LABORATORIO DE HIDRAULICA AFORO DE CAUDAL VOLUMETRICO Y GRAVIMETRICO INTERGRANTES ROY FERNANDEZ ASNAYDER PALACIO NANDO MUÑOZ PROFESOR FEDERICO RIZZO PARRA MATERIA HIDRAULICA SEMESTRE VI FECHA 11 AGOSTO UNIVERSIDAD DE LA COSTA CUC PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL 2014
LABORATORIO DE AFORO DE CAUDAL INTRODUCCION El aforo de ríos, canales y tuberías son elementos de medición que permite saber el grado de aprovechamiento de los recursos hidráulicos. Además de la calidad de las aguas que se conducen, hay que saber también la cantidad y el comportamiento que presenta en diferentes estadios a lo largo del tiempo. El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección es de gran importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, se pueden hacer de manera continua o puntual o instantánea. PALABRAS CLAVE: Aforo, Caudal, Sección transversal, Corrientes, Tipos de aforo. 1. OBJETIVOS a. Conocer los métodos de aforos más utilizados dentro del laboratorio de hidráulica. b. Comparar los datos experimentales con los técnicos y determinar las causas de las posibles diferencias. 2. MARCO TEORICO Métodos de aforo de corrientes naturales de agua más utilizados. 2.1 AFORO VOLUMÉTRICO: Se aplica generalmente en los laboratorios de hidráulica, ya que solo es funcional para pequeños caudales; sin embargo se pueden implementar también en pequeñas corrientes naturales de agua como se muestra en la figura 1.
Figura 1 Instalación para un aforo Volumétrico con vertedero El aforo volumétrico consiste en medir el tiempo que gasta el agua en llenar un recipiente de volumen conocido para lo cual, el caudal es fácilmente calculable con la siguiente ecuación Q = v/t. 2.2 AFORO CON VERTEDEROS Y CANALETAS: Se utilizan principalmente en la medición de caudales en pequeñas corrientes, en canales artificiales y de laboratorio; su uso en corrientes naturales es muy restringido. Un funcionamiento típico de un vertedero para aforar corrientes naturales se muestra en la Figura 2. Figura 2 Secciones de control artificiales para aforar corrientes naturales. 2.3 AFORO CON TUBO DE PITOT: Su mayor aplicación se encuentra en la medición de velocidades en flujo a presión, es decir, flujos en tuberías. Sin embargo, también se utiliza en la medición de velocidades en canales de laboratorio y en pequeñas corrientes naturales. Es tubo de pitot permite medir la velocidad de la corriente a diferentes profundidades, por lo cual se puede conocer la velocidad media en la sección, que multiplicada por el área de ésta, produce el
caudal de la corriente. 2.4 AFORO CON TRAZADORES FLUORESCENTES O COLORANTES: El empleo de colorantes para medir la velocidad del flujo en corrientes de agua es uno de los métodos más sencillos y de mayor éxito. Una vez elegida la sección de aforo, en la que el flujo es prácticamente constante y uniforme se agrega el colorante en el extremo de aguas arriba y se mide el tiempo de llegada al extremo de aguas abajo. Conocida la distancia entre los dos extremos de control, se puede dividir esta por el tiempo de viaje del colorante, obteniéndose así la velocidad superficial o sub superficial de la corriente liquida. La velocidad media de flujo se obtendrá dividiendo la distancia entre los dos extremos o puntos de control, por el tiempo medio de viaje. 2.5 AFOROS CON TRAZADORES QUÍMICOS Y RADIOACTIVOS: Es un método muy adecuado para corrientes turbulentas como las de montañas. Estos trazadores se utilizan de dos maneras: como aforadores químicos, esto es, para determinar el caudal total de una corriente y como medidores de velocidad de flujo. 2.6 AFORO CON FLOTADORES: Son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad media de la sección para ser multiplicada por el área, y conocer el caudal, según la ecuación de continuidad. Q = velocidad * área. 2.7 AFORO CON MOLINETE O CORRENTÓMETRO: El principio de la medición de velocidad con molinete es el siguiente: Supóngase un molinete puesto en un punto de una corriente que tiene una velocidad V. La longitud S, es el recorrido de una partícula fluida moviéndose a lo largo del contorno completo de la línea que determina una vuelta de la hélice. La situación es análoga al suponer quieta el agua y el molinete desplazándose a través de ésta con velocidad V. Para un desplazamiento S, la hélice también dará una vuelta. Para un movimiento uniforme, V=S/t. El espacio, S, recorrido por la hélice, o por la partícula líquida a través de ésta, se representa por el número de rotaciones N, que da el molinete en t segundos. Luego V=N/t. Como existen fricciones en las partes mecánicas del aparato, es necesario introducir un coeficiente de corrección, b. Entonces V=b*(N/t), haciendo n= N/t, la frecuencia de giro, se tiene: V=b*n Con la sensibilidad del aparato se hace sentir a partir de determinada velocidad mínima, a, que en general, es del orden de 1 cm/s, por debajo de la cual el aparato no se mueve, la ecuación del aparato se transforma en: V= a+ b*n Ecuación que corresponde a una línea recta. Los aparatos vienen con su
respectiva ecuación de calibración, dependiendo del tipo de molinete y de la casa productora, o tabuladas las velocidades en función del número de revoluciones por minuto. 2.8 AFORO GRAVIMETRICO: Se sigue un procedimiento similar al volumétrico, pero el volumen colectado de agua en el intervalo de tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso (W) de agua se transforma a volumen, dividiéndolo entre el peso específico γ del fluido a temperatura de prueba. El recipiente vacío debe ser previamente destarado y, una vez lleno, debe pesarse en la misma balanza. 3. PROCEDIMIENTO METODO GRAVIMENTRICO Y VOLUMETRICO 3.1 METODO GRAVIMETRICO Tómese un recipiente de un cierto volumen con un peso conocido. Hágase pasar el caudal por el recipiente. Tómese el tiempo de llenado. Obténgase el peso del recipiente con el fluido. Mídase la temperatura del fluido. Obtenga el peso específico del fluido, en una tabla en función de la temperatura. Calcúlese el caudal. 3.2 METODO VOLUMETRICO Tómese un recipiente de volumen conocido. Colóquese dicho recipiente sobre la trayectoria del flujo a medir. Tómese el tiempo de llenado del recipiente. Repítase el procedimiento varias veces. 4. CALCULOS 6. CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES Se pudo estimar con éxito el caudal circundante en el cauce. Se pudieron comprender adecuadamente los datos medidos por el molinete y relacionamos las lecturas logradas por medio de la metodología Se pudo concluir que el caudal es igual al la velocidad por unidad de área y también es igual al volumen sobre tiempo. 7. BIBLIOGRAFIA [1] Aforo: http://proyectolaboratorio.wikispaces.co [2] Aforo de Caudal. : http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3623/1/tema2rua.pdf