Modulo De Aforo

MODULO 1: Aforo en un Cauce Natural

1 Antecedentes • 1.1 Método Área – Velocidad • 1.2 Método de la altura piezométrica

1 Antecedentes

El caudal, Q, se define como el volumen de agua, tiempo, t, es decir:

, que pasa por una sección en un determinado

(1.1)

Aforar es medir un caudal. Para realizar un aforo en un sistema hidráulico, se puede medir directamente el volumen, en unrecipiente y el tiempo, con un cronómetro. Este método volumétrico es el más recomendable, sin embargo a veces es difícil de aplicar, solamente resulta útil para caudales pequeños y donde las características físicas lo permitan. Debido a lo anterior, han surgido los métodos indirectos, que como su nombre lo señala miden otras variables físicas distintas del caudal, como por ejemplo la velocidad o laaltura piezométrica, para luego, aplicando los principios hidráulicos, obtener dicho caudal. Los métodos de medición indirectos de caudales se pueden agrupar en dos tipos: Área-Velocidad y Altura Piezométrica. A continuación se describen ambos métodos:

1.1 Método Área – Velocidad

En este método se utiliza la ecuación de continuidad. El caudal en una sección transversal de área A está dadopor: (1.2)

en donde la integral se aproxima sumando los caudales incrementales calculados para cada medición i, i = 1,2,…,n, de velocidad y profundidad Di. Las mediciones representan valores promedio a lo largo

de un ancho

del cauce, luego el caudal se calcula como:

(1.3)

Por su parte, la velocidad , en un punto, se puede medir, por ejemplo, con alguno de los siguientes dispositivos:flotador y reloj, molinetes y sensores de inducción magnética. Con el flotador y el reloj se toman lecturas del tiempo que recorre un cuerpo que avanza flotando sobre el agua. El molinete registra el número de vueltas que impone el efecto dinámico del agua y se relaciona esta frecuencia de giro con la velocidad. El sensor de inducción magnética basa su funcionamiento en la ley de Faraday que diceque si un medio electroconductor se desplaza en un campo magnético, una tensión inducirá dicho conductor; por lo tanto la tensión es proporcionalmente lineal a la velocidad del conductor eléctrico (corriente de agua). Figura 1.1: Dispositivos para medición del Caudal

Al usar uno u otro aparato de medición es necesario tener siempre presente la posibilidad de generar errores en las mediciones,debido a que un pequeño error inicial se puede propagar y repercutir en el dato final.

1.2 Método de la altura piezométrica El otro método indirecto para medir el caudal que tiene una corriente de agua, es el que expresa este caudal como una función de la altura piezométrica. La relación es muy sencilla, siendo del tipo potencial:

(1.4) En donde, Q: caudal C: coeficiente de descarga hp:altura piezométrica z: exponente Tanto el coeficiente C como el exponente z, dependen de las características geométricas del dispositivo de medición que se trate. Figura 1.2: Dispositivos para medición del Caudal

Son varios los dispositivos que utilizan esta relación, como por ejemplo: vertederos, Canaletas Parshall y sensores de nivel, entre otros. Existen en el mercado equipos que son mássofisticados, en donde las lecturas de las alturas o cargas piezométricas se realizan por medio de celdas de presión (transductores) y equipos ultrasónicos, que por un lado mejoran las mediciones notablemente, pero por otro resultan muchísimo más costosos. Hay varios requerimientos para la instalación física de estos equipos de medición, que dependen de cada dispositivo en particular. En canales desuperficie libre, la altura piezométrica debe medirse en lugares donde la altura de velocidad sea despreciable, lo cual se logra donde el agua escurre con flujo subcrítico o donde el agua se encuentra estancada.

2 Experiencia Práctica

2.1.1 Objetivos de la Experiencia • Aprender a utilizar en terreno distintos equipos para realizar aforos: molinetes, canaletas Parshall y sensor de nivel de...