TALLER SOBRE VERTIMIENTOS

TALLER N° 2. AGUA.

1. ¿QUÉ ES EL AGUA?

La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por un enlace covalente. Es decir, los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno se unen compartiendo electrones. Su fórmula es H2O.

ESTADO NATURAL: El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gas.

PROPIEDADES:

• FÍSICAS: El agua es un líquido inodoro e insípido. Tiene un cierto color azul cuando se concentra en grandes masas. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC, cristaliza en el sistema hexagonal, llamándose nieve o hielo según se presente de forma esponjosa o compacta, se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la densidad del hielo sea menor que la del agua y por ello el hielo flota en el agua líquida. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4ºC, que es de 1g/cc.

Su capacidad calorífica es superior a la de cualquier otro líquido o sólido, siendo su calor específico de 1 cal/g, esto significa que una masa de agua puede absorber o desprender grandes cantidades de calor, sin experimentar apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima (las grandes masas de agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre). Sus calores latentes de vaporización y de fusión (540 y 80 cal/g, respectivamente) son también excepcionalmente elevados.

• QUÍMICAS: El agua es el compuesto químico más familiar para nosotros, el más abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia, desde el punto de vista químico, reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua, esto es en disolución. Normalmente se dice que el agua es el disolvente universal, puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en ella.

No posee propiedades ácidas ni básicas, combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas.

http://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/aguas/La_molecula_del_agua.asp

http://platea.pntic.mec.es/~iali/personal/agua/agua/propieda.htm

2. MEDICIÓN DE CAUDALES:

Aforo: Es la operación de medición del volumen de agua en un tiempo determinado. Esto es, el caudal que pasa por una sección de un curso de agua.

MÉTODOS DE AFOROS

• Aforo Volumétrico.

• Aforo Gravimétrico.

• Método Velocidad- área.

• Método del flotador.

• Aforo Químico o del trazador.

• Aforo por medición del cambio en el nivel de agua de un recipiente.

• Método de vertedero y canaletas.

• Método de la Trayectoria.

• MÉTODO VOLUMÉTRICO

Este método es muy práctico y útil para la medición de caudales pequeños (surgentes, surcos de riego, drenajes, etc.). El agua se recibe en un recipiente de capacidad conocida (balde, tacho, cubo, etc.) y mediante reloj o cronómetro, se determina el tiempo necesario para llenarlo. Para más exactitud, se repite tres veces. El caudal se calcula dividiendo el volumen de agua en el tiempo transcurrido. Se ha determinado que el agua vertida por un sifón desde una acequia regadora demora 10 segundos para llenar un balde de 20 litros.

El cálculo a realizar es:

Caudal = Volumen / Tiempo = 20 litros / 10 seg = 2 litros /seg

• MÉTODO GRAVIMÉTRICO:

Se sigue un procedimiento similar al anterior, 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 (descontar el peso del recipiente para saber el peso del agua) y, una vez lleno, debe pesarse en la misma balanza. Mediante el método gravimétrico, el caudal aforado se determina con el siguiente razonamiento:

• MÉTODO DE VELOCIDAD – ÁREA:

Con este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre de la fuente tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un punto a otro en una sección uniforme.

Se toma un trecho de la corriente; se mide el área de la sección; se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de control corriente abajo. El resultado de la velocidad se ajusta a un factor de 0.8 a 0.9.

• MÉTODO DEL FLOTADOR:

Este método relaciona el área de la sección que conduce agua y la velocidad de escurrimiento. Se utiliza en canales y acequias y da sólo una medida aproximada de los caudales, siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere mayor precisión.

Figura 3. Perfil de profundidades en la sección.

La sección se determina mediante la semisuma de dos profundidades contiguas, (descontando la distancia entre el listón y el espejo de agua) y multiplicadas por el ancho o separación entre cada medición, en este caso un valor fijo (d). Los datos se ordenan en una tabla de las siguientes características:

Se procede ahora a determinar el caudal mediante la multiplicación del área de la sección, la velocidad de escurrimiento y un factor de corrección que incluye ajustes en la velocidad del agua y cambio de unidades de medida. El resultado es expresado en l/s, como se indica en la siguiente expresión:

• MÉTODO QUIMICO O DEL TRAZADOR:

Esta técnica se usa en aquellas corrientes que presenten dificultades para la aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como en corrientes muy anchas o en ríos torrenciales.

Los trazadores pueden ser de tres tipos:

Químicos: De esta clase son la sal común y el dicromato de sodio

Fluorescentes: como la rodamina

Materiales radioactivos: los mas usados son el yodo 132, bromo 82, sodio.

El método de los trazadores puede implementarse de dos maneras:

a) Inyectar rápidamente un volumen de trazador: Este método es llamado también método de integración. Supóngase que en una sección 1 de un río se adiciona un pequeño volumen de trazador V1 con una concentración alta C1. Si existe en el río una concentración, Co , el perfil de concentraciones en el rio se comporta con el tiempo así:

.

b) Inyección a caudal constante: En los aforos químicos o radioactivos se añade deforma continua y constante una concentración conocida (C1) de una sustancia química o radioactiva a la corriente cuyo caudal (Q) desea determinarse.

Por la estequiometria de las reacciones químicas, cuando un caudal constante (q) de una solución salina es descargado dentro del caudal (Q), conteniendo las mismas constituyentes a la concentración (C2), la mezcla resultante de caudales (Q +q) alcanzará una concentración (C ) proporcional a las concentraciones iniciales (C1 y C2) de los caudales antes del mezclado, como lo indica la siguiente expresión:

• AFORO POR MEDICIÓN DEL CAMBIO EN EL NIVEL DE AGUA DE UN RECIPIENTE: El gasto que entra o sale de un depósito, puede realizarse midiendo la variación en el nivel de agua en un periodo de tiempo determinado. Para calcular el tiempo que tarda en vaciarse un tanque, cuando está provisto de un orificio practicado en pared delgada, se emplea la siguiente expresión:

t = (2A / a.C. √ 2gh) (√ h – √ h1)

Donde: t = Tiempo de vaciado (s)

A = Área del recipiente (m 2)

a = Área del orificio (m 2)

h = Altura inicial (m)

h1 = Altura final (m)

• MÉTODO DE VERTEDERO Y CANALETAS:

Aforo con vertedero es otro método de medición de caudal, útil en caudales pequeños.

Se interrumpe el flujo del agua en la canaleta y se produce una depresión del nivel, se mide el tamaño de la lámina de agua y su altura. El agua cae por un vertedero durante cierto tiempo, se mide la altura de la lámina y se calcula la cantidad de agua que se vertió en ese tiempo.

Estas mediciones son válidas para la fecha en que se efectúan. Se recomiendan mediciones periódicas para conocer las variaciones del flujo.

• MÉTODO DE LA TRAYECTORIA:

Este método de gran utilidad para el aforo de tuberías o de caudales proporcionados por bombas de riego. La energía del agua que fluye por una tubería se manifiesta por la trayectoria que describe al salir por su extremo libre. La trayectoria tiene dos componentes X e Y, con ellos es posible obtener una aproximación aceptable cuando se usa en forma adecuada. La ventaja

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