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INDICE
INTRODUCCION..3
CAUDAL.4
METODO VOLUMETRICO.6
METODO DEL FLOTADOR...8
METODO DEL CORRENTOMETRO...11
AFORO QUIMICO14
Inyectar rpidamente un volumen de trazador...14
Inyeccin a caudal constante.15
CONCLUSIONES18
BIBLIOGRAFIA18
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INTRODUCCION
El caudal es la cantidad de agua que fluye por unidad de tiempo
por un
conducto abierto o cerrado como un ro, riachuelo, acequia, una
canal o una
tubera.
La hidrometra permite medir determinar el caudal del agua que
fluye sobre
alguna de estas estructuras donde ejemplos aplicados a esto
podran verse en la
entrada o salida de agua en una planta de tratamiento, la que se
consume en una
ciudad, industria, etc.
Es de suma importancia conocer el caudal que fluye por una
determinada fuente
ya que ese caudal flucta segn las pocas del ao y las
condiciones
meteorolgicas.
En este trabajo de mtodos de aforo para cauces abiertos, se
encuentran
diferentes mtodos que permiten calcular el caudal.
Mtodos como: mtodo volumtrico, mtodo del flotador, mtodo del
correntmetro, aforo qumico, etc. Cada mtodo calcula el caudal
con datos
diferentes.
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CAUDAL
El caudal corresponde a una cantidad de agua que pasa por un
lugar
(canal, tubera, entre otros) en una cierta cantidad de tiempo, o
sea, correspondea un volumen de agua (Litros, Metros Cbicos, etc.),
por unidad de tiempo
(Segundos, Minutos. Horas, etc.).
Es la cuantificacin del caudal de agua que pasa por la seccin
transversal de un
conducto (ro, riachuelo, canal, tubera) de agua; tambin se le
conoce como aforo
caudal de agua. Para cuantificar el caudal de agua se puede
utilizar la siguiente
frmula:
Q = A x V (1)Donde:
Q = Caudal o Gasto (m3/s)
A = rea de la seccin transversal (m2)
V = Velocidad media del agua en la seccin hidrulica (m/s)
El aforador o molinete: El elemento actuante de un aforador, o
medidor de
corriente, es una rueda con una serie de aspas o cazoletas
impelidas porlacorriente. La rapidez de su rotacin vara con la
velocidad del agua. Hay varios
dispositivos para determinar la velocidad de la rueda. Por lo
general se hace por
medio de un mecanismo que, a cada revolucin o a un nmero dado
de
revoluciones, abre y cierra un circuito elctrico que comprende
un receptor
telefnico u otro aparato elctrico adecuado, indicador o
registrador. El aforador
acstico tiene un aditamento que golpea sobre un tambor aun nmero
dado de
revoluciones, y el sonido se transmite al observador a travs del
tubo que
sostiene el medidor. Otros aforadores tienen dispositivos
mecnicos
registradores. Los medidores de corriente se suspenden de un
cable o sujetan a
una varilla. Para el aforo de corrientes grandes es preferible
la primera
disposicin. Los medidores sujetos a una varilla son convenientes
para aforar
corrientes pequeas.
Hay dos tipos generales de aforadores o medidores de corriente:
el diferencial o
tipo de cazoletas, que consiste en un eje vertical con una serie
de cazoletas que
giran por el exceso de presin de su parte cncava sobre la
convexa, y el del tipo
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directo o de hlice con aspas dispuestas sobre un eje horizontal
que giran por la
accin directa de la corriente. El aforador de cazoletas registra
siempre la plena
velocidad cualquiera que sea el sentido de la corriente o aquel
a que apunte el
medidor. El movimiento vertical de ste, lo mismo hacia arriba
que hacia abajo,
hace girar la rueda en su sentido positivo, por lo que siempre
tiene tendencia a
indicar una velocidad demasiado alta. El aforador del tipo de
hlice no tiene esta
caracterstica inconveniente a lo menos en el mismo grado que el
de cazoletas.
Sin embargo, es probable que cualquiera de las marcas estndares
de
aforadores, si se usa en forma apropiada, bajo las condiciones a
las que se
adaptan mejor, ser satisfactoria en el aforo ordinario de
corrientes.
Las caractersticas que conviene rena un aforador son: a) ser tan
pequeo como
sea posible; b) las corrientes parsitas producidas deben ser
mnimas; c) el
rozamiento de la rueda debe ser pequeo; d) no deben influir en l
las corrientes
verticales; y e) debe funcionar solamente bajo la accin de la
componente hacia
adelante de las corrientes. Ningn aforador cumple perfectamente
estas
condiciones.
Graduado o calibrado del aforador. Se puede establecer una
relacin entre su
nmero de revoluciones y la velocidad del agua moviendo el
aforador en aguatranquila a velocidad conocida. A esta operacin se
le llama graduado del
aforador o medidor. Esta graduacin puede hacerse desde un bote
que se mueva
a una velocidad uniforme en agua tranquila, pero es mejor hacer
esta labor en
una estacin graduadora equipada en forma apropiada. Un aforador
deber
calibrarse cuando se usa por primera vez, y luego una vez al ao
a lo menos, y
tambin despus de cada accidente que sufra o de cualquiera
alteracin de sus
partes que pueda cambiar su graduacin.
Tipos de mtodos para medir caudal son:
Mtodo volumtrico
Mtodo del flotador Mtodo del correntmetro
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Aforo qumico
METODO VOLUMETRICO
Se emplea por lo general para caudales muy pequeos y se requiere
de un
recipiente de un volumen conocido para colectar el agua. El
caudal resulta de
dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre
el tiempo que
transcurre en colectar dicho volumen.
El mtodo requiere de:
Depsito (balde o tambor) de volumen conocido en el cual se
colecta el
agua,
Cronmetro para medir el tiempo de llenado del depsito
Repetir 2 3 veces el procedimiento y promediar para asegurar
mayor
exactitud.
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Metodologa
El procedimiento de clculo consiste en dividir el volumen de
agua recogido en el
depsito por el tiempo (en segundos) que demor en llenarse.
El resultado expresa el caudal medido en litros por segundo.
Figura 1. Mtodo volumtrico
Ejemplo:
Volumen del balde: 20 litros.
Tiempo que demor en llenarse: 10 seg
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SOLUCION
METODO DEL FLOTADOR
Este mtodo relaciona el rea de la seccin que conduce agua y la
velocidad de
escurrimiento. Se utiliza en canales y acequias y da slo una
medida aproximada
de los caudales, siendo necesario el uso de otros mtodos cuando
se requiere
mayor precisin.
La metodologa es la siguiente:
a) Primer paso: Seleccionar el lugar adecuado.
Se selecciona en el ro o canal un tramo uniforme, sin piedras
grandes, ni troncos
de rboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias,
ni impedimentos,
que sea recto y de seccin transversal uniforme, de alrededor de
3 metros de
largo, donde el agua escurra libremente.
b) Segundo paso: Medicin de la velocidad.
En el tramo seleccionado ubicar dos puntos, A (de inicio) y B
(de llegada) y medir
la distancia, una persona se ubica en el punto A con el las
boyas y otra en el
punto B con el reloj o cronmetro. Se medir el tiempo de
recorrido del flotador
del punto A al punto B. Se recomienda realizar un mnimo de 3
mediciones y
calcular el promedio. La velocidad de la corriente de agua del
ro se calcula conbase en la siguiente:
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c) Tercer paso: Medicin del rea de la seccin transversal del
ro.
En el tramo seleccionado, ubicar la seccin o el ancho del ro que
presente las
condiciones promedio y en la que se nos facilite la medicin del
rea transversal.
Un mtodo prctico, con aceptable aproximacin para calcular el rea
transversal,
es tomar la altura promedio.
Esto consiste en dividir el ancho del ro, en por lo menos,
cuatro partes y medir
la profundidad en cada punto para luego calcular el promedio. As
como se ve en
la figura.
Una vez se ha determinado el valor promedio de la profundidad,
se procede arealizar la medicin del espejo de agua del canal. ste
se divide en las partes
que se midieron para determinar las alturas.
En este caso, de acuerdo a la figura:
Luego se calcula el rea para cada tramo, usando el mtodo del
trapecio:
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Y por ltimo se calcula el rea total de la seccin en estudio.
d) Cuarto paso: Clculo del Caudal del ro.
Con los datos obtenidos se procede a calcular el caudal del ro,
QR, con base en
la siguiente ecuacin:
Donde K es un factor de correccin relacionado con la velocidad.
El valor de K sedebe seleccionar de acuerdo al tipo de ro o canal y
a la profundidad del mismo,
de conformidad con la tabla:
El valor promedio obtenido del caudal de la fuente de agua
estudiada permitir no
slo conocer el volumen de agua del que se dispone por unidad de
tiempo,informacin importante a la hora de tomar decisiones sobre
posibles proyectos
productivos, si no, adems, conocer, de manera cuantitativa, las
caractersticas
del lquido, antes de su uso, o su vocacin de uso. Para ello se
requiere realizar
estudios de calidad del agua de la fuente, adicionales a los
estudios del caudal.
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Figura 2. Tramo de acequia o canal
METODO DEL CORRENTOMETRO
En este mtodo la velocidad del agua se mide por medio de un
instrumento
llamado correntmetro que mide la velocidad en un punto dado de
la masa de
agua. Existen varios tipos de correntmetros, siendo los mas
empleados los de
hlice de los cuales hay de varios tamaos; cuando ms grandes sean
los
caudales o ms altas sean las velocidades, mayor debe ser el
tamao del
aparato. Cada correntmetro debe tener un certificado de
calibracin en el que
figura la formula para calcular la velocidad sabiendo l numero
de vueltas o
revoluciones de la hlice por segundo.
El mtodo del correntmetro o del molinete hidrulico.
Esta constituido por una rueda con aspas que gira al ser
sumergido en una
corriente de agua.
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Pueden ser de dos formas:
Molinete de cazoletas
Molinete de hlices
Para medir la velocidad de una corriente lo recomendable es
instalar el molinete
debajo del espejo de agua a 0.6m del tirante medido desde la
superficie.
El principio radica en el nmero de revoluciones por unidad de
tiempo.
En algunos casos el instrumento viene con una ecuacin en
funciona la
velocidad:
V= a+bN,
Donde:
N es el nmero de revoluciones.
Los ms actuales nos indican directamente la velocidad.
MATERIALES Y METODOS
MaterialesWincha o cinta medidora
Reloj o Cronmetro
Botas
Un objeto flotante, en este caso 3 boyas (10 cm de dimetro
aprox.)
Mtodos:
Similar al mtodo anterior, con la diferencia de que no se
utilizarn boyas paradeterminar la velocidad, sino que por medio del
instrumento correntmetro se
medir la velocidad instantneamente en los diferentes puntos del
tramo del canal
en estudio.
El correntmetro se deber sumergir aproximadamente el 60% de la
profundidad
del canal.
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Longitudinalmente, las medidas se realizarn tanto en el inicio,
en el centro
como en el final del tramo del canal en estudio. Y
Transversalmente, las medidas
se realizarn en el punto medio de las partes en que se ha
dividido el espejo de
agua del canal. As como se ve en la figura.
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AFORO QUMICO O DEL TRAZADOR
Esta tcnica se usa en aquellas corrientes que presenten
dificultades para la
aplicacin del mtodo rea velocidad o medidas con estructuras
hidrulicas, como
en corrientes muy anchas o en ros torrenciales.
Los trazadores pueden ser de tres tipos:
1) Qumicos: de esta clase son la sal comn y el di-cromato de
sodio
2) Fluorescentes: como la rodamina
3) Materiales radioactivos: los ms usados son el yodo 132, bromo
82, sodio.
La sal comn puede detectarse con un error de 1% para
concentraciones de 10
ppm (partes por milln).
El dicromato de sodio puede detectarse a concentraciones de 0.2
ppm y los
trazadores fluorescentes con concentraciones de 1/1011. Los
trazadores
radioactivos se detectan en concentraciones muy bajas (1/1014).
Sin embargo su
utilizacin requiere personal muy especializado.
El mtodo de los trazadores puede implementarse de dos
maneras:
a) Inyectar rpidamente un volumen de trazador. Este mtodo es
llamado
tambin mtodo de integracin. Supngase que en una seccin 1 de un
ro se
adiciona un pequeo volumen de trazador V1 con una concentracin
alta C1. Siexiste en el ro una concentracin,Co, el perfil de
concentraciones en el ri se
comporta con el tiempo as:
FIGURA Perfil de concentraciones en el rio.
Por continuidad se tiene:
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Dnde:
Q = Caudal de la corriente que se desea conocer
C1= Concentracin del trazador
V1= Volumen del trazador
C2= Funcin que define la concentracin del trazador, en el punto
de control en
funcin de t.
Co= Concentracin encontrada en el ri antes de la dosificacin
resolviendo la
ecuacin para Q se tiene:
b) Inyeccin a caudal constante. En los aforos qumicos o
radioactivos se
aade de forma continua y constante una concentracin conocida
(C1) de una
sustancia qumica o radioactiva a la corriente cuyo caudal (Q)
desea
determinarse.
FIGURA Inyeccin a caudal constante.
Por la estequiometria de las reacciones qumicas, cuando un
caudal constante (q)
de una solucin salina es descargado dentro del caudal (Q),
conteniendo las
mismas constituyentes a la concentracin (C2), la mezcla
resultante de caudales
(Q + q) alcanzar una concentracin (C) proporcional a las
concentraciones
iniciales (C1 y C2) de los caudales antes del mezclado, como lo
indica la siguiente
expresin:
http://4.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZs4tbqNI/AAAAAAAAAi4/6_NyFVXRFZs/s1600/312.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZsLbaWxI/AAAAAAAAAi0/zwfz_jcCQuw/s1600/311.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZs4tbqNI/AAAAAAAAAi4/6_NyFVXRFZs/s1600/312.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZsLbaWxI/AAAAAAAAAi0/zwfz_jcCQuw/s1600/311.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZs4tbqNI/AAAAAAAAAi4/6_NyFVXRFZs/s1600/312.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZsLbaWxI/AAAAAAAAAi0/zwfz_jcCQuw/s1600/311.jpg
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Dnde:
Q = Caudal de la corriente aforada en l/s o en m/s.
q = Caudal del trazador o de la solucin salina aplicada, en l/s
o en m/s.
C1 = Concentracin del trazador o de la sustancia qumica en la
solucin.
C2 = Concentracin del trazador o de la sustancia qumica antes de
la aplicacin.
C = Concentracin del trazador o de la sustancia qumica despus de
la
aplicacin.
Para el aforo qumico se emplea generalmente la sal de cocina (Na
Cl), la cual,
por conveniencia, se disuelve a razn de 260 g/l de agua antes de
introducirla en
la corriente. La solucin salina eleva la conductividad elctrica
del agua, la cual
puede ser determinada por el puente Wheatstone.
FIGURA Aforo qumico de una corriente y toma de muestras.
Para aplicar el mtodo se necesita conocer la conductividad
elctrica en tres
muestras de agua, la primera muestra (C1) es tomada de la
solucin salina, la
http://3.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZx6KaPOI/AAAAAAAAAjA/XI3dbnGr8dI/s1600/314.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZt98JP1I/AAAAAAAAAi8/slbNf1eR-dY/s1600/313.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZx6KaPOI/AAAAAAAAAjA/XI3dbnGr8dI/s1600/314.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZt98JP1I/AAAAAAAAAi8/slbNf1eR-dY/s1600/313.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZx6KaPOI/AAAAAAAAAjA/XI3dbnGr8dI/s1600/314.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_HekslsvCSpc/TVMZt98JP1I/AAAAAAAAAi8/slbNf1eR-dY/s1600/313.jpg
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segunda muestra (C2) se toma aguas arriba, poco antes del punto
de aplicacin;
y la tercera muestra (C) es colectada a una distancia aguas
abajo del punto de
inyeccin, donde se asegure el completo mezclado de la sal con el
agua de la
corriente.
Un caudal constante (q) de solucin salina se puede aplicar
utilizando una botella
Mariotte construida con un garrafn, un tapn bihoradado y dos
tubos de vidrio,
como se muestra en la Figura.
En una botella Mariotte el volumen de agua desalojado es
restituido por la entrada
de aire atmosfrica, de tal forma que la presin interna se
mantiene constante con
respecto al nivel indicado por el extremo sumergido del tubo
abierto a la
atmsfera.
Cuando se utiliza la solucin salina para medir la velocidad de
la corriente, solo se
inyecta una porcin de la misma. El tiempo de desplazamiento del
prisma de agua
que contiene la solucin, es detectado en dos puntos de control
mediante
electrodos en contacto con la corriente, conectados a un
ampermetro o
registrador. A partir de las seales de este ltimo, se calcula la
velocidad del
caudal, dividiendo la distancia entre los puntos de control, por
el tiempo de
desplazamiento.Es importante anotar que para aplicar este mtodo
se supone que el flujo es
permanente. Los trazadores deben tener las siguientes
propiedades:
No deben ser absorbidos por los sedimentos o vegetacin, ni deben
reaccionar
qumicamente.
No deben ser txicos.
Se deben detectar fcilmente en pequeas concentraciones.
No deben ser costosos.
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CONCLUSIONES
Otras razones para no usar el correntmetro son cuando existe una
excesiva
velocidad del agua, presencia de muchos cuerpos extraos, cuando
peligra el
operador, o corre riesgo de dao el correntmetro.
Para usar el mtodo de los flotadores necesitamos que la zona
donde vamos a
medir sea recta para poder calcular las reas de manera ms
exacta, as tambin
recomendamos la mayor cantidad de flotadores para tener una
mayor proporcin
de datos.
BIBLIOGRAFIA
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165.pdf
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Ingenie/Vera_H_L/Cap3.pdf
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes
/aforodecorrientes.html
http://www.cuevadelcivil.com/2011/02/metodos-de-aforo-directo.html
http://www.cvc.gov.co/web_cvc/Mosaic/dpdf2/volumen13/1-MPpag1-165.pdfhttp://www.cvc.gov.co/web_cvc/Mosaic/dpdf2/volumen13/1-MPpag1-165.pdfhttp://www.cvc.gov.co/web_cvc/Mosaic/dpdf2/volumen13/1-MPpag1-165.pdfhttp://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Ingenie/Vera_H_L/Cap3.pdfhttp://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Ingenie/Vera_H_L/Cap3.pdfhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://www.cuevadelcivil.com/2011/02/metodos-de-aforo-directo.htmlhttp://www.cuevadelcivil.com/2011/02/metodos-de-aforo-directo.htmlhttp://www.cuevadelcivil.com/2011/02/metodos-de-aforo-directo.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Ingenie/Vera_H_L/Cap3.pdfhttp://www.cvc.gov.co/web_cvc/Mosaic/dpdf2/volumen13/1-MPpag1-165.pdfhttp://www.cvc.gov.co/web_cvc/Mosaic/dpdf2/volumen13/1-MPpag1-165.pdf
