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Caudal po flotadores
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA
Carrera Profesional de Ingeniería Civil
Tema:
PRÁCTICA DE CAMPO N° 01: ESTIMACIÓN DE
CAUDAL POR EL MÉTODO DE FLOTADORES
Curso: Hidráulica de Canales y Tuberías.
Alumnos: Becerra Moro, Jean Paul.
Caruanambo Cortés, Guillermo Eduardo.
Huaripata Ocas, Wilis Javier.
Marín Honores, Walter.
Docente: Ing. Walter H. Pompa Marín.
Fecha: Cajamarca, 29 de Setiembre de 2015.
Estimación de caudal por el método de flotadores |
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Contenido
1. Introducción ......................................................................................................................... 2
2. Objetivos de la práctica ..................................................................................................... 2
3. Ubicación de la práctica ..................................................................................................... 2
4. Materiales y/o equipos utilizados ..................................................................................... 3
5. Marco teórico ....................................................................................................................... 3
a. Evaluación de Recursos Hídricos ..................................................................................... 3
b. Definición de caudal (Q ) ..................................................................................................... 4
c. Medición de aforo con flotadores ...................................................................................... 4
i. Características del flotador ................................................................................................ 5
ii. Características del cauce a aforar .................................................................................... 6
6. Presentación de Resultados ............................................................................................. 6
i. Cálculo del área de la sección transversal A .................................................................. 6
ii. Formato Control de descarga – método flotadores ........................................................ 7
7. Conclusiones ....................................................................................................................... 7
8. Recomendaciones .............................................................................................................. 7
9. Referencia Bibliográfica ..................................................................................................... 7
10. Anexos: Panel fotográfico ................................................................................................. 8
Estimación de caudal por el método de flotadores |
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1. Introducción
La medición del caudal o gasto de agua que pasa por la sección transversal de un
conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua, se conoce como aforo o medición
de caudales. Este caudal depende directamente del área de la sección transversal
a la corriente y de la velocidad media del agua.
El método del flotador 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 flotador con él se mide la velocidad del agua de la superficie,
pudiendo utilizarse como flotador cualquier cuerpo pequeño que flote: como una
pelota de ping pong, una botella plástica, pelotas de tenis o también un fluido que
se pueda distinguir en el agua como un tinte.
En el caso de la medición realizada se aplicó el método de flotador mediante una
botella plástica, para determinar el caudal de un canal de tierra. Se aplicó el
procedimiento proporcionado por el docente.
2. Objetivos de la práctica
Determinar el caudal de un canal de tierra mediante el método de flotadores.
3. Ubicación de la práctica
Distrito de Otuzco, Provincia, Departamento y Región Cajamarca.
Coordenadas UTM: 78,0381.96 m E, 9'210,407.72 m N.
Figura 1: Vista aérea de la ubicación del canal de estudio. Fuente: Google Earth 2015.
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4. Materiales y/o equipos utilizados
Wincha de 8 m y 60 m.
Cronómetro digital (aplicación de celular).
Nivel.
Un objeto flotante, en este caso 1 botella plásticas (envase vacío de 500 ml
agua mineral).
Cordel para señalizar inicio y final del tramo de referencia.
Formato de control de descarga – método de flotadores.
Equipo de protección personal.
Cámara fotográfica.
Figura 2: Equipo utilizado. Fuente: Fotografías de campo del grupo de alumnos.
5. Marco teórico
a. Evaluación de Recursos Hídricos
El agua dulce es vital para todas las formas de vida. Se usa para beberla, para
agricultura, sanidad, industria, ambientes acuáticos, recreación, transporte y
muchas otras funciones. En todos los ecosistemas, el agua interactúa con la
tierra firme, la atmósfera y los seres vivientes. El agua es la característica
integrante que fluye a través de nuestras vidas. Ella refleja nuestro cuidado y
preocupación por los alrededores.
La administración sustentable de nuestros recursos hídricos está por lo tanto
íntimamente unida con nuestra habilidad de estimar adecuadamente estos
recursos.
Una evaluación de la cantidad y calidad del agua disponible es un prerrequisito
para el desarrollo y administración del recurso hídrico, ya sea para el propósito
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de suministrar agua a la población, la agricultura, la industria o la producción de
energía.
Es recomendable realizar las mediciones del caudal del río, caño, quebrada o
manantial en diferentes épocas para tener registros de los valores mínimos,
máximos e intermedios y conocer más de cerca el comportamiento de la fuente
en diferentes épocas.
Es importante, además, establecer la “historia” de la fuente, en lo posible, por
medio del diálogo con los vecinos de la localidad, o también, por datos de
organismos especializados (IDEAM, por ejemplo, Corporaciones autónomas,
etc.). Para efectuar la valoración del caudal a nivel local, cuando no se dispone
de equipos de precisión, ni se considera pertinente su uso, es conveniente utilizar
dos métodos reconocidos y ampliamente difundidos: el método del recipiente y
el método del flotador.
b. Definición de caudal (Q )
El caudal corresponde a una cantidad de agua que pasa por un lugar (canal,
tubería, entre otros) en una cierta cantidad de tiempo, o sea, corresponde a un
volumen de agua (Litros, Metros Cúbicos, etc.), por unidad de tiempo (Segundos,
Minutos. Horas, etc.).
Es la cuantificación del caudal de agua que pasa por la sección transversal de
un conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua; también se le conoce como
aforo caudal de agua. Para cuantificar el caudal de agua se puede utilizar la
siguiente fórmula:
𝑄 = 𝐴 × 𝑉
Donde:
Q = Caudal o Gasto (m3/s)
A = Área de la sección transversal (m2)
V = Velocidad media del agua en la sección hidráulica (m/s)
c. Medición de aforo con flotadores
Son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo
tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor
precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad media de la sección
para ser multiplicada por el área, y conocer el caudal, según la ecuación de
continuidad.
𝑄 = 𝐴 × 𝑉
Para la ejecución del aforo se procede de la siguiente forma. Se toma un techo
de la corriente de longitud L; se mide el área A, de la sección, y se lanza un
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cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo
por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de
control corriente abajo.
La velocidad superficial de la corriente, Vs, se toma igual a la velocidad del
cuerpo flotante y se calcula mediante la relación entre el espacio recorrido L, y
el tiempo de viaje t.
𝑉𝑠 =𝐿
𝑡
Se pueden obtener resultados algo más precisos por medio de flotadores
lastrados, de sumersión ajustable. Estos flotadores consisten en un tubo
delgado de aluminio, de longitud Lfl, cerrado en ambos extremos y con un lastre
en su extremo inferior, para que pueda flotar en una posición próxima a la
vertical, de tal manera que se sumerjan hasta una profundidad aproximadamente
de 25 a 30 cm sobre el fondo, y emerjan unos 5 a 10 cm.
Observaciones:
Como la velocidad superficial es mayor que la velocidad promedio del caudal, es
necesario corregir la medición del flotador multiplicándola por un coeficiente (K),
el cual se detalla a continuación:
Considerando que el caudal está en función del área hidráulica y de la
velocidad se tiene:
K= f (viento)
K= 0.90 cuando no se presenta viento
K= 0.95 cuando se presenta viento y frena el flotador
K= 0.85 cuando se presenta viento, pero no afecta la velocidad del flotador
i. Características del flotador
La parte expuesta al viento debe ser lo más reducida posible, pero el
flotador siempre debe estar visible.
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La parte sumergida no debe ser voluminosa, para evitar interferencia
con objetos sumergidos.
Debe ser, en lo posible, simétrico y de preferencia de plantilla redonda,
esto con objeto de que al rotar siga ofreciendo la misma resistencia
tanto al agua como al aire.
De fácil manejo resistente a las sacudidas bruscas, sencillo de
construir, ligero y económico.
Fácil de transportar.
Debe ser pequeño, ya que muchos canales de descarga tienen poca
profundidad.
Deben adquirir una velocidad cercana a la velocidad de la corriente de
agua. y esto sólo se consigue si es ligero y está expuesto al viento.
ii. Características del cauce a aforar
La sección a aforar debe ser lo más regular posible.
La profundidad del cauce debe ser suficiente como para que el flotador
no toque el fondo.
Debe ser lo más recto posible, es decir que sea alejado de curcas o
que forme parte de ella.
Que el agua corra libremente.
6. Presentación de Resultados
i. Cálculo del área de la sección transversal A
𝑨 = 𝒉 × 𝒂
h= profundidad promedio del cauce (m)
a= ancho del cauce (m)
Figura 3: Gráfico dimensiones del canal de estudio. Elaboración propia.
𝒉 =(𝒉𝟏 + 𝒉𝟐 + 𝒉𝟑)
𝟑
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𝒉 =(𝟎. 𝟎𝟔 + 𝟎. 𝟎𝟗 + 𝟎. 𝟎𝟖)
𝟑=
𝟎. 𝟐𝟑
𝟑= 𝟎. 𝟎𝟕
𝑨 = 𝟎. 𝟎𝟕 × 𝟎. 𝟔𝟎 = 𝟎. 𝟒𝟐 𝒎𝟐
ii. Formato Control de descarga – método flotadores
Tabla 1: Datos y cálculos formato método flotadores. Elaboración propia.
7. Conclusiones
Se concluye que, en el tramo escogido del canal de la referencia según descripción
de la ubicación, su caudal es de 0.03 m3/s.
8. Recomendaciones
Utilizar un mejor tipo de flotador que nos proporcionará un valor más aproximado
de la velocidad promedio del canal.
9. Referencia Bibliográfica
Villón, Máximo. Hidrología. Editorial Villón: 2da Edición. Lima - Perú 2002.
Sánchez, Teodoro; Escobar, Rafael; Ramírez, Saúl; Canedo, Walter; Gamarra,
Alva; Guzmán, Yandira. Evaluación de recursos hidroenergéticos. Soluciones
Prácticas. Lima – Perú 2010
CAUCE :
DISTRITO :
PROVINCIA :
REGIÓN :
MES :
COORD. UTM :
CAUDAL (m3/s)
f1 f2 f3Tiempo
promedio
Distancia
recorrida
por el
flotador
V
superficialV media
Profundida
d promedio
Ancho del
cauceÁrea
t1 t2 t3 t (s) d (m) V = d/t Vm = 0.85 * V h (m) a (m) A = h * a
4:15 p. m. 4:30 p. m. 10.73 10.45 9.48
4:30 p. m. 4:45 p. m. 10.78 11.60 11.030.05 0.0310.68 8.00 0.75 0.64 0.08 0.60
DD/MM/AAAA FinalInicial
OTUZCO
CAJAMARCA
CAJAMARCA
SETIEMBRE DEL 2015
78,0381.96 m E, 9'210,407.72 m N
19/09/2015
19/09/2015
TIEMPO (s)
CONTROL DE DESCARGAS O CAUDALES - MÉTODO POR FLOTADORES
FECHA TRABAJO DE CAMPOHORA
Q = Vm * A
VELOCIDAD (m/s) ÁREA (m2)
TRABAJO DE GABINETE
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10. Anexos: Panel fotográfico
Figura 4: Integrantes del grupo
Figura 5: Integrantes del grupo realizando las mediciones
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Figura 6: Preparándose para realizar las mediciones
Figura 7: Toma de mediciones