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INDICE

INTRODUCCION…………………………………………………..……3 CAUDAL………………………………………………………………….4 METODO VOLUMETRICO………………………………………….…6 METODO DEL FLOTADOR…………………………………………...8 METODO DEL CORRENTOMETRO…………………………….…..11 AFORO QUIMICO………………………………………………………14 Inyectar rápidamente un volumen de trazador…………..….14 Inyección a caudal constante……………………………….…15 CONCLUSIONES………………………………………………………18 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………18

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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 río, riachuelo, acequia, una canal o una tubería. La hidrometría permite medir determinar el caudal del agua que fluye sobre alguna de estas estructuras donde ejemplos aplicados a esto podrían 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 fluctúa según las épocas del año y las condiciones meteorológicas. En este trabajo de métodos de aforo para cauces abiertos, se encuentran diferentes métodos que permiten calcular el caudal. Métodos

como:

método

volumétrico,

método

del

flotador,

método

del

correntómetro, aforo químico, etc. Cada método 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, 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 x V (1) 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)

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 por la corriente. La rapidez de su rotación varía 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 revolución o a un número dado de revoluciones, abre y cierra un circuito eléctrico que comprende un receptor telefónico u otro aparato eléctrico adecuado, indicador o registrador. El aforador acústico tiene un aditamento que golpea sobre un tambor aun número dado de revoluciones, y el sonido se transmite al observador a través del tubo que sostiene

el

medidor.

Otros

aforadores

tienen

dispositivos

mecánicos

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 disposición. Los medidores sujetos a una varilla son convenientes para aforar corrientes pequeñas. 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 presión de su parte cóncava sobre la convexa, y el del tipo 3

directo o de hélice con aspas dispuestas sobre un eje horizontal que giran por la acción 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 éste, 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 hélice no tiene esta característica inconveniente a lo menos en el mismo grado que el de cazoletas. Sin embargo, es probable que cualquiera de las marcas estándares de aforadores, si se usa en forma apropiada, bajo las condiciones a las que se adaptan mejor, será satisfactoria en el aforo ordinario de corrientes. Las características que conviene reúna un aforador son: a) ser tan pequeño como sea posible; b) las corrientes parásitas producidas deben ser mínimas; c) el rozamiento de la rueda debe ser pequeño; d) no deben influir en él las corrientes verticales; y e) debe funcionar solamente bajo la acción de la componente hacia adelante de las corrientes. Ningún aforador cumple perfectamente estas condiciones. Graduado o calibrado del aforador. Se puede establecer una relación entre su número de revoluciones y la velocidad del agua moviendo el aforador en agua tranquila a velocidad conocida. A esta operación se le llama graduado del aforador o medidor. Esta graduación puede hacerse desde un bote que se mueva a una velocidad uniforme en agua tranquila, pero es mejor hacer esta labor en una estación graduadora equipada en forma apropiada. Un aforador deberá calibrarse cuando se usa por primera vez, y luego una vez al año a lo menos, y también después de cada accidente que sufra o de cualquiera alteración de sus partes que pueda cambiar su graduación.

Tipos de métodos para medir caudal son:



Método volumétrico



Método del flotador



Método del correntómetro 4



Aforo químico

METODO VOLUMETRICO Se emplea por lo general para caudales muy pequeños 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 método requiere de:



Depósito (balde o tambor) de

volumen conocido en el cual se colecta el

agua, 

Cronómetro para medir el tiempo de llenado del depósito



Repetir 2 ó 3 veces el procedimiento y promediar para asegurar mayor exactitud.

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Metodología El procedimiento de cálculo consiste en dividir el volumen de agua recogido en el depósito por el tiempo (en segundos) que demoró en llenarse. El resultado expresa el caudal medido en litros por segundo.

Figura 1. Método volumétrico

Ejemplo: Volumen del balde: 20 litros. Tiempo que demoró en llenarse: 10 seg

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SOLUCION

METODO DEL FLOTADOR

Este método relaciona el área de la sección que conduce agua y la velocidad de escurrimiento. Se utiliza en canales y acequias y da sólo una medida aproximada de los caudales, siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere mayor precisión.

La metodología es la siguiente:

a) Primer paso: Seleccionar el lugar adecuado. Se selecciona en el río o canal un tramo uniforme, sin piedras grandes, ni troncos de árboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias, ni impedimentos, que sea recto y de sección transversal uniforme, de alrededor de 3 metros de largo, donde el agua escurra libremente.

b) Segundo paso: Medición 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 cronómetro. Se medirá el tiempo de recorrido del flotador del punto A al punto B. Se recomienda realizar un mínimo de 3 mediciones y calcular el promedio. La velocidad de la corriente de agua del río se calcula con base en la siguiente: 7

c) Tercer paso: Medición del área de la sección transversal del río.

En el tramo seleccionado, ubicar la sección o el ancho del río que presente las condiciones promedio y en la que se nos facilite la medición del área transversal. Un método práctico, con aceptable aproximación para calcular el área transversal, es tomar la altura promedio. Esto consiste en dividir el ancho del río, en por lo menos, cuatro partes y medir la profundidad en cada punto para luego calcular el promedio. Así como se ve en la figura.

Una vez se ha determinado el valor promedio de la profundidad, se procede a realizar la medición del espejo de agua del canal. Éste se divide en las partes que se midieron para determinar las alturas. En este caso, de acuerdo a la figura:

Luego se calcula el área para cada tramo, usando el método del trapecio:

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Y por último se calcula el área total de la sección en estudio. d) Cuarto paso: Cálculo del Caudal del río. Con los datos obtenidos se procede a calcular el caudal del río, QR, con base en la siguiente ecuación:

Donde K es un factor de corrección relacionado con la velocidad. El valor de K se debe seleccionar de acuerdo al tipo de río 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 permitirá no sólo conocer el volumen de agua del que se dispone por unidad de tiempo, información importante a la hora de tomar decisiones sobre posibles proyectos productivos, si no, además, conocer, de manera cuantitativa, las características del líquido, antes de su uso, o su vocación 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 método la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado correntómetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Existen varios tipos de correntómetros, siendo los mas empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato. Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la formula para calcular la velocidad sabiendo él numero de vueltas o revoluciones de la hélice por segundo.

El método del correntómetro o del molinete hidráulico.

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 hélices

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 número de revoluciones por unidad de tiempo. En algunos casos el instrumento viene con una ecuación en funciona la velocidad: V= a+bN, Donde: N es el número de revoluciones. Los más actuales nos indican directamente la velocidad.

MATERIALES Y METODOS Materiales Wincha o cinta medidora Reloj o Cronómetro Botas Un objeto flotante, en este caso 3 boyas (10 cm de diámetro aprox.)

Métodos: Similar al método anterior, con la diferencia de que no se utilizarán boyas para determinar la velocidad, sino que por medio del instrumento “correntómetro” se medirá la velocidad instantáneamente en los diferentes puntos del tramo del canal en estudio.

El correntómetro se deberá sumergir aproximadamente el 60% de la profundidad del canal.

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Longitudinalmente, las medidas se realizarán tanto en el inicio, en el centro como en el final del tramo del canal en estudio. Y Transversalmente, las medidas se realizarán en el punto medio de las partes en que se ha dividido el espejo de agua del canal. Así como se ve en la figura.

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AFORO QUÍMICO O DEL TRAZADOR Esta técnica se usa en aquellas corrientes que presenten dificultades para la aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como en corrientes muy anchas o en ríos torrenciales. Los trazadores pueden ser de tres tipos: 1) Químicos: de esta clase son la sal común y el di-cromato de sodio 2) Fluorescentes: como la rodamina 3) Materiales radioactivos: los más usados son el yodo 132, bromo 82, sodio. La sal común puede detectarse con un error de 1% para concentraciones de 10 ppm (partes por millón). 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 utilización requiere personal muy especializado. El método de los trazadores puede implementarse de dos maneras: a) Inyectar rápidamente un volumen de trazador. Este método es llamado también método de integración. Supóngase que en una sección 1 de un río se adiciona un pequeño volumen de trazador V1 con una concentración alta C1. Si existe en el río una concentración, Co, el perfil de concentraciones en el rió se comporta con el tiempo así:

FIGURA Perfil de concentraciones en el rio. Por continuidad se tiene:

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Dónde: Q = Caudal de la corriente que se desea conocer C1= Concentración del trazador V1= Volumen del trazador C2= Función que define la concentración del trazador, en el punto de control en función de t. Co= Concentración encontrada en el rió antes de la dosificación resolviendo la ecuación para Q se tiene:

b) Inyección a caudal constante. En los aforos químicos o radioactivos se añade de forma continua y constante una concentración conocida (C1) de una sustancia química o radioactiva a la corriente cuyo caudal (Q) desea determinarse.

FIGURA Inyección a caudal constante. Por la estequiometria de las reacciones químicas, cuando un caudal constante (q) de una solución salina es descargado dentro del caudal (Q), conteniendo las mismas constituyentes a la concentración (C2), la mezcla resultante de caudales (Q + q) alcanzará una concentración (C) proporcional a las concentraciones iniciales (C1 y C2) de los caudales antes del mezclado, como lo indica la siguiente expresión:

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Dónde: Q = Caudal de la corriente aforada en l/s o en m³/s. q = Caudal del trazador o de la solución salina aplicada, en l/s o en m³/s. C1 = Concentración del trazador o de la sustancia química en la solución. C2 = Concentración del trazador o de la sustancia química antes de la aplicación. C = Concentración del trazador o de la sustancia química después de la aplicación. Para el aforo químico se emplea generalmente la sal de cocina (Na Cl), la cual, por conveniencia, se disuelve a razón de 260 g/l de agua antes de introducirla en la corriente. La solución salina eleva la conductividad eléctrica del agua, la cual puede ser determinada por el puente Wheatstone.

FIGURA Aforo químico de una corriente y toma de muestras.

Para aplicar el método se necesita conocer la conductividad eléctrica en tres muestras de agua, la primera muestra (C1) es tomada de la solución salina, la 15

segunda muestra (C2) se toma aguas arriba, poco antes del punto de aplicación; y la tercera muestra (C) es colectada a una distancia aguas abajo del punto de inyección, donde se asegure el completo mezclado de la sal con el agua de la corriente. Un caudal constante (q) de solución salina se puede aplicar utilizando una botella Mariotte construida con un garrafón, un tapón 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 atmosférica, de tal forma que la presión interna se mantiene constante con respecto al nivel indicado por el extremo sumergido del tubo abierto a la atmósfera. Cuando se utiliza la solución salina para medir la velocidad de la corriente, solo se inyecta una porción de la misma. El tiempo de desplazamiento del prisma de agua que contiene la solución, es detectado en dos puntos de control mediante electrodos en contacto con la corriente, conectados a un amperímetro o registrador. A partir de las señales de este último, 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 método se supone que el flujo es permanente. Los trazadores deben tener las siguientes propiedades: ·

No deben ser absorbidos por los sedimentos o vegetación, ni deben reaccionar químicamente.

·

No deben ser tóxicos.

·

Se deben detectar fácilmente en pequeñas concentraciones.

·

No deben ser costosos.

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CONCLUSIONES Otras razones para no usar el correntómetro son cuando existe una excesiva velocidad del agua, presencia de muchos cuerpos extraños, cuando peligra el operador, o corre riesgo de daño el correntómetro.

Para usar el método de los flotadores necesitamos que la zona donde vamos a medir sea recta para poder calcular las áreas de manera más exacta, así también recomendamos la mayor cantidad de flotadores para tener una mayor proporción de datos.

BIBLIOGRAFIA 

http://www.cvc.gov.co/web_cvc/Mosaic/dpdf2/volumen13/1-MPpag1165.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

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