• Author / Uploaded
• saintcali123

Citation preview

AFORO DE CORRIENTES INFORME Nº2 1) INTRODUCCION.La medición de los gastos con una adecuada precisión tiene una gran importancia desde el punto de vista técnico y económico. La necesidad de conocer el gasto que circula por una conducción libre ha ocasionado la creación y desarrollo de una buena cantidad de métodos para ese fin. Algunos de ellos requieren de obras especiales, otros se basan en el uso de aparatos con alta tecnología y también se cuenta con un grupo que son muy simples y sencillos.

Una clasificación de los métodos de aforo es aquella que los divide en : métodos directos y métodos indirectos. Los métodos indirectos o de 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 a circulado por la sección en estudio. Para la determinación de la velocidad se puede utilizar: molinetes, flotadores, tubos de Pitot, productos químicos, radiactivos, etc. Los métodos directos son aquellos que se utilizan un instrumento u obra calibrada, para con el auxilio de ella determinar de forma inmediata el gasto que circula. Las variantes de ese método son : el volumétrico, el gravimétrico, las canaletas calibradas, los vertedores, las obras hidrométricas , las obras reguladoras, la sección de control, etc. En la presente práctica se realiza, el estudio del método, área de velocidad, con la utilización de un micromolinete como instrumento para la medición de la velocidad.

2) OBJETIVOS.Los objetivos de la práctica son: 

Ejercer al estudiante en la utilización del molinete hidráulico como medio de medición de velocidades.



Estudiar la distribución de velocidades que se producen en la sección transversal de un canal.



Calcular el gasto que circula por un canal utilizando el método, área-velocidad.

3) IDENTIFICACION DE VARIABLES.α= Coeficiente de energía. β= Coeficiente de momentum. C o µ= Coeficiente de gasto.

4) MARCO TEORICO.Para El cálculo del gasto por el método de área velocidad, es necesario conocer la distribución de las velocidades en la sección transversal que sirve de sección de aforo.

La distribución de velocidades en un canal no es uniforme, debido principalmente a los siguientes factores:    

Rugosidad del fondo y las paredes. forma del canal. Presencia de una superficie libre. Curvaturas.

En la distribución de velocidades en un canal de sección transversal rectangular . En la misma se observa que la velocidad máxima se encuentra ubicada ligeramente por debajo de la superficie lebre y sobre la vertical ubicda al centro del canal . Para canales de sección no prismática (Cauces naturales), la velocidad máxima no siempre queda localizada en la parte central, con frecuencia se encuentra sobre la vertical de mayor profundidad.

Otro aspecto la velocidad mínima se localiza en la proximidad de las paredes y que la distribución de las velocidades aumenta su curvatura a medida que se va acercando a la pared . Esto se debe al efecto de la rugosidad y de la superficie libre. En las horizontales se observa que la mayor curvatura se tiene en la proximidad de la superficie libre, debido a que a medida que los puntos están mas distantes de las paredes, el efecto de la rugosidad es menor, dando así una mayor variación en la velocidad. Determinación de la situación de la sección de aforo: En el laboratorio se haran las determinaciones del gasto por en método area velocidad en el canal Rehbock que tiene una sección transversal muy bien definida. El método estudiado tiene una gran utilización en la madición del gasto en conducciones naturales, en las cuales las secciones transversales son muy irregulares. Para medir correctamente el gasto, es necesario elegir una sección de aforo a travez del rio, de tal modo que el plaano en que ella se encuentre sea normal a la dirección de la corriente. En general, la sección de aforo puede situarse aproximadamente, perpendicular a la dirección media de la corriente superficial.

Verticales de velocidad en la sección de aforo: Cuando se teterminan los gastos con el molinete se deben medir las velocidades de la corriente en diferentes puntos de la sección de aforo. Esto se logra midiendo las velocidades en diferentes puntos de las verticales de velocidad. Estas verticales se sitúan en determinados puntos de la sección deacuerdo con las siguientes normas

Ancho del rio

Número de verticales

Hasta de 550 m.

5

50-100 m.

5-7

100-200 m.

7-9

2000-500 m.

9-13

Las velocidades en las verticales se pueden determinar con: Método detallado: se medirán las velocidades en 5 puntos:

 

En la superficie A las profundidades 0,2; 0.6; 0.8 y donde y es la profundidad de la vertical medida desde la superficie cerca del fondo.

Para determinar la velocidad superficial es necesario que las hélices de del molinete estén introducidas completamente dentro del agua, y para medir la velocidad cerca del fondo se debe colocar el molinete lo mas profundo posible.

Método reducido: por ser la profundidad del rio pequeña o por ser la variación de los niveles considerables se toma este método. La velocidad se mide en una de las siguientes variantes:   

Un punto de la vertical En dos puntos de la vertical ( 0.2 y 0.8 ) En tres puntos de la vertical (0.2 ; 0.6 y 0.8)

La variante a medir en dos puntos da resultados satisfactorios, es el método mas empleado. Método de integración: en este metodo el molinete no se fija a ningun punto, sino se sumerge y se sube lentamente y de un modo uniforme a lo largo de una vertical, desde la superficie hasta el fondo y de nuevo se trae el molinete a la superficie.

Cálculo del gasto por el método gráfico analítico:

Se deben seguir los siguientes pasos:

1. Calcular las velocidades medidas en cada una de las verticalespor una de estas fórmulas. Vmed. = ( Vsup. + 3 V0.2h + 3 V0.6h + 2 V0.8h + Vfondo ) / 10

Vmed. = ( V0.2h + 2 V0.6h + V0.8h ) / 4 Vmed. = ( V0.2h + V0.8h ) / 2

Vmed. = V0.6h

(7.1)

(7.2)

(7.3)

(7.4)

2. Después de determinar las velocidades medias en cada una de las verticales, se dibuja papel milimetrado la sección transversal de aforo. 3. Se unen los valores de la velocidad media con una curva suave , y se supone que la velocidad en los extremos. 4. Se multiplica la velocidad media en cada vertical por la profundidad del agua correspondiente a esa vertical, y se obtiene el gasto elemental en la vertical dada, en m2 / s. Estos valores se plotean por encima de la línea del nivel del agua con lo cual se obtiene la curva de los gastos elementales fig. 7.3. 5. Se mide el arca limitada por la curva de los gastos elementales en la línea del nivel del agua, la cual representa la magnitud del gasto que pasa por la sección de aforo.

5) MATERIALES.-

Canal Rehbock. Tanque de aforo. Flexómetro. Vertedor. Molinete hidraulico.

6) CALCULOS.Caudal 1:

1 2 3 4 5 PROMEDIO

h= 31cm= 0,31m b=0,6m ;

0,17m/s 0,16 0,19 0,17 0,18 0,174

0,18m/s 0,14 0,17 0,18 0,15 0,164

0,2*h 0,16m/s 0,16 0,21 0,19 0,2 0,184

VPROMEDIO (0,2)= 0,1744 m/s

0,6*h

A=0,6m*0,31m= 0,186 m

0,17m/s 0,15 0,2 0,17 0,13 0,164

0,16m/s 0,17 0,21 0,19 0,2 0,186

1 2 3 4 5 PROMEDIO

0,18 0,11 0,12 0,13 0,17 0,142

0,17 0,1 0,14 0,11 0,18 0,14

0,15 0,11 0,13 0,12 0,16 0,134

0,16 0,1 0,12 0,14 0,18 0,14

0,15 0,11 0,11 0,13 0,16 0,132

VPROMEDIO (0,6)= 0,1376 m/s 0,8*h 1 2 3 4 5 PROMEDIO

0,16 0,17 0,13 0,17 0,14 0,154

0,15 0,14 0,12 0,13 0,13 0,134

0,14 0,16 0,15 0,15 0,14 0,148

0,15 0,15 0,13 0,14 0,13 0,14

0,14 0,14 0,14 0,13 0,15 0,14

VPROMEDIO (0,8)= 0,1432 m/s Vmed. = ( V0.2h + 2 V0.6h + V0.8h ) / 4 Vmed.= (0,1744*0,2*0,31+2*0,1376*0,6*0,31+0,1432*0,8*0,31) / 4 Vmed1= 0,02437 m/s Vmed. = ( V0.2h + V0.8h ) / 2 Vmed.= (0,1744*0,2*0,31+0,1432*0,8*0,31) / 2 Vmed2= 0,0231632 m/s Vmed. = V0.6h Vmed= 0,1376*0,6*0,31 Vmed3= 0,0255936 m/s Vtotal med= Vmed1+ Vmed2+ Vmed3 /3 Vtotal med= 0,0243756 m/s Q= V*A QTOTAL= Qseccion1+Qseccion2+Qseccion3+Qseccion4+Qseccion5 Qseccion1= 0,02449 m/s * 0,186 m2= 4,5514*10-3 m3/s Qseccion2= 0,0217 m/s * 0,186 m2= 4,0362*10-3 m3/s Qseccion3=0,024056 m/s * 0,186 m2= 4,4744*10-3 m3/s

Qseccion4=0,022444 m/s * 0,186 m2= 4,1745*10-3 m3/s Qseccion5=0,023126m/s * 0,186 m2= 4,30143*10-3 m3/s QTOTAL= Qseccion1+Qseccion2+Qseccion3+Qseccion4+Qseccion5 QTOTAL=4,5514*10-3+4,0362*10-3+4,4744*10-3+4,1745*10-3+4,30143*10-3

QTOTAL= 0,02153793 m3/s Caudal 2:

h= 28cm= 0,28m b=0,6m ;

1 2 3 4 5 PROMEDIO

0,2*h 0,13 0,23 0,2 0,23 0,21 0,2

0,18 0,18 0,21 0,22 0,21 0,2

0,11 0,19 0,19 0,2 0,24 0,186

A=0,6m*0,28m= 0,168 m

0,14 0,21 0,21 0,21 0,22 0,198

0,16 0,19 0,22 0,23 0,19 0,198

VPROMEDIO (0,2)= 0,1964 m/s

0,6*h 1 2 3 4 5 PROMEDIO

0,19 0,19 0,21 0,15 0,15 0,178

0,18 0,15 0,19 0,19 0,16 0,174

0,17 0,2 0,17 0,17 0,15 0,172

0,19 0,18 0,19 0,18 0,17 0,182

0,17 0,2 0,18 0,19 0,16 0,18

0,22 0,23 0,22 0,22 0,21 0,22

0,21 0,21 0,23 0,23 0,17 0,21

VPROMEDIO (0,6)= 0,1772 m/s

0,8*h 1 2 3 4 5 PROMEDIO

0,22 0,23 0,25 0,21 0,22 0,226

0,21 0,25 0,24 0,23 0,2 0,226

0,23 0,22 0,26 0,25 0,2 0,232

VPROMEDIO (0,8)= 0,2228 m/s Vmed. = ( V0.2h + 2 V0.6h + V0.8h ) / 4 Vmed.= (0,1964*0,2*0,28+2*0,1772*0,6*0,28+0,2228*0,8*0,28) / 4 Vmed1= 0,0301112 m/s Vmed. = ( V0.2h + V0.8h ) / 2 Vmed.= (0,1964*0,2*0,28+0,2228*0,8*0,28) / 2 Vmed2= 0,0304528 m/s Vmed. = V0.6h Vmed= 0,1772*0,6*0,28 Vmed3= 0,0298569 m/s Vtotal med= Vmed1+ Vmed2+ Vmed3 /3 Vtotal med= 0,0301403 m/s Q= V*A QTOTAL= Qseccion1+Qseccion2+Qseccion3+Qseccion4+Qseccion5 Qseccion1= 0,030912 m/s * 0,168 m2= 5,19321*10-3 m3/s Qseccion2= 0,03052 m/s * 0,168 m2= 5,1273*10-3 m3/s Qseccion3=0,031584 m/s * 0,168 m2= 5,3061*10-3 m3/s Qseccion4=0,030184 m/s * 0,168 m2= 5,0709*10-3 m3/s Qseccion5=0,029064m/s * 0,168 m2= 4,8827*10-3 m3/s QTOTAL= Qseccion1+Qseccion2+Qseccion3+Qseccion4+Qseccion5 QTOTAL=5,19321*10-3+5,1273*10-3+5,3061*10-3+5,0709*10-3+4,8827*10-3

QTOTAL= 0,02558021 m3/s Coeficiente de energia y Coeficiente de momentum: 𝜶=

𝜮𝑽𝒊𝟑 ∗𝑨𝒊 = 𝑽𝟑 ∗𝑨𝒕

0,8753

Coeficiente de gasto:

𝜷=

𝜮𝑽𝒊𝟐 ∗𝑨𝒊 = 𝑽𝟐∗𝑨𝒕

1,1085

𝐶=

𝑄 𝐿∗

Cexp.

Cteorico

0,95

10≤ C ≤ 0,67

3 𝐻2

= 0,95

Bibliografia UNIVERSIDAD DEL CAUCA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA pag(II.17)

7) ANALISIS DE RESULTADOS.A continuación expresamos los resultados y algunas observaciones de los mismos: Los tirantes para ambos caudales tuvieron una variación hasta de 3 centímetros con la media de los mismos. En la determinación de los coeficientes de energía y momentum en laboratorio fueron satisfactorios, dado a que los valores encontrados para estos coeficientes están en los rangos permitidos. Por otra parte el resultado del coeficiente de gasto experimental comparando con diferentes autores este da un valor elevado lo q da a indicar que estaría en coeficiente de descarga de pared gruesa, de otra forma el resultado tendría error por los valores medidos.

8) RELACIONES DE VARIABLES DE ESTUDIO.𝜶=

𝜮𝑽𝒊𝟑 ∗𝑨𝒊 𝑽𝟑 ∗𝑨𝒕

Como podemos observar el coeficiente de energía depende directamente de la velocidad y sección del canal, podemos suponer que este coeficiente podría variar por el material del canal (rugosidad) ya que este impediria la facilidad del flujo en sus paredes laterales disminuyendo la velocidad del flujo. 𝜷=

𝜮𝑽𝒊𝟐 ∗ 𝑨𝒊 𝑽𝟐 ∗ 𝑨𝒕

De misma manera el coeficiente de momentum dependiendo de la velocidad del flujo y sección tranversal del canal, la diferencia con el coeficiente de energía es el valor elevado por que después sus variables son las mismas, el valor de los coeficientes también podrían variar por el flujo si no seria constante es decir que el caudal no sea permanente, o por irregularidades en el canal. 𝑪=

𝑸 𝟑

𝑳 ∗ 𝑯𝟐

Por otra parte el coeficiente de gasto depende del ancho del canal, de la diferencia de carga de la superficie del agua sobre el vertedor que la lectura inicial y final del flujo, y el caudal que tiene q ser de flujo permanente. A mayor ancho del canal o mayor diferencia de carga el coeficiente de gasto es menor, y a menor ancho del canal o menor diferencia de carga mayor el coeficiente de gasto.

9) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.CON LA PRÁCTICA REALIZADA PUDIMOS LLEGAR A NUESTROS OBJETIVOS TRAZADOS. PUDIMOS APRENDER A HACER USO DEL MOLINETE HIDRÁULICO CON QUE CUENTA NUESTRO LABORATORIO, MIDIENDO CON EL LAS VELOCIDADES MEDIAS DE LA CORRIENTE PRODUCIDA. PUDIMOS CONSTATAR QUE LAS VELOCIDADES NO SON IGUALES EN TODOS LOS PUNTOS DE LA CORRIENTE DE AGUA, VARÍAN TRANSVERSALMENTE . UTILIZANDO EL MÉTODO ÁREA VELOCIDAD CALCULAMOS EL GASTO PRODUCIDO POR EL FLUJO. LA MEDICIÓN DE LOS GASTOS CON UNA ADECUADA PRECISIÓN TIENE UNA GRAN IMPORTANCIA DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉCNICO Y ECONÓMICO.

10) BIBLIOGRAFIA.-Manual de prácticas de laboratorio - Mecanica de los Fluidos- STREETER - Hidraulica de canales abiertos- Ven te Chow - Hidraulica General Vol 1- G. Sotelo - Libro: UNIVERSIDAD DEL CAUCA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA