Aforo de corrientes

ÍNDICE

1.        OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA        0

1.1.        General        1

1.2.        Específicos        1

2.        APLICACIONES PRÁCTICAS        1

2.1.        Para transporte de aguas        1

3.        MARCO TEÓRICO        1

3.1.        Aforo de canales        2

3.2.        Molinete hidráulico        2

3.3.        Características del micromolinete hidráulico del laboratorio        3

3.4.        Velocidades en un canal        4

3.5.        Determinación de la situación de aforo.        6

3.6.        Verticales de velocidad en la sección de aforo.        7

4.        APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS        9

5.        HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS        10

6.        PROCEDIMIENTO  DE LA PRÁCTICA        10

7.        CÁLCULOS        11

7.1.        Datos iniciales        11

7.2.        Desarrollo de los cálculos        11

7.3.        Resultados obtenidos        14

8.        ANALISIS DE RESULTADOS        15

8.1.        Interpretación de resultados        15

8.2.        Relación de variables        15

9.        CONCLUSIONES        15

10.        RECOMENDACIONES        15

BIBLIOGRAFIA        16

1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

1. General

• Determinar el caudal que pasa por un canal determinado a través del método área-velocidad.

1. Específicos

• Calcular la velocidad media en cada una de las tres verticales donde se midió con el molinete.
• Determinar el caudal elemental que pasa por cada subsección.
• Obtener el caudal del canal a través de la ecuación del vertedor utilizando las lecturas inicial y final del mismo.
• Comparar el caudal obtenido mediante los datos del molinete con el obtenido mediante la ecuación del vertedor.

1. APLICACIONES PRÁCTICAS

1. Para transporte de aguas

[pic 2]

Canal de sección trapezoidal

Para el cálculo de canales de transporte, es imprescindible conocer el caudal que circula o circulara por dicho canal, de manera que en base a esto se diseñara el canal y se vera la utilidad del mismo.

1. MARCO TEÓRICO

1. Aforo de canales

La medición de los gastos de una adecuada  precisión tiene una gran importancia  desde el punto de vista técnico y económico.

La necesidad de conocer  el gasto que circula  por una conducción  libre ha ocasionado la creación  y desarrollo  de una buena cantidad  de métodos para ese fin. Algunos de ellos  requieren obras especiales, otros se basan  en el uso de aparatos  con alta tecnología  y también se cuentan con un grupo que son muy simples y sencillos.

Una clasificación  de los métodos de aforo es aquella  que los divide en: métodos directos y métodos indirectos.

Los métodos indirectos o de área velocidad, son aquellos que se basan  en la medición  de distribución  de la velocidad  en la sección transversal, para posteriormente  de acuerdo con el principio de continuidad, calcular el gasto  que  ha circulado por la sección  en estudio. Para la determinación de la velocidad se pueden utilizar: molinetes, flotadores, tubos de pívot, productos químicos, radiactivos, etc.

Los métodos directos  son aquellos que utilizan  un instrumento u obra calibrada, para  con el auxilio  de ella determinar  de forma inmediata  el gasto que circula. Las variantes  de este método  son: el volumétrico, el gravimétrico, las canaletas calibradas, los vertedores, las obras hidrométricas, las obras reguladoras,  las secciones de control, etc.

1. Molinete hidráulico

En el laboratorio se utilizará  para la medición de las velocidades  el molinete hidráulico. El elemento fundamental  de este equipo de precisión es  una rueda con aspas o cazoletas que son movidas por la corriente, y cuya velocidad de rotación depende de la velocidad  del agua. La velocidad de rotación se determina por un mecanismo que a cada cierto número  de revoluciones  abre  y cierra un circuito eléctrico conectado  a un señalizador, que puede emitir  una señal eléctrica  o lumínica o accionar un contador mecánico  o digital.

De acuerdo con el número  de señales  emitidas  en un periodo de tiempo, se puede conocer  la velocidad  de rotación  promedio del molinete.

Entre la velocidad de la corriente V (m/s) y la cantidad de vueltas  en un segundo, n, existe una dependencia rectilínea.

V = Vo + Kn

Dónde:

Vo, es la velocidad antes del inicio de la rotación  de la hélice (velocidad inicial).

K, es el coeficiente  de la hélice.

Un molinete debe cumplir  las siguientes características:

• Tener pequeño tamaño.
• Producir un mínimo  de corrientes parásitas.
• Tener poco rozamiento de sus partes mecánicas.
• Ser poco sensible  al efecto de las corrientes verticales.
• Funcionar solamente  por efecto de la componente de la velocidad  perpendicular a él (en la dirección de la corriente).
• Para calibrar estos equipos  se requiere de instalaciones  especiales  o la comparación  con otro  molinete  que se encuentre comprobado su adecuado funcionamiento.

Las principales desventajas  del uso de los molinetes son:

La imposibilidad  de comprobar  su exactitud  en condiciones  de trabajo.

La dificultad de regularlos  sin calibración.

1. Características del micromolinete hidráulico del laboratorio

En el laboratorio se dispone  de un micromolinete  de alta precisión del modelo 2100  de la firma norteamericana  Swoffer Instrument, Inc.

Un esquema del equipo se puede apreciar en la figura (a).

El equipo permite medir corrientes  liquidas  desde 0,1 a 25 pies por segundo, permitiendo leer directamente en pies o en metros por segundo. La velocidad aparece en una pantalla de cristal líquido.

La pantalla tiene tres intervalos de tiempo para promediar las velocidades, las cuales se pueden seleccionar  por medio de un botón giratorio. Los intervalos  de tiempo  van desde un mínimo de 50 segundos hasta 90 segundos.

El indicador  del micromolinete recibe la energía para su funcionamiento  de una batería de 9 volts, la cual abastece  también a un foto – diodo  y a un foto – transistor  en el censor.

La propela de 2 pulgadas  tiene un rotor  en el cual se encuentran instalados  dos elementos de fibra óptica. La rotación  de estos elementos  produce  la salida  de una luz infrarroja desde la foto – diodo a la foto – transistor, creando unas pulsaciones  que son proporcionales a las revoluciones por minuto con que gira la propela. Estas pulsaciones son contadas y almacenadas, para posteriormente  ser comparadas por un oscilador  de cristal de cuarzo y procesadas  para su aparición  en la pantalla.

Las instrucciones  para la operación  del micromolinete modelo 2001 son las siguientes:

• Quitar la tapa plástica  que protege  al censor  e instalar  la propela.
• Conectar  el censor  a la caja  que contiene el indicador, por medio  de conector  que existe para el efecto, colocar el botón  giratorio  del indicador  hasta la posición  que dice  CALIBRATE. En la pantalla se debe leer  el número 186 (si se ha seleccionado pies por segundo) o 610 (si se ha seleccionado  metros por segundo). Para cambiar  a las unidades deseadas se utiliza  el interruptor colocado  dentro de la caja de la batería.
• Se coloca el botón  giratorio  del indicador a la posición COUNT.
• Se hace girar  la propela  y se confirma que el indicador  incremente las lecturas.
• Se gira el botón  giratorio al mínimo intervalo de tiempo. (Primera posición desde el lado izquierdo o sea la posición OFF)
• Colocar el sensor en la corriente  liquida con la propela dirigida hacia el flujo. Presionar el botón que indica RESET, con lo que aparece el valor  cero  en la pantalla.
• El próximo número que aparecerá en la pantalla será la velocidad de la corriente. Ese valor de velocidad permanecerá  en la pantalla hasta que el próximo intervalo termine. El valor de la pantalla siempre  será  la velocidad promedio  del último periodo.
• El equipo deberá  ser calibrado antes de cada práctica  por el personal especializado del laboratorio, para lo cual existen  unas instrucciones especiales. 1

1. Velocidades en un canal

Debido a la presencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo de las paredes del canal, las velocidades no están uniformemente distribuidas en su sección. Para el estudio de la distribución de las velocidades se consideran dos secciones: 

a)  Sección transversal: La resistencia ofrecida por  las paredes y por el fondo del canal, reduce la velocidad. En la superficie libre, la resistencia ofrecida por la atmósfera y por el viento (aunque este  último tiene muy poco efecto) también influye sobre la velocidad. La velocidad máxima medida en canales será encontrada en la vertical (1) (central) Figura 3-5, por debajo de la superficie libre a una distancia de 0.05 a 0.25 de la profundidad.[pic 3]

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