FACULTAD DE AGRONOMIA UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA. Lisette Bentancor.

Transcripción

1 FACULTAD DE AGRONOMIA UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Lisette Bentancor

2 BIBLIOGRAFIA ADDISON, H. "Tratado de Hidráulica Aplicada". Ed. Gili. BLAIR, E. "Manual de Riegos y Avenamiento." IICA. CONTI, M. "Hidráulica Agrícola. Riegos y Desagües". DURAN, P. y GARCIA PETILLO, M "Medición de agua de riego: Evaluación de dos aforadores de precisión y mínima pérdida de carga". Boletín de Investigación Nº 32, Facultad de Agronomía. 16p. HYDRAULICS. Soil Conservation Service. ISRAELSEN. "Principios y Aplicaciones de Riego." KING, H.W. "Handbook of Hydraulics". Ed. McGraw-Hill. RAGGIO, J.L. "Hidráulica Agrícola."

3 Conceptos y Definiciones La Hidrometría se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería en la unidad de tiempo. Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometría a nivel de fuente natural) Conocer el grado de eficiencia de la distribución (hidrometría de operación)

4 Corrientes superficiales Pozos Control de sistemas de distribución por canales. Localización de pérdidas Distribución por ramales Aforo de toma-granja Partidores de caudal. Manejo eficiente del agua en general.

5 METODOS DE AFORO 1. Área velocidad (Se mide V) Aforo de cañerías en pozos de agua. Aforo utilizando estructuras aforadoras: Orificios Vertederos Venturi Parshall Aforadores de flujo crítico 2. Descarga directa.(se mide Q) Contadores Método volumétrico

6 Aforo por sección y velocidad Q = SV

7 Aforo de cañerías por escuadra Q = SV v = ( 2 g x X ) ( 2 xy ) S =πx2φ 2 4

8 Aforo de cañerías Q = SV S 2 = π x 2φ 4 v = 2 x g x H

9 Aforo de cañerías Para caño parcialmente lleno: Factor de corrección para caños parcialmente llenos d/d Factor de corrección d/d Factor de corrección ,

10 ORIFICIOS Q = SV V = 2gh Q = S 2gh Gasto Teórico V: velocidad (m/s) g: aceleración de la gravedad (9.81 m/seg 2 ) h: altura de agua (m) S : sección del orificio Q Real < Q Teórico Q real ms 2gh = m = CC x CV CC: Coef contracción CV: Coef. velocidad

11 La sección de la vena líquida es menor a la sección del orificio a b ab = 1.5 ab = 1.5 altura Sección real contraída CC (Coef contracción) = Sección vena Sección orificio Depende: - Espesor y naturaleza de paredes - Forma del orificio PARED DELGADA CC = 0,65

12 b a Sección real contraída La velocidad real es menor a la calculada - Por rozamiento - Por aumento de presión en el interior de la vena. CV(Coef. Velocidad) = V REAL 0,96-0,99 V TEORICA Coeficiente de gasto m = CC x CV Q real = ms 2gh

13 Valores de coeficiente m para contracción completa TIPOS DE ORIFICIOS CARACTERISTICAS COEFICIENTE "M" PARED DELGADA PARED GRUESA PARED MUY GRUESA ESP.<1/2 DIMENSION MENOR ESP.<3 VECES DIMENSION MENOR ESP.>3 VECES DIMENSION MENOR MAMPOSTERÍA Y ARISTAS REDONDEADAS COMPUERTAS DE MADERA ARISTAS VIVAS ARISTAS REDONDEADAS 0.70

14 CONTRACCION COMPLETA: a) bordes alejados >3 veces dim. Menor b) carga sobre el centro del orificio >1.5 alt. orificio INCOMPLETA I) no se cumple a) ó b) II) uno o más bordes forman parte de paredes o fondo P= Perímetro n= s/contracción n m 1 = m (1 + 0,155 n/p)

15 Formas de escurrimiento h b a h b a LIBRE SUMERGIDO Q = m.a.b 2gh

16 PARCIALMENTE SUMERGIDO h' h P/2 P/2 J P b a PARCIALMENTE SUMERGIDO Escurrimiento libre Escurrimiento sumergido Q = m.b.p 2g(J + P/2) + m.b(a p) 2g(J + P) h Para determinar "m" se calibra el funcionamiento del orificio para distintos caudales. m= Q real Q teorico h'

17 Orificio perfecto (Ajusta a la fórmula) Pared plana y vertical Pared delgada Contracción completa Escurrimiento libre (o sumergido) Sin velocidad de aproximación

18 Velocidad de aproximación < a 0,5 m/s NO SE TOMA EN CUENTA V = 2gh h = V 2 / 2g = CARGA ADICIONAL = K Q = m. S. 2g( h+ K)

19 Aplicaciones Aforadores Partidores Calibración de toma-granja Calibración de aspersores

20 VERTEDEROS Recurso simple y exacto para medir agua en canales o corrientes superficiales Lado Cresta o umbral Rectangular Cipolletti 90º 60º Triangular h Tiro de salida 4h h= Altura del agua desde la cresta sin efecto del tiro de salida

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22 Fórmula general de gasto Q real = mlh 2gh Contracción de fondo h 2 3 h M D 0.1 h 0.66h P N 0.66 h B O

23 Valores de Coeficiente m I) COMPLETA PARED DELGADA (ESPESOR < 0.66h) ALTURA CRESTA> 2-3 h COEFICIENTES m II) INCOMPLETA PARED DELGADA (ESPESOR< 0.66h) ALTURA CRESTA < 2-3 h m1 = c.m C = (h/h) 2 H h a) SALTO DE AGUA h e m 2 III) SIN CONTRACCION a) PARED GRUESA(ESP.>0.66h) e = 2/3 h Q m l. e. 2ge = 2 m 2 = m 2 = 0.48 m 2 = 0.37 h e h

24 CONTRACCIÓN LATERAL L l 2h L = l Sin contracción L 2 l 2h Contracción completa Vertederos libres Vertederos sumergidos h h h1 Q = m. l. h 2gh Q = m4l.h. 2g(h h1 )

25 INCLINACIÓN DE LA PARED W W Descarga menor Qt > Qr Descarga mayor Qt < Qr Coeficiente de Bazin C W W C = =

26 INCLINACIÓN CON EJE DE LA CORRIENTE 90 º 60 º Oblicuo da menor gasto Angulo 0º 15º 30 º 45 º 60 º 90 º Coeficiente

27 VERTEDEROS PERFECTOS I) CONTRACCION LATERAL Y DE FONDO COMPLETAS II) PARED DELGADA III) ESCURRIMIENTO LIBRE 1. Carga mayor 5 cm y menor 1/3 longitud de cresta 2. Altura de cresta sobre el fondo> 2-3 h (carga) 3. Distancia entre extremos de cresta y lados canal > 2h. 4. Cresta y lados con borde de cuchillo. 5. Velocidad de aproximación < 15 cm/seg. 6. Antecámara o canal recto y a nivel a distancia de 20 a 60 h. 7. Vertedero pared vertical y cresta horizontal. 8. Escurrimiento libre 9.Escala sin influencia de depresión.

28 4h 4h 2h 20-60h 3h 3h Fórmulas de gasto Rectangular 3 Q(m /s)= m. l. h 2gh m = 0,40 Q (m 3 /s) = l. h 2gh Qm 3 /s = 1,772 l h 1,5

29 Trapezoidal Cipolletti Los triángulos suplen la disminución del caudal provocada por aumento de rozamiento al aumentar la carga. h h 1 Q m3/s = 0,42 l.h 2gh Q m3/s = 1,86 l.h 1,5 h = 1,5 Q = 1.86xl Q 1.86xl 1 1.5

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31 Triangulares 90º 60º Qm 3 /s = 1,37 h 2,5 Qm 3 /s = 0,8084 h 2,5 VERTEDEROS TRIANGULARES 2h h 2h. h Area = = 2 h 2 45º Q = m. h 2gh m. h 2g 1.Para Q<30 LPS (h <22 cm) 2.Más carga para un mismo Q 3.Inconvenientes canales poca pendiente 4.Mayor exactitud 5.Depósito de arrastres 6.Fáciles de construir m = 0.31(Thompson) x 9. 8 =1 37. Q = 1.37 h 2.5

32 GASTO L.P.S Carga (cm) para distintos caudales LONGITUD DE CRESTA 0.50m 1.00m. 1.50m.. Triangulares Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. 90º 60º

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35 AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA -Las condiciones de acceso afectan en grado mínimo la relación altura gasto. -El material depositado en el acceso no modifica el funcionamiento. -Permite el aforo con pequeñas pérdidas de carga. -Actúan en mayores condiciones de sumersión. -La relación entre la altura y el caudal no puede ser expresada en forma de ecuación tan simple. Punto de medida E A B Flujo W B A C D Vista en planta

36 Punto de medida AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA E A B Flujo W B A C D Vista en planta F C L Vista

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38 Longitudes (cm) Caudal(l/s) L W A B C D E F Min. Max

39 Vista en perspectiva del aforador de orificio variable

40 Aforador de pantalla

41 Consideraciones a tener en cuenta: Pérdida de carga Sensibilidad en la medición Condiciones de instalación y Condiciones de instalación y funcionamiento

42 Pérdida de carga (cm) Triangular 60º Triangular 90º Orificio variable Cipoletti Pantalla W.S.C. Nº Caudal (l/s)

43 Sensibilidad (l/s/ unidad de lectura) 1.8 W.S.C. Nº Cipoletti Triangular 90º 0.8 Triangular 60º Pantalla Orificio variable Caudal (l/s)

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48 2. Descarga directa.(se mide Q) Contadores Método volumétrico

49 4. EJEMPLO Canal : Caudal = m 3 /s Máx. Eficiencia Hidráulica = h: 0.38 m Aforador Cipoletti a: 0.32 m B.L : 0.13 m (borde libre) h 4h 2h 20-60h 3h 3h

50 1 Con Qmin y h = 5 cm Q : 0.04m Q : 0.08m 3 3 /s /s = = 0.42 x l x x 1.92 x h 2 x 9.81x 0.05 = LLl = x h = LLLh = 0.08 L =

51 2 Con Qmax y h max m /s = 0.42 x 3h x h 2 x 9.81 x h = LLh = 0.18 m m /s = 0.42 x 0.54 x h x h L l = 0.54 h = 0.12 m 0.36 L = h h 2h 20-60h 3h L =

52 4h 3 Con Qmax y h = 12 cm 2h 20-60h 3h Q : 0.08m Q : 0.04m 3 3 /s /s = = 0.42 x l x x 1.04 x h x x h = = LLl = 1.04 m LLLh = 0.08 m L = l H Qmin Qmax

53 L = Eligiendo un aforador con l = 1.04 m No hay que levantar las paredes del canal, pues h = 0.12 m y Borde libre = 0.13 No hay que profundizar, pues 3 h= 3 x 0.12 = 0.36 < 0.38 Hay que ensanchar 22 cm para cada lado m 1.52 m

54 4 Verificar velocidad Velocidad de aproximación < 15 cm/seg. Q = SV Q : 0.08m 3 /s = (1.52x ) xv...v = m / s < 0.15m / s

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78 Ejemplo de instalación en derivación desde acequia principal a secundaria

79 Contador de lámina libre Puede utilizarse en todos los dispositivos de aforo usualmente utilizados en canales y acequias, que obtienen el caudal a partir de la medición de la carga aguas arriba: vertederos (Cippolletti, triangular, rectangular, etc.), orificios y flumes (Parshall, canal venturi, Aforador de Cresta Ancha - ACA, Washington, etc.), todos trabajando en condición de escurrimiento libre (no sumergido).

80 TRANSMISOR DE CAUDAL ULTRASÓNICO

81 CAUDALÍMETRO ELECTROMAGNÉTICO

82 GRACIAS