Medicion De Caudal

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA II

MEDICION DE CAUDAL

MEDICION DE CAUDAL 1) 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.

2) OBJETIVOS: 

Estimación del caudal de un río “en el puente maravilla” ubicado en la ciudad de Juliaca, mediante el método de flotador.

3) MARCO TEORICO: 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∗𝑉 Donde: 𝑄 = Caudal (𝑚3 /𝑠) 𝐴 = Área de la sección transversal (𝑚2 ) 𝑉 = Velocidad media del agua en la sección hidráulica (𝑚/𝑠) METODOS PARA MEDICION DE CAUDALES: Entre los métodos más utilizados para medir caudales de agua se encuentran los siguientes:  Método del flotador  Método del correntómetro  Método volumétrico  Método de la trayectoria Aquí desarrollaremos el primer método ya que fue él lo empleado en la práctica: 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 los estimados de caudal siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere una 1

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MEDICION DE CAUDAL mayor precisión. En este método, se utilizan los valores promedio de las variables determinadas. Pasos: 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, 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 él 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: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑(𝐴 − 𝐵) 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 − 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 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. Se toma por lo menos tres alturas para una mayor aproximación del área transversal.

Aplicando fórmula del trapecio: 𝑎𝑟𝑒𝑎1 =

ℎ1 + ℎ2 ∗ 𝑙2 2

𝑎𝑟𝑒𝑎2 =

ℎ2 + ℎ3 ∗ 𝑙3 2

d) Cuarto paso: Cálculo del Caudal del río. Con los datos obtenidos se procede a calcular el caudal del río 𝑄, con base en la siguiente ecuación: 𝑄(𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 ) = 𝐾 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑(𝑚/𝑠𝑒𝑔) ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑎(𝑚2 ) 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 del caudal obtenido nos indicara el volumen del agua del que se dispone por unidad de tiempo que fluye por el río. 2

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MEDICION DE CAUDAL 4) MATERIALES Y METODOS: Materiales:  Flexómetro o cinta medidora  Reloj o Cronómetro  Un objeto flotante, en este caso 1 botella. Método del flotador: 1) Se selecciona en nuestra zona un tramo que sea uniforme, sin piedras grandes ni arbustos que puedan interferir para que el agua fluya de manera libre, sin turbulencias ni impedimentos. 2) Se mide el área transversal del canal, un método aceptable para calcular la aproximación del área transversal es tomar alturas, en este caso h1, h2 y h3. 3) Luego de haber calculado la profundidad del río se procede a la medición del ancho de éste: l1= 0.4m, l2= 2.6m, l3= 2.6m y l4= 0.4m. 4) En nuestro tramo seleccionado debemos ubicar dos puntos, (𝐴) de inicio (𝐵) de final y medir la distancia que para nuestro caso será 11.5 metros. 5) Ubicar los cuerpos flotantes en nuestro punto inicial, con lo cual mediremos el tiempo en el cual estas demoran en llegar hacia el punto B. Con ello podremos determinar la velocidad de la corriente de agua: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐴 − 𝐵 / 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 6) Finalmente se procede a calcular el caudal del río 𝑄, con base en la siguiente ecuación: 𝑄(𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 ) = 𝐾 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑(𝑚/𝑠𝑒𝑔) ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑎(𝑚2 ) 5) RESULTADOS: Tabla 1: TRAMO 1_2

h1 (m) 0.33

h2 (m) 0.5

l2 (m) 2.6

Area1 (m2) 1.17

h2 (m) 0.5

h3 (m) 0

l3 (m) 2.6

Area2 (m2) 0.65

Área Total 1.82

2_3

0.4

0.56

2.6

1.248

0.56

0.3

2.6

1.118

2.366

3_4

0.44

0.42

2.6

1.118

0.42

0.18

2.6

0.78

1.898

4_5

0.24

0.44

2.6

0.884

0.44

0.25

2.6

0.987

1.781

5_6

0.54

0.44

2.6

1.274

0.44

0.25

2.6

0.987

2.171

6_7

0.34

0.3

2.6

0.832

0.3

0

2.6

0.39

1.222

7_8

0.46

0.58

2.6

1.352

0.58

0.4

2.6

1.274

2.626

8_9

0.5

0.49

2.6

1.287

0.49

0.37

2.6

1.118

2.405

9 _ 10

0.55

0.4

2.6

1.235

0.4

0.35

2.6

0.975

2.21

10 _ 11

0.45

0.57

2.6

1.326

0.57

0.38

2.6

1.235

2.561

11 _ 12

0.46

0.7

2.6

1.508

0.7

0.76

2.6

1.898

3.406

12 _ 13

0.2

0.35

2.6

1.715

0.35

0.5

2.6

1.105

1.82

1 3_ 14

0.29

0.42

2.6

0.923

0.42

0.24

2.6

0.858

1.781

14 _ 15

0.47

0.44

2.6

1.183

0.44

0.15

2.6

0.767

1.95

15 _ 16

0.11

0.3

2.6

0.533

0.3

0.21

2.6

0.663

1.196

16 _ 17

0.5

0.47

2.6

1.261

0.47

0.34

2.6

1.053

2.314

3

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MEDICION DE CAUDAL Gráfico de profundidades tomadas:

Tabla 2: TRAMO 1_2 2_3 3_4 4_5 5_6 6_7 7_8 8_9 9 _ 10 10 _ 11 11 _ 12 12 _ 13 1 3_ 14 14 _ 15 15 _ 16 16 _ 17

Long. A-B (m) 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5

Tiempo (seg) 70 36 45 36 42 42 42 30 70 29 28 28 28 55 70 36

Velocidad (m/seg) 0.1642 0.3194 0.2555 0.3194 0.2738 0.2738 0.2738 0.3833 0.1643 0.3966 0.4107 0.4107 0.4107 0.2091 0.1643 0.3194

K (factor de corrección) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Caudal (m3/seg) 0.1495 0.3779 0.2425 0.2845 0.2972 0.1673 0.3595 0.4609 0.1815 0.5078 0.6994 0.3737 0.3657 0.2039 0.0982 0.3696

El caudal promedio es de: 𝟎. 𝟑𝟐𝟏𝟎 𝒎𝟑 /𝒔𝒆𝒈 sin el factor de corrección el caudal es:

𝟎. 𝟔𝟒𝟐𝟎 𝒎𝟑 /𝒔𝒆𝒈 6) CONCLUSIONES:  Podemos concluir que el caudal del río (en el puente maravilla), es de: 0.3210 𝑚3 /𝑠𝑒𝑔, sin el factor de corrección es de 0.6420 𝑚3 /𝑠𝑒𝑔.  Para usar el método del flotador necesitamos que la zona donde vamos a medir sea recta para poder calcular el área mucho más exacto y así el caudal también. 4