aforo acuatico, quebrada el santuario

8/17/2019 aforo acuatico, quebrada el santuario

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AFORO EN CAUCES NATURALES

POR:

JUAN DANIEL GONZALEZ CALDERA

ASIGNATURA: HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS

PROFESOR: RAMILLO VICENTE MARBELLO PEREZ

FECHA: 18 DE ABRIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

MEDELLÍN, COLOMBIA

2016

AFORO EN CAUCES NATURALES


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Ob!"#$%&'

Analizar el comportamiento real de un de un canal irregular yerodable por medio de aforos líquidos.

• Conocer y Entender el proceso de aforo en canales naturales yaplicar la teoría de ujo uniforme en estos.

• Comparar las ecuaciones deducidas de forma analítica para ujouniforme con los datos obtenidos en el aforo líquido.

• Calcular el caudal, la rugosidad y los coecientes de distribuciónde elocidades para un canal no prism!tico y fondo "eterog#neo.

M()*% "!+)#*%'


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El ujo uniforme en un canal se da cuando la profundidad de lacorriente, el !rea mojada y el caudal en cada sección del tramo de esteson constantes, por consiguiente la elocidad media tambi#n a a serconstante y la línea de energía, la supercie del agua y el fondo delcanal son todas paralelas, Adem!s para que un ujo uniforme se

presente, se requiere que e$ista un equilibrio entre la componente delpeso del líquido, en el sentido del ujo, y la fuerza de resistencia almoimiento para que no "aiga cambio de elocidad a lo largo del canal.Esto no ocurre de forma frecuente, debido a que los canales naturalesson irregulares y se dan los procesos de erosión y sedimentación actiosque producen cambios graduales en la rugosidad del lec"o, dic"osprocesos alteran el alor del coeciente de rugosidad y modicancontinuamente la forma de la sección transersal del cauce natural. A%nen conductos prism!ticos dise&ados por el "ombre la ocurrencia de ujouniforme es relatiamente baja, debido a la e$istencia de sistemas de

control o cambios de pendiente en el terreno que no dejan que el ujosea constante, los cuales cambian el caudal de descarga o laprofundidad del ujo, distinta de la apropiada para que se produzca ujouniforme.

Cuando un canal tiene una composición "eterog#nea del material enuna misma sección transersal, por lo general ocurre en la naturaleza, larugosidad de #ste presenta tambi#n una ariación espacial en sumagnitud. 'or ello, para toda la sección transersal, se debe determinaruna rugosidad equialente de las subdiisiones y "acer un promedio queempleada con la ecuación de (anning, represente apro$imadamente el

comportamiento de cada una de las rugosidades de las diferentesporciones del lec"o con rugosidad distinta de las dem!s.

En la pr!ctica conocer el caudal y las cualidades físicas que tienegobiernan a cierto rio, arroyo, quebrada, etc. es %til para colocardispositios de control, ya sea para preenir desastres o aproec"ar losrecursos "idr!ulicos que este ofrece. Con la nalidad de llear a caboeste proceso se tienen que "acer trabajo de campo, dos aforosrelatiamente f!ciles de realizar, son el aforo con correntómetro y aforocon otadores, el primero consiste en colocar el correntómetro a cierta

profundidad, este comenzara a girar con una elocidad ) constantedado que la sumatoria de fuerza en la "#lice es igual a cero por elteorema de transporte de *eynolds y la suposición de ujo uniforme+para efectos pr!cticos cuando un canal presenta una elocidadmoderada, una pendiente suae y una sección transersal no erodable,se usa la ecuación de (anning para analizar el ujo que pasa a tra#s deeste aunque se cometa cierto grado de error, esto es an!logo a que elagua estuiera est!tica y el correntómetro se desplazar! a una

https://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(ingenier%C3%ADa)https://es.wikipedia.org/wiki/Definiciones_usuales_en_hidr%C3%A1ulica#Canalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Definiciones_usuales_en_hidr%C3%A1ulica#Canalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(ingenier%C3%ADa)


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elocidad ) a lo largo del ujo,. El segundo aforo es muc"o m!s sencillode realizar, pero tambi#n es m!s impreciso, por lo tanto su uso quedalimitado a situaciones donde no se requiera mayor precisión. Con este sepretende conocer la elocidad media de la sección para ser multiplicadapor el !rea y conocer el caudal, seg%n la ecuación de continuidad.

D!&*)#*#+- .! /( )*"#*('

A%)% &(-.% *%))!-"+3!")%'

1' -e dene una sección cómoda para trabajar que no tenga tantosobst!culos y no presente tantos inconenientes a la "ora de "acerlos c!lculos.-e "ace el leantamiento altiplanímetrico de la sección, es decir sedenen sus e$tremos y se pasa una cuerda de formaperpendicular a las líneas de corriente del ujo, por consiguientese tensa y se amarra en los e$tremos, en esta se trazaran lasdistancia a la cual se encuentra cada sub!rea tomando el origenen el e$tremo izquierdo mirando aguas abajo y se establece elpunto medio de cada una de estas, serir! de guía en eltranscurra de la pr!ctica, luego se mide la profundidad de cadapunto marcado sobre la cuerda usando los nieles,introduci#ndolos en el agua "asta que toca el fondo y se mide ladistancia sumergida. /espu#s se coloca el correntómetro en elmedio de cada sub!rea a una distancia de 0,10, 0.20 y 0.30 de laprofundidad normal medida desde la supercie, el correntómetroarroja las elocidades en esos puntos y se reportan en la tabla de

datos de campoaforo líquido, con el objetio de usar las formulasdeducidas en clase y "allar la elocidad media en cada tramo de lasección transersal. /espu#s se mide la diferencia de cota usandoel jalón, el niel y la mira, dos compa&eros se separan a unadistancia 4 a lo largo del canal ya medida, el que tiene la mira seubica aguas arribas, luego ambos introducen ya sea el jalón o elniel "asta el fondo, el compa&ero que tiene la mira es elencargado de lanzar la isual para marcar el niel de referencia,luego se miden la distancia sumergida de cada objeto y con lasecuaciones se estable la diferencia piezometrica, por ultimo ya se

conocen todos los datos para usar las fórmulas para "allar elcaudal y los coecientes de Coriolis, 5oussines y (anning.

A%)% &(-.% 4%"(.%)!&'

1. -e dene una distancia $ en dirección de la corriente con el n de"acer un segundo aforo con el m#todo del otadores para medir laelocidad media del ujo, que consiste en poner un objeto a otar


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en el niel del agua para que este tome la elocidad supercial delcauce y medir el tiempo con que recorrió la distancia $, de aquí secalcula la elocidad media como 0.67 de la elocidad supercial.Este m#todo es el m!s sencillos de realizar, pero tambi#n son losm!s imprecisos8 por lo tanto, su uso queda limitado a situaciones

donde no se requiera mayor precisión. Con este m#todo sepretende conocer la elocidad media de la sección para sermultiplicada por el !rea, y conocer el caudal, seg%n la ecuación decontinuidad.

D("%&'

T(b/( 1'/atos del leantamiento altiplanímetrico de la sección transersal delgrupo 9.:rupo 9 izquierda centro derec"a-ección

;o/istanci

a > 9,900 0,>3> 9,>00 0,>27 9,700 0,>30

@ 9,700 0,>30 9,600 0,>60 9,?00 0,>607 9,?00 0,>60 1,900 0,>7> 1,>00 0,>>62 1,>00 0,>>6 1,700 0,>10 1,600 0,>>36 1,600 0,>>3 1,?00 0,>12 >,900 0,>273 >,900 0,>27 >,>00 0,>70 >,700 0,@17? >,700 0,@17 >,600 0,@70 >,?00 0,@63

90 >,?00 0,@63 @,900 0,707 @,>00 0,71399 @,>00 0,713 @,700 0,760 @,600 0,73091 @,600 0,730 @,?00 0,200 7,900 0,7?09> 7,900 0,7?0 7,>00 0,7?0 7,700 0,@27

9@ 7,700 0,@27 7,600 0,@20 7,?00 0,13097 7,?00 0,130 2,170 0,@79 2,200 0,000

T(b/( 2')elocidad media en el centro de las diisiones de la sección transersaldel grupo 9.)elocidad media en el centro


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0.1" 0.2" 0.3"0,110 0,10@ 0,960,>7@ 0,>>2 0,10@0,>@3 0,>32 0,>1@0,200 0,>2> 0,131

0,>@9 0,@06 0,>130,>?2 0,>3? 0,12>0,@93 0,@0? 0,>290,@9@ 0,>>7 0,>0?0,@09 0,@03 0,>030,>@? 0,@92 0,>7?0,@97 0,>>> 0,1210,@1> 0,@0> 0,>>70,@>? 0,@1> 0,@090,>70 0,927 0,9>

T(b/( 5'/atos del leantamiento altiplanímetrico de la sección transersal delgrupo 1.:rupo 1 izquierda centro derec"a-ección

;o/istancia

?0 1,067 0,>20 1,>00 0,>302 1,>00 0,>30 1,717 0,@@0 1,670 0,@@06 1,670 0,@@0 1,?67 0,@20 >,100 0,@703 >,100 0,@70 >,@17 0,@90 >,270 0,@90? >,270 0,@90 >,367 0,@70 @,900 0,@70

90 @,900 0,@70 @,>17 0,@70 @,@77 0,@3099 @,770 0,@30 @,667 0,@?0 7,000 0,@3091 7,000 0,@30 7,117 0,700 7,@70 0,7709> 7,@70 0,770 7,267 0,770 7,?00 0,@979@ 7,?00 0,@17 2,917 0,7@0 2,>70 0,7>097 2,>70 0,7>0 2,200 0,700 2,370 0,000

T(b/( ')elocidad media en el centro de las diisiones de la sección transersaldel grupo 1.)elocidad media en el centro


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0.1" 0.2" 0.3"0,000 0,000 0,0000,000 0,0@> 0,0@60,090 0,96> 0,9?70,12? 0,11? 0,>93

0,>93 0,>70 0,>@90,1?3 0,@7> 0,@7>0,@>? 0,@>2 0,@370,>99 0,@37 0,@7>0,102 0,>2? 0,@090,>99 0,>2? 0,@170,>7? 0,@17 0,@090,>>0 0,>7? 0,>@90,12? 0,>6? 0,>700,963 0,163 0,>17

0,1@9 0,920 0,917

T(b/( 7' Biempo para el c!lculo de la elocidad supercial en un tramo de 90mde longitud'

Biempo ,27

10,39

10,9

C/*/%&'-e calculó el !rea total de la sección como la suma de las !reas de lasquince diisiones realizadas, que se "allaron usando la fórmula del

trapecio A=a∗(c+b)

2, donde a es el anc"o de la diisión, c y b sus

alturas correspondientes, para el perímetro se usó la fórmula de

'it!goras Pi=√ a2+ Δh2 , donde Δh es la diferencia de alturas, lo

inmediatamente anterior se reeja en la gura 9.


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0,9>1 0,>7? 0,0@6 0,002 0,096 0,@010,9>2 0,>?? 0,07@ 0,00? 0,011 0,@0@0,9@? 0,>@3 0,071 0,002 0,093 0,@9@0,930 0,>39 0,02? 0,090 0,012 0,@0@0,101 0,>37 0,063 0,091 0,0>0 0,@0>

0,117 0,>>2 0,067 0,00? 0,017 0,@070,1>6 0,>?9 0,0?> 0,09@ 0,0>2 0,@090,11@ 0,@11 0,0?@ 0,096 0,0@0 0,@>20,926 0,10> 0,0>@ 0,009 0,006 0,@2?0,106 0,10> 0,0@1 0,001 0,003 0,?20

T(b/( '

rea


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s=)elocidad

>7 0,>00coriolis 9,9@7 9,@@?

5oussines 9,071 9,96@

Gallar el coeciente de (anning.

Este coeciente se determina usando la ecuación de la energía entre

dos puntos separados una distancia 4 ( H 1− ΔH 1−2= H 2) , donde la

perdida de energía ΔH 1−2 se calcula usando el concepto de ujo

uniforme, ya que el fondo del canal es paralelo a la línea de energía, porende el producto de la pendiente del fondo por la longitud entre los dostramos da la p#rdida total, de aquí se usa la ecuación de (anning paradejar la pendiente en t#rminos del coeciente de (anning y poderdespejarlo en otras ariables conocidas, dando como resultado lasiguiente ecuación.

n=(ΦQ )√( cp1−cp2 )+

Q2

2g ( α 1 A1

2−α

2

A2

2 )( L1−22 )( P1

4 /3

A1

10 /3+ P

2

4 /3

A2

10 /3 )/atos del grupo 9

Q=0.895m3/s P1=7.221m A1=2.669m2

α 1=1.144

/atos de la siguiente sección transersal aguas abajo.

L1−2=26.5m P2=7.302m A2=2.869m

2

C p1−C p2=0.37m

α 2=1.449

*emplazando datos en la ecuación.

n=( 10.89 )√(0.37 )+

0.892

2∗9.81 ( 1.1442.6692− 1.449

2.8692 )

( 26.52 )( 7.2214 /3

2.66910 /3

+ 7.302

4 /3

2.86910 /3 )


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Arroja como resultado.

n=0.19124

Adem!s se midió la diferencia de cotas entre ambas secciones por lo

que se puede "allar -o de la siguiente maneraFSo=

Δz

L =

0.37m

26.5m=0.0139m

m

Gallar caudal teórico con la ecuación de (anning.

Q=Φ

n A∗ RH

2

3∗So1

2= Φ

0.191∗2.669∗( 2.6697.221 )

2

3∗0.01391

2=0.847m3

/s

'orcentaje de error de los caudales tomando como teórico el obtenido con la

ecuación de (anning.

Error1=|Qteorico−Q1|

Qteorico∗1005=

|0.847−0.895|

0.847∗100=5.66

Error 2=|Qteorico−Q2|

Qteorico∗1005=

|0.847−0.861|

0.847∗100=1.65

R!&/"(.%&'

:rupo 9 :rupo 1rea total 7 0,>00

coriolis 9,9@7 9,@@?5oussines 9,071 9,96@

Coeficiente de Manning calculado para la sección transversal del grupo 1 n=0.19124 .

)elocidad media "allada con el m#todo del otadorH0.>70


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C%-*/%-!&'9. El coeciente de (anning encontrado fue muy alto, esto es debido

a la alta egetación que tenía el lec"o del canal, la sedimentacióny los grandes fragmentos de rocas que impedían el ujo del agua,se alcanza obserar como aria el perl de elocidad con respectoa la profundidad y a lo largo de la sección transersal, si se detallacon cuidado se pueden er las líneas isótacas, sin embargo no sontan teóricas ya que se eían afectadas por estos obst!culos, porejemplo en la parte inferior de la tabla dos se obseran unosespacios en blancos y es debido que en esa ubicación "abía un

roca que impedía totalmente el ujo y el correntómetro marcabaelocidades muy bajas, se tomó la decisión de despreciarlas y usarla elocidad media de la diisión que la seguía.

1. 4os alores e$perimentales del coeciente de Coriolis y 5oussinesno est!n muy dispersos de los alores conencionales paracorrientes naturales +tabla ?, a pesar de todo los obst!culospresentados, pero si comparamos ambos coecientes entre las dossecciones se obsera una diferencia sustancial, esto se debe a quese presenta una modicación del perl de elocidad por unescalón negatio y un ensanc"amiento que se presenta entre las

dos seccionesT(b/( 9')alores de coecientes de distribución de elocidad paradiferentes canales


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3. Se puede decir que se cumple el principio de flujo uniforme por tramos en el canal

donde no hay variación considerable de la profundidad de flujo y el caudal

constante a lo largo del cauce, ya que los tres caudales obtenidos son semejantes

con muy poco margen de error, esta diferencia pudo haber sido provocada por la

propagación de incertidumbre en la toma de datos ya sea aleatoria o sistemtica, o

aguas arriba se puede presentar fluctuación con respecto a la intensidad de flujo quese le provee al canal ya sea una llovi!na o perturbación por los seres vivos.

Bibliografías.

• "#$ %# C&'(. &idrulica de canales abiertos 1))* Mc+ra-&ill

S/$0 )2-44-552-*.

• http066fluidos.eia.edu.co6hidraulica6articuloses6flujoencanales6aforamientocorrientes6

aforodecorrientes.html 7echa0 164*6541 &ora0 8044 am.• http066.fing.edu.uy6imfia6cursos6hidrometria6material6hidrometria.pdf

• 7echa0 164*6541 &ora0 8044 am.
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://www.fing.edu.uy/imfia/cursos/hidrometria/material/hidrometria.pdfhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforodecorrientes.htmlhttp://www.fing.edu.uy/imfia/cursos/hidrometria/material/hidrometria.pdf

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