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• Josue Aucachi Fernandez

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AFORO DE CORRIENTES

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AFORO DE CORRIENTES 1. OBJETIVOS PRINCIPALES  Por el método de área – velocidad calcular el caudal que circula a través del río.  Estudiar la distribución de velocidades que se producen en la sección transversal de un río

2. OBJETIVOS SECUNDARIOS  Dibujar la sección transversal con su distribución de velocidades respectiva.

 Manejar el molinete hidráulico a la perfección.  Aplicar lo estudiado en la utilización del molinete hidráulico como medio de medición de velocidades.

3. FUNDAMENTO TEORICO 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. LAB. DE HIDRAULICA II

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 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 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 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.

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Luego de largos estudios se ha llegado a las siguientes conclusiones con respecto a la distribución de velocidades:

 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.  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%.

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

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Un molinete debe cumplir las siguientes características:  Tener pequeño tamaño.  Producir un mínimo de corrientes parásitas.  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

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4. RESUMEN DE LA PRÁCTICA 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.

Los pasos para la realización del experimente son los siguientes:  Medir el ancho de la sección del rió aforar, colocar un hilo perpendicular al rió con marcas cada metro para poder medir con el molinete.  Medir los tirantes de circulación cada 0.5 m de distancia.  Dejar que el caudal circule libremente.  Anotar las diferentes profundidades del rió y las alturas en las que se mide lo velocidad con el molinete hidráulico. El procesamiento de los datos debe seguir el orden que se indica a continuación: 1.- Calcular velocidad media en cada una de las verticales. 2.- Determinar el gasto elemental, que circula, en cada una de las verticales. 3.- Plotear los valores de q para cada vertical en el eje de las ordenadas y los valores de las distancias de la pared a cada vertical en las abcisas y proceder a determinar el área bajo la curva. Este valor de área corresponde con el gasto de circulación en la sección de aforo.

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5. ANALISIS DE RESULTADOS * Una vez concluida la experiencia y de realizar los cálculos correspondientes, obteniendo los valores 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 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.

6. CONCLUSIONES  Hemos ejercitado la utilización del molinete hidráulico como medio de medición de velocidades.  Se realizo el estudio de la distribución de velocidades que se producen en la sección transversal irregular (de un río )  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.

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7. BIBLIOGRAFIA  Hidráulica de Canales Abiertos - Ven Te Chow

 Guía Nº 7 del Manual de Laboratorio de Hidráulica II, Aforo de Corrientes. Método Área-Velocidad.  www.google.com.bo  www.monografias.com  www.senamhi.gov.bo/hidrologia/deaforo

8. APENDICE TABLAS DE DATOS

TABLA DE OBSERVACIONES LAB. DE HIDRAULICA II

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2

3

4

Distancia de extremo

0,75

1,5

2,25

3

Ancho verticales

0,75

0,75

0,75

0,75

Nº Vertical

Vertical

Velocidad Molinete m/s

Velocidad Media

1

2

3

4

1

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

2

0,46

0,39

0,29

0,28

0,36

3

0,92

0,97

0,76

1,01

0,92

4

0,16

0,13

0,19

0,1

0,15

9. APENDICE TABLAS DE RESULTADOS

TABLA DE RESULTADOS Vertical

Area

Velocidad Media

DQ=V*DA

V3*DA

1

0,0571

0,01

0,000571

0,00000

2

0,1799

0,36

0,063865

8,05E-03

3

0,1429

0,92

0,130754

0,10947

4

0,0660

0,15

0,009570

0,00020

Total

0,4459

0,204759

0,11772

Velocidad promedio de toda la Sección transversal

0,35625

Coeficiente de Coriolis para la sección del rio

5,83912

10. APENDICE FIGURAS Y GRAFICAS LAB. DE HIDRAULICA II

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Ubicación del material necesario para la evaluación de la práctica

Distancia entre verticales o tirantes

Molinete ejecutando su función

Contador

11. APENDICE CALCULOS TIPICOS LAB. DE HIDRAULICA II

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Velocidad Promedio 𝑉̅ =

𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + 𝑉4 0.01 + 0.01 + 0.01 + 0.01 𝑚 = = 0.01 [ ] 4 4 𝑠

Calculo De Áreas Este paso se lo realizo utilizando el programa Autocad, para lograr un resultado de mayor precisión y más aceptable que de un modo manual.

Estimación de Caudales 𝑚3 ∆𝑄 = 𝑉 ∗ ∆𝐴 = 0.01 ∗ 0.0571 = 0.000571 [ ] 𝑠

Calculo del Coeficiente de Coriolis ∑ 𝑉𝑖 3 ∗ ∆𝐴 0.11772 𝛼= = = 5.8391 3 ̅ 0.35623 ∗ 0.4462 𝑉 ∗𝐴

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