre y a intervalos constantes hasta muy cerca del fondo, la velocidad en una serie de puntos, y luego, por una interpolación, realizar el trazado de las curvas de velocidad, ya sea en una vertical o en ( figura 5 )una sección transversal. A partir de la curva correspondiente a cada vertical puede determinarse a escala la velocidad a cualquier profundidad. La velocidad media en la vertical es igual al área de la curva de velocidades dividida por la profundidad de circulación de dicha vertical. Luego de largos estudios se ha llegado a las siguientes conclusiones con respecto a la distribución de velocidades:

-

( figura 6) La velocidad máxima se encuentra el 5 y 25% de la profundidad y este porcentaje aumenta con la profundidad de la sección.

-

La curva de velocidades correspondiente a cada vertical se aproxima a una parábola de eje horizontal que pasa por el punto de máxima velocidad.

-

La velocidad media del 3% y un error medio del 1%.

-

La velocidad media en una vertical es la media aritmética de las velocidades al 20 y el 80% de la profundidad; con un error máximo de 1% y un error medio nulo.

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La velocidad media en una vertical es del 80 al 95% de la velocidad en la superficie aunque el valor medio de cientos de observaciones es de un 85%.

( figura 1 ) MOLINETE HIDRÁULICO El elemento fundamental de este equipo de precisión es una rueda con aspas o cazoletas que son movidas por la corriente, y cuya velocidad de rotación depende de la velocidad del agua. La velocidad de rotación se determina por un mecanismo que a cada cierto número de revoluciones abre y cierra un circuito eléctrico conectado a un señalizador, que puede emitir una señal eléctrica o lumínica, o accionar un contador mecánico o digital. De acuerdo con el número de señales emitidas en un periodo de tiempo, se puede conocer la velocidad de rotación promedio del molinete. Entre la velocidad de la corriente V (m/s) y la cantidad de vueltas en un segundo, n, existe una dependencia rectilínea. V = Vo + Kn Donde: Vo es la velocidad antes del inicio de la rotación de la hélice (velocidad inicial). K es el coeficiente de la hélice. ( figura 1 ) Un molinete debe cumplir las siguientes características: - Tener pequeño tamaño. - Producir un mínimo de corrientes parásitas. ING. MOISES PERALES

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II Tener poco rozamiento en sus partes mecánicas. Ser poco sensible al efecto de las corrientes verticales. Funcionar solamente por efecto de la componente de la velocidad perpendicular a él (en la dirección del corriente). Las principales desventajas del uso de los molinetes son: -

 

la imposibilidad de comprobar su exactitud en condiciones de trabajo. La dificultad de regularlos sin calibración.

TIPOS DE MOLINETES

a) Tipo taza cónica

b) Tipo hélice

4.- ESQUEMA DE LA PRÁCTICA: En el siguiente esquema mostraremos los materiales y equipos utilizados en el desarrollo de la práctica: -

FLEXOMETRO 8)

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( figura 7)

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- CONTADOR ( figura

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-

MOLINETE HIDRAULICO ( figura 9 )

-

MEDICIONES DEL CANAL Y TANQUE DE AFORO ( figura 10 )

-

MEDICIONES DE ALTURA Y VELOCIDADES ( figura 11 )

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5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA

Los siguientes pasos fueron necesarios para llevar adelante el experimento:



Se toma medidas de: -

Las dimensiones del canal.

-

Altura del vertedero

-

La lectura de la mira mecánica en el vertedero.

-

La lectura de la mira mecánica donde se ubicará el micromolinete.



Se alinea correctamente el micromolinete.



Se procede a dejar circular el fluido por la tubería hacia el canal Rehbock.



Se toma lecturas de:



-

La mira mecánica donde se ubica el micromolinete, para determinar el tirante.

-

Las velocidades del fluido en distintas zonas de la sección transversal del canal. Primero en la superficie, luego a 0.2, 0.6, 0.8 de la altura del tirante y finalmente al fondo del canal.

-

Del medidor electro magnético.

-

La lectura final de la mira mecánica en el vertedero.

Se corta el suministro de fluido.

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6.- HOJA DE LEVANTAMIENTOS DE DATOS

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7.CALCULOS:

AREAS: (m) 1.- 0.20 * 0.60 = 0.12 M2 2.- 0.60 * 0.60 = 0.36 M2 3.- 0.80 * 0.60 = 0.48 M2 VELOCIDADES PROMEDIO: (M/s) PARA 0.8 1) 0.60, 0.65, 0.66, 0.65 , 0.65 = 0.642 2) 0.66, 0.65, 0.66, 0.65, 0.67 = 0.658 3) 0.62, 0.61, 0.62, 0.63, 0.62 = 0.62

PROMEDIO = 0.64 m/s

PARA 0.6 1) 0.70, 0.67, 0.66, 0.70, 0.69 = 0.684 2) 0.71, 0.69, 0.69, 0.68, 0.70 = 0.682 3) 0.62, 0.64, 0.63, 0.64, 0.61 = 0.628

PROMEDIO = 0.66 m/s

PARA 0.2 1) 0.65, 0.67, .63, 0.65, 0.65 = 0.65 2) 0.70, 0.71. 0.70. 0.70, 0.71 = 0.704 3) 0.70, 0.69, 0.68. 0.69 0.69 = 0.69

PROMEDIO = 0.68 m/s

CALCULO DEL CAUDAL:

Q1 = A1 * V1 = 0.12 M2 * 0.64 m/s = 0.0768 m3/s

Q2 = A2 * V2 = 0.36 M2 * 0.66 m/s = 0.2376 m3/s

Q3 = A3 * V3 = 0.48 M2 * 0.68 m/s = 0.3264 m3/s

CAUDAL TOTAL: 0.6408 m3/s

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II Q1 = 76.8 lt/s Q2 = 237.6 lt/s Q3 = 326.4 lt/s CAUDAL TOTAL: 640.8 lt/s

Tabla de resultados Nº

TIRANTE (m)

1 2 3

0.20 0.60 0.80

VELOCIDAD (m/s) 0.68 0.66 0.64

AREA m2 0.12 0.36 0.48

CAUDAL (m3/s) 0.0768 0.2376 0.3264

QT = 0.6408 m3/s = 640.8 lt/s

ANALISIS DE RESULTADOS

* En cuanto al cálculo primero de áreas como lo realice con un programa no hay mayor problema con los resultados.

* Con estos resultados y los datos que teníamos de velocidades obtenemos el caudal para cada vertical trazada y la suma es el caudal total que como se observo en la experiencia el caudal es reducido.

* El método utilizado para su cálculo fue el de área velocidad o principio de continuidad,. Ahora refiriéndonos al cálculo del coeficiente de Velocidad, Coriolis observamos un valor muy alto en comparación con anteriores experiencias en canales prismáticos. esto puede deberse a que el rio que fue objeto de aforo tenia tirantes muy bajos en comparación con su ancho total los tirantes de las verticales no sobrepasan los 0.3 m mientras que su ancho es de casi 6 m y según lo expresado en teoría en estos casos por lo común el ING. MOISES PERALES

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LABORATORIO DE HIDRAULICA II valor del coeficiente de Coriolis es elevado no nos dan un dato puntual o un rango pero obtuve un valor cercano a 10, además debemos tomar en cuenta que aquí la rugosidad jugara un valor importante, también la forma geométrica del canal en este caso indefinida, haciendo un trazo más o menos parecido podemos observar que es muy irregular.

* Debido a estas y otras razones tales como la forma de realización de las mediciones es que este coeficiente nos arroja este valor alto.

CONCLUSIONES

-

Se pudo utilizar de manera satisfactoria el micromolinete hidráulico como medio de medición de velocidades. Se analizó la distribución de velocidades en una sección transversal del canal Rehbock. Se logró determinar el gasto que circula por medio del método de área velocidad.

-

Hemos llegado a la conclusión de que es menor le velocidad en el fondo y en los lados del canal por el rozamiento que exista con este.

-

La máxima velocidad se produce en el medio de la sección.

-

Se logro estimar el valor del caudal que circula por un canal natural utilizando el método de área - velocidad.

-

se puede observar que en mayor tirante de (0.80 m )hay mayor caudal (0.3264 m3/s ) debido ala presencia de mayor area (0.48 m2 )

BIBLIOGRAFIA -

“Manual de Prácticas del Laboratorio de Hidráulica” Dr. Ernesto García Ruiz

-

“Hidráulica de Canales Abiertos” Richard H. French

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“Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería” Joseph B. Franzini

-

Guía Nº 7 del Manual de Laboratorio de Hidráulica II, Aforo de Corrientes. Método Área-Velocidad.

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