INTRODUCCION

Las variaciones del caudal en el río y en los canales se producen durante las diferentes épocas del año, lo cual hace variar el valor de cada acción o regador. De ahí la importancia de poder determinar con alguna seguridad los caudales reales que recibe el predio, para poder planificar la superficie a regar especialmente en los meses de máximo consumo.

En esta práctica vamos a aprender ciertas técnicas para poder determinar el caudal en un canal, tubería, rio, etc. Las cuales son de mucha utilidad en los distintos proyectos relacionados con ingeniería civil.

OBJETIVOS

Conocer los diferentes métodos utilizados en la medición de caaudales.

Determinar que método nos brinda una mayor precisión en la determinación

de caudales.

Estudiar las técnicas de aforos más comunes en canales naturales.

MATERIALES

1. Balde (volumen conocido)2. Escuadra3. Canal4. Manguera5. Cronometro6. Nivel7. Bote

MARCO TEORICO

Un caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.

Q= A * VDonde:Q= caudal (mᶾ/s)A= Área (mᶟ)V= Velocidad (m/s)

Métodos para la medición de caudales:

Método del flotador:

El método del flotador se utiliza en los canales y acequias y da solo una medida aproximada de los caudales. Su uso es limitado debido a que los valores que se obtienen son estimados del caudal siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere una mayor precisión.

Método volumétrico:

Este método permite medir pequeños caudales de agua, como son los que ocurre en surcos de riesgo o pequeñas acequias (zanjas o canales).

Método de la trayectoria:

Este método es de gran utilidad para el aforo de tuberías y bombas. Con él es posible tener un aproximado aceptable cuando se usa en forma adecuada. La ventaja que presenta este método es su fácil y rápida operación.

Técnicas de aforo en canales naturales

Dentro de las técnicas mas comunes de aforo en una corriente se tiene la utilización de verdaderos aforo con cronometro o molinete.

1. Aforo con vertederos:

Un vertedero es una estructura que permite el pase libre o controlado de agua desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento pueden ser: de pared delgada y de pared gruesa. Los de pared delgada se usan para determinar el caudal en una corriente pequeña. Los de pared gruesa se usan principalmente para el control de excedencias y su evacuación puede ser libre o controlada.

Los estudiados a continuación son los de pared delgada, dentro de estos los mas utilizados son: rectangular, triangular y trapezoidal.

Vertedero rectangular:

El vertedero rectangular es uno de los mas sencillos para construir y por ese motivo es justamente uno de los mas utilizados a nivel predial.La presión de la lectura que ofrece esta determinada por su nivel de error, que fluctúa entre un 3% y un 5%.

Vertedero rectangular:

Dentro de los vertederos triangulares, el mas usado comúnmente es el que tiene un 90% en su vértice inferior, ósea, la escotadura forma un Angulo recto. Este tipo de vertederos es bastante eficiente, pero sin embargo presenta una gran perdida de carga, motivo por el cual se recomienda especialmente para caudales pequeños.

Vertedero trapezoidal:

Este es un vertedero con forma trapezoidal en su abertura, tal como lo indica su nombre, también es conocido como vertedero cipoletti en honor a su inventor, el ingeniero Cesare Cipoletti.

Este vertedero es de construcción mas dificultosa que los otros dos y no ofrece ventajas significativas que lo hagan destacar, razón por la que es menos usado que los anteriores.

2. Aforo con molinete o correntómetro:

En este método la velocidad del agua se mide de un instrumento llamado correntómetro que miden la velocidad en un punto dado del curso del agua.

Existen varios tipos de correntómetros, siendo los mas empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños, cuanto mas grandes sean los caudales o mas altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato.

Para el método de un vertedero se tienen que considerar los siguientes aspectos:

Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie paralela al fondo del canal.

Se cumple la ley de presiones hidrostáticas.

Los efectos de viscosidad y la tensión superficial se consideran despreciables.

El correcto funcionamiento de un vertedero de pared delgada debe garantizar que la lamina de agua vertida este siempre a presión atmosférica.

PROCEDIMIENTO:

Método del flotador

Se elige un tramo de canal que sea recto y de sección transversal uniforme donde el agua escurra libremente.Se marca la longitud elegida y se toma el tiempo que demora el flotador en recorrerla, con el fin de conocer la velocidad que lleva el agua en esa sección.

Como flotador se puede utilizar cualquier objeto que sea capaz de permanecer suspendido en el agua como un trozo de madera, corcho u otro material similar que no ofrezca gran resistencia al contacto con el aire y que se deje arrastrar fácilmente por la corriente del agua.

Determinación de velocidad

Para conocer la velocidad del agua deberá dividirse el largo de la sección elegida, en metros, por el tiempo que demoro el flotador en recorrerla, expresado en segundos.El paso siguiente es determinar el área promedio del canal (sección transversal del canal).

Determinación del área del canal

Se multiplica el ancho promedio del canal por su profundidad, con todas las medidas expresadas en metros.

Determinación del caudal

Conocida la velocidad (V) del agua y el área (A) del canal se determina el caudal (Q).

Método Volumétrico

Para ello es necesario contar con un deposito (balde) de volumen conocido en el cual se colecta el agua, anotando el tiempo que demora en llenarse. Esta operación puede repetirse 2 o 3 veces y se promedia, con el fin de asegurar mayor exactitud.Dividiendo el volumen de agua recogida en el recipiente entre el tiempo (segundos) que demoro en llenarse, se obtiene el caudal en (L/seg).

Metodo de la Trayectoria

El material que se utiliza es una escuadra, la característica de ella es que uno de los lados (y) debe medir (cm) para poder hacer uso de las tablas que se detallan a continuación. La medición se realiza desplazando la regla hasta que el extremo inferior (mango) roce el chorro de agua que sale del tubo, para medir así la distancia horizontal que hay desde el punto donde el chorro toca la regla a la boca de salida de la tubería.

La tubería debe estar en forma horizontal, debe cuidarse que no se produzcan curvaturas a lo largo de ella y que la tubería vaya llena de agua.

Es conveniente hacer varias lecturas con el fin de promediar los resultados y obtener una medición mas próxima al caudal real. Una vez realizada la medición en la rejilla horizontal (x) se mide el diámetro interno del tubo.

TABLAS

TABLA I (METODO DEL FLOTADOR)

d(m) T(seg) Ancho(m) Profundidad(m)

Velocidad(m/s) Area(mᶟ/s) Q(mᶾ/s)

1 64 0.208 0.185 0.016 0.0385 0.0006

Encontrar la velocidad que lleva el agua en el tramo del canal Determinar el área del canal Determinar el caudal

TABLA II (METODO VOLUMETRICO)

No. Volumen (Lts) Tiempo(seg) Q(caudal Lts/seg)1 7.52 7.53 7.5

Determinar el caudal

TABLA I II (METODO DE LA TRAYECTORIA)

T(seg) Distancia x(m) Velocidad (m/s) Q(mᶾ/s)20 0.1540 0.1060 0.09

Y= 25 ANCHO: 2.08M PROFUNDIDAD: 185m AREA: 0.0385mᶟ

Determinar la velocidad y el caudal

INVESTIGACION

¿Qué son las normas ASTM?

Es una norma sobre el control de calidad de materiales como son, requisitos, componentes de materiales, procedimiento para hacer pruebas a los materiales en la construcción y demás.

Como se usa en ASTM, una norma es un documento que ha sido desarrollado y establecido dentro de los principios de consenso de la organización y que cumple los requisitos del procedimiento y regulaciones de ASTM. Las normas elaboradas por consenso se elaboran con la participación de todas las partes que tienen interés en el desarrollo o uso de las normas.

¿Cómo y donde se usan las normas ASTM?

Las normas ASTM las usan los individuos, compañías y agencias en todo el mundo. Los compradores y vendedores incorporan normas en sus contratos, los científicos e ingenieros las usan en sus laboratorios y oficinas, los arquitectos y diseñadores las usan en sus planos, las agencias gubernamentales de todo el mundo hacen referencia a ellas en códigos, regulaciones y leyes, y muchos otros lo consultan para obtener orientación sobre muchos temas.

Las normas de ASTM son “voluntarias ” en el sentido de que ASTM no exige observarlas, sin embargo, las autoridades gubernamentales con facultad normativa con frecuencia dan fuerza de ley a las normas voluntarias, mediante su cita en leyes , regulaciones y códigos.

Los usos de las normas ASTM son innumerables y entre ellos se encuentran:

Petróleo: Los viajeros por tierra y por aire tienen confianza en la calidad estándar de los combustibles que usan a donde quiera que vayan debido al gran número de normas ASTM aplicables al petróleo, reconocidas alrededor del mundo.

Medio Ambiente: Los constructores de edificaciones pueden satisfacer los requisitos de la Ley de Respuesta Ambiental Exhaustiva, compensación y responsabilidad (CERCLA), valiéndose de las normas ASTM para evaluaciones ambientales en el sitio.

Deportes y equipos recreativos: La incidencia y severidad de las lesiones en la cabeza se reduce cuando los ciclistas usan casco y otros dispositivos de protección fabricados con base en una norma ASTM.

¿Quién desarrolla las normas ASTM?

ASTM cuenta con más de 30000 miembros en mas de 100 países en todo el mundo, incluyendo a productores, usuarios, consumidores y partes interesadas en general, tales como académicos, y representantes del gobierno. Dichos miembros toman parte de la elaboración de las normas ASTM a través de su participación en uno de los mas de los 130 comités técnicos. Estos mismos miembros determinan que actividades para el desarrollo de las normas que se han de realizar. Cualquier persona que se interese en el ramo de a industria objeto de un comité reúne las condiciones para hacerse miembro del mismo.

NORMAS AASHTO

AASHTO: La Asociación Americana de Oficiales Estatales de Carreteras y Transportación

Es una norma para el calculo o diseño vial, es mas, es un código para el diseño de carreteras, en ellas te indican los mínimos y máximos para el calculo de curvas verticales, horizontales, carriles, todo depende si es de 1 carrete, 2 carriles, autopista, etc.

¿QUE HACER CON LOS RESULTADOS OBTENIDOS?

Con los resultados después de una investigación y sus respectivos estudios se utiliza toda la información obtenida para diseñar según estos datos y aplicar las normas según se estipulen ya sean las ASTM o las AASHTO.

VERTEDERO DE PARED DELGADA

VENTAJAS:

La construcción de vertederos es por lo general de bajo costo

Su construcción es sencilla se le hace de material delgado o planchas de metal

Los usuarios del agua pueden verificar la medición del caudal.

DESVENTAJAS:

No debe usarse para mediciones de alta presión

Se recomienda su uso de velocidad de acceso muy grande haciendo correcciones por velocidad.

Para su buen funcionamiento se requiere de una calibración en laboratorio.

Los cuerpos flotantes no pueden pasar con facilidad y pueden causar daños que afecten la exactitud

La medición es imposible cuando el nivel de aguas abajo eleva por encima de la cresta del vertedero

La perdida de carga es considerable

VERTEDERO DE PARED GRUESA

VENTAJAS:

La lectura del caudal es fácil La construcción es simple Los cuerpos solidos pasan sin problema La operación es fácil Son los mas económicos para mediciones de flujo exactas Requiere una pequeña caída de la superficie libre del agua a través de la instalación La forma hidráulica es flexible y simple porque pueden adaptarse a cualquier forma

de canales, sin necesidad de reconstruir los canales Tiene mínima profundidad de carga comparada a los aforadores de garganta larga

DESVENTAJAS:

El flujo debe ser libre (modular) para una medida mas exacta La utilización de vertederos de profundidad critica no es recomendable bajo

condiciones de flujo no libre (sumergido) Si el aforador no es construido con las dimensiones exactas entonces será necesaria

una calibración

PROYECTOS EN LOS QUE SE UTILIZAN LOS ENSAYOS

En los diferentes proyectos donde la ingeniería civil esta presente se hacen muchos estudios en este caso donde requerimos hacer estudios de caudales lo haríamos en proyectos como represas hidroeléctricas, sistemas de riego, diques, canales para desvíos de agua, puentes sobre ríos o lagunas, etc.

GLOSARIO

ACEQUIA: Zanja o canal por donde se conduce las aguas para regar y para otros fines

AFORO: Medida del caudal de una corriente de agua

CAUDAL: Es la cantidad de flujo que pasa por una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo

CORRENTOMETRO: Aparato que mide la velocidad en un punto dado en el curso del agua

VERTEDERO: Es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase controlado del agua en escurrimientos superficiales

CONCLUSIONES

Utilizamos los tres métodos para medición de caudales.

El método volumétrico solo nos permite medir pequeños caudales de agua, pero su uso es muy limitado en cuanto si se requiere hacer mediciones mas complejas, los métodos mas usados son el del flotador y la trayectoria.

Conocimos tres técnicas de aforo bastante usadas como lo son los de vertederos trapezoidal, triangular y rectangular.

INTERPRETACIONES

En algunos sistemas de riego una acción de agua equivale a un volumen de agua por hectárea entre año, teniendo el usuario la posibilidad de extraer del canal un determinado caudal en tiempo definido. De esta forma el usuario debe regular las extracciones que realice en la temporada para ajustarse al numero de acciones que le pertenecen, equivalentes a un volumen total del agua.

APLICACIONES

Las variaciones de caudal en un rio y en los canales se producen durante las diferentes épocas del año, lo cual hace variar el valor de cada acción o regador.De ahí entonces la importancia de poder determinar con alguna seguridad los caudales reales que recibe el predio, para poder planificar la superficie a regar especialmente en los meses de máximo consumo.También se aplica en el estudio previo a la construcción de puentes sobre ríos u otra obra de carácter hidráulico.Al conocer la disponibilidad de agua en el predio y la demanda de los cultivos, se puede saber la superficie factible de regar.

PREGUNTAS

¿Cuáles son los objetivos de la práctica de caudal?- Conocer los diferentes métodos de la medición de caudales.

- Conocer algunos tipos de estructuras utilizadas para medir caudales.

¿Qué es caudal?Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.

¿Cuáles son los materiales que se utilizan en la practica de caudal?- Balde- Escuadra- Canal- Manguera- Cronometro- Nivel- Bote

¿Cuál es la formula para determinar el caudal?Q= Volumen * Area

¿Cuáles son los tipos de aforos?- Aforo con vertederos -Aforo con molinete o correntómetro

Mencione los métodos utilizados en la practica de caudal.- Método del flotador - Método volumétrico - Método de la trayectoria

¿Qué aspectos se toman en consideración para el modelo de vertederos? Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie paralela al fondo del

canal. Se cumple la ley de presiones hidrostáticas. Los efectos de viscosidad y la tensión superficial se consideran despreciables.

¿Qué método nos permite medir pequeños caudales de agua?El método volumétrico como lo son los surcos de riego o pequeñas acequias.

¿Con que otro nombre se conoce el vertedero trapezoidal?Es también conocido como vertedero Cipoletti en honor a su inventor el ingeniero italiano Cesare Cipoletti.

¿En qué proyectos de ingeniería se requiere hacer estudios de caudales?Se hacen estudios de caudales en proyectos como represas hidroeléctricas, sistemas de riego, diques, canales para desvíos de agua, puentes sobre ríos o lagunas.