aforo

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERIAAREA DE HIDRAULICALABORATORIA DE HIDROLOGIAINSTRUCTOR: ING. CLAUDIO CESAR CASTAÑÓN CONTRERASHORARIO JUEVES DE 16:30 A 18:00

PRACTICA 5

“ESTACIONES HIDROMETRICAS Y AFORO CON MOLINETE”

NOMBRE CARNÉ

Otoquí Junajpú Hernández Xet 200819143

Victor Adolfo Lopez Rafael 200515942

Julio Alfonso Hernández Argueta 199912062

Mario Alfredo Gómez 200815191

GRUPO NO. 6

Guatemala, 20 de de Septiembre 2012

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA SEGUNDO SEMESTRE 2012

FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE HIDROLOGIA

INTRODUCCION

En estudios hídricos existen varios parámetros que se requieren determinar por

medio, de cálculos matemáticos aplicados a situación reales en la ocurrencia del

sistema en análisis. Para el estudio de un sistema hídrico cualquiera, se requiere

del equipo y material específico para realizar pruebas determinadas, todos estos

elementos necesarios los encontraremos en estaciones de análisis de un sistema

en este caso estaciones hidrométricas, ya que en ellas se podrá encontrar lo

necesario para medir y observar las corriente de agua, principalmente para el

registro de parámetros importantes como niveles y caudales.

Debido a la variedad de métodos de medición de caudales en ríos, se eligió

realizar específicamente por medio de molinete la observación de la corriente de

agua en relación a los caudales establecidos por sección del Rio María Linda y a

través de este sistema, auxiliarse de métodos de cálculo basados en modelos

matemáticos como promedio de ancho, de velocidad y método de isótacas. Y de

esta manera obtener caudales del rio aforado o en estudio.



OBJETIVOS

GENERAL

Conocer acerca de cada uno de los métodos utilizados para el aforo de un

cauce y la forma de utilizar el instrumento para la recolección de datos para

calcular el caudal de un rio y ver según el caudal ver de que manera se

puede aprovechar dicho recurso hídrico.

ESPECIFICOS

Conocer y comprender la utilidad de una estación hidrométrica, en el

ámbito de las mediciones de los elementos del ciclo hidrológico.

Conocer la forma de medida de alturas o niveles de ríos, por medio de escalas directas e indirectas.

Estudiar los distintos métodos de aforo de una corriente.

Comparar las ventajas y desventajas de las estaciones de aforo más comunes.

Determinar una estimación para el caudal del rio Maria Linda

MARCO TEORICO



ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL Y MÉTODOS DE AFORO

El régimen de los caudales de un curso de agua durante un periodo determinado, es el único parámetro del balance hidrológico de una cuenca que puede ser medido con una buena precisión; los otros elementos del balance, tales como, las precipitaciones pluviales, la evaporación, etc., pueden ser únicamente estimados a partir de muestras recabadas en diversos puntos de la cuenca, o deducidos de fórmulas hidrológicas siempre aproximadas. Por otra parte, en las técnicas ingenieriles, el régimen de los caudales de un curso de agua es en la mayor parte de los casos, el dato base indispensable para el establecimiento de proyectos de obras hidráulicas; además, la instalación de varias "estaciones de aforo" permiten recabar, en una serie de años lo más largo posible, los caudales escurridos en puntos característicos del rio principal y si es posible de sus diversos afluente, estas instalaciones por lo tanto son el inicio de todo estudio de un proyecto hidráulico de una cuenca hidrográfica.

MEDICIÓN DE ALTURAS EN RÍOS

El nivel de un rio es la elevación del agua en una estación medida por encima de un cero arbitrario de referencia. Algunas veces, la referencia utilizada es el nivel medio del mar, pero más a menudo, se toma como referencia un punto ligeramente por debajo del nivel para el cual la descarga es cero.

Dado que es muy difícil lograr una medición continua y directa del caudal en una corriente, mientras que es relativamente sencillo lograr un registro continuo del nivel del agua, la información primaria obtenida en una estación para medición del caudal es el nivel del rio, ya que el caudal está en función del nivel o altura del rio (Q = f (H)), considerando el área de la sección transversal del cauce estable.

Limnímetro o escala directa:

El modo más simple de medir el nivel de un rio es por medio de un limnímetro o escala directa, dispuesta de forma que una porción de ella esta inmersa en el agua todo el tiempo. El limnímetro puede consistir en una sola escala vertical (regla graduada de madera, concreta o metal), ligada a una pila de un puente, estribo, malecón u otra estructura que se prolongue en el lecho de aguas bajas de la corriente.

En los casos en los cuales no existe una estructura que permita esta disposición de la regla graduada, puede utilizarse una MIRA o LIMNÍMETRO SECCIONADO. Con ese objeto, se colocan miras cortas en las estructuras disponibles o en soportes construidos con ese fin de tal manera que una sección de la mira este siempre en condición de medir.



Como una alternativa a la mira seccionada, se puede utilizar una MIRA INCLINADA O LIMNÍMETRO INCLINADO, la cual se coloca sobre la pendiente de una de las paredes del cauce o mejor dichos sobre el talud de la orilla del rio y se gradúa de tal manera que su lectura indique directamente la profundidad vertical.

La escala del limnmetro puede consistir en señales pintadas en una estructura existente o en un tablón de madera ligado a un apoyo. Las escalas pintadas están generalmente, graduadas en centímetros. Las marcas utilizadas son similares a las utilizadas en las miras de topografía para mejorar la visibilidad y cuando se necesitan mediciones bastante exactas, se utilizan miras metálicas esmaltadas graduadas en milímetros. Si una corriente lleva una gran cantidad de material en suspensión o desechos industriales, las marcas en la escala pueden desaparecer rápidamente. En estos casos, puede ser de gran ayuda el uso de una mira con aristas aserradas o marcas en relieve.

El otro tipo de mediciones se puede hacer bajando un peso desde un puente o cualquier otra estructura hasta que llegue a la superficie del agua. La elevación del agua puede determinarse restando, desde un punto de referencia, la longitud del cable necesario para esta operación.

Limnímetro Limnímetro Escalonado

Limnígrafo o escala indirecta:



Los limnímetro manuales son simples y económicos, pero hay que observarlos con frecuencia (por ejemplo, cada día) para definir adecuadamente el hidrógrama cuando el nivel cambia constantemente. Para vencer esta dificultad, se emplean los registradores de niveles del agua, en los que el movimiento de un flotador queda registrado en un diagrama. En un registrador continuo, el movimiento del flotador mueve una pluma a lo largo de una cinta registradora. Generalmente, el diagrama tiene 10 pulgadas (25.4 cm) de ancho y la escala de 12 pulgadas (1 pie), representa las variaciones del nivel hasta cinco pies (1.52 m). Cuando la pluma llega al borde de la cinta invierte su dirección, a lo largo del diagrama. La cinta tiene una longitud suficiente para funcionar durante un año a razón de 2.4 pulg/día (6.1 cm/día). El mecanismo de relojería se mueve, generalmente, por peso y actuara mientras este tenga espacio para caer.

Un registrador, a corto plazo (horario y diario), tiene generalmente, una cinta enrollada alrededor de un tambor que gira impulsado por el flotador, mientras que la pluma se desplaza a velocidad constante paralelamente a su eje. El perímetro del tambor representa cualquier cambio producido en el nivel. Los cambios mayores se registran empezando de nuevo en la base de la cinta.

Un registrador de nivel, tipo flotador, necesita una cámara protectora y un pozo amortiguador, el cual sirve para proteger el flotador y los cables del contrapeso, de los residuos flotantes y si las tomas se han diseñado adecuadamente, suprimir las oscilaciones resultantes de las olas superficiales de la corriente. Se han hecho pozos amortiguadores económicos de madera y tubos de acero acanalado, si bien las estructuras más cuidadas son, generalmente de concreto reforzado.

Pozo tranquilizador de flujo Limnógrafo US tipo F Con una escala limnimétrica

SECCIONES DE CONTROL DE AFORO



Se refiere al punto donde se efectúa la medición del caudal, en una sección transversal del rio.

Esta sección además, debe cumplir con ciertas características importantes como:

Accesibilidad:

Es decir, que debe existir un poblado cercano, preferentemente aguas arriba del punto seleccionado.

Ubicación del tramo de aforo:

El cual debe ser estable para que no suceda sedimentación o erosión del mismo.

Conformación y permeabilidad:

Que se refiere a que no existan fugas de agua subsuperficial o subterránea cercas a la sección.

Rango de velocidad:

El rango de velocidad del agua del río tiene que ser entre 0.1 a 2.5 m/s.

Existen varios tipos de secciones de aforo:

Sección de forma natural:

Tiene la característica que su área es variable, teniendo el problema que en ella se produce mucha sedimentación o erosión, lo que impide la toma de caudales exactos principalmente en época lluviosa.

Sección con tablones:

Este tipo de punto de aforo, se caracteriza por poseer tablones enterrados en las orillas del rio, obteniéndose una figura o forma geométrica regular, donde se puede calcular el área de la sección y donde no se tendrán muchos problemas de sedimentación o erosión con en el caso anterior.

Sección de concreto:



Esta sección de aforo es la más ideal, debido a que nos expresa un área permanente o invariable en el tiempo, pero tiene el inconveniente de su elevado costo y trabajos de desviación del rio en los que se incurre, así como su mantenimiento.

Sección de mampostería:

Este tipo de sección de control de aforo, es más económico debido a que se puede realizar con materiales propios del lugar como cantos rodados, lajas, etc. Que ofrezcan estabilidad del punto considerado.

MÉTODOS DE AFORO

Los métodos prácticos de aplicación más frecuentes son:

Método Volumétrico

Medidor Parshall

Método de Vertederos y orificios

Método de Sección – Velocidad, calculando la velocidad con:

Flotador

Molinete

Pendiente Hidráulica

Otros métodos:

Tubos de Pitot y Venturi

Balanza Hidrométrica

Métodos químicos y eléctricos

MÉTODO VOLUMÉTRICO



Es usado para corrientes pequeñas como nacimientos de agua o riachuelos, siendo el método más exacto, a condición de que el depósito sea bastante grande y de que pueda medir su capacidad de modo preciso. Consiste esencialmente en hacer desembocar la corriente en un depósito impermeable y cuyas pérdidas por evaporación y filtración puedan valorarse con certidumbre. La duración t, del tiempo de conservación debe ser, al menos de 20 segundos, para reducir el error ± 1 por 100. La diferencia de nivel observada en el tiempo t, debe ser al menos de 10 mm para reducir también este error a ± 1 por 100. La graduación de los depósitos pequeños y transportables debe hacerse por eso, con preferencia al empleo de fórmulas geométricas.

En forma general podemos indicar que el método de aforo volumétrico, consiste en hacer llegar un caudal a un depósito impermeable cuyo volumen sea conocido y contar el tiempo total en que se llena el depósito, así se obtiene:

Q=VolumenTiempo

Por lo tanto, este método es de utilización práctica, siempre que se trate de mediciones de pequeños caudales, en trabajos experimentales o para tener una idea rápida del caudal aportado por determinado riachuelo.

MEDIDOR PARSHALL

Método ideado por Ralph Parshall (1920), el cual se utiliza en el aforo de canales y pequeños ríos, se recomienda para canales de riego de poca pendiente, en drenes, donde no es conveniente instalar estructuras como vertederos que alteren el régimen del escurrimiento.

El medidor consta de tres partes fundamentales:

1. Transición de entrada:

Formada por dos muros convergentes apoyados en un piso a nivel.

2. Garganta:

Formada por dos muros paralelos apoyados en un muro inclinado hacia aguas abajo, cuya intersección con el piso a nivel de la entrada forma la cresta del medidor.

3. Transición de salida:



Formada por dos muros divergentes, apoyados en un piso inclinada hacia arriba.

La longitud de la cresta debe ser igual a la distancia que hay entre los dos muros paralelos que forman la garganta. Los niveles del agua se miden antes y después de la cresta, tomando como plano de comparación el que pasa por la cresta.

El gasto y la forma de determinarlo pueden verse en cualquier libro de Hidráulica.



Medidor Parshall

MÉTODO DE VERTEDEROS Y ORIFICIOS

Consiste esencialmente en interponer un tabique ante una corriente de manera que se dé una caída de agua que pase a través de una sección predeterminada. Conociendo las características del Vertedero o del orificio que se engloban en el factor (determinado experimentalmente), la sección de la lámina de agua que pasa por ellos y la velocidad teórica de caída libre se obtiene de la forma siguiente:

Q=μs √2 gh

Dónde:

Q = Gasto o caudal en m3/sμ = Factor experimentals = Sección laminar de aguag = Gravedad (aceleración)h = Diferencia de niveles

El factor y las dimensiones de vertederos que puedan construirse en condiciones previamente fiables, se pueden obtener de manuales reconocidos de hidráulica. Cuando la construcción difiera de las indicadas en los manuales, deberán determinarse o calibrarse por medio de aforos con molinetes, las características y el factor de la estructura.

Tanto en los vertederos como en los orificios, el gasto depende fundamentalmente de la forma geométrica de la escotadura, además de la altura del agua sobre la cresta en el caso de los vertederos y del centro del orificio cuando la escotadura es circular.



Vertedero triangular Vertedero rectangular

Perfil longitudinal de un vertedero de cresta angosta

Sección transversal de vertederos de cresta angosta

MÉTODO DE SECCIÓN – VELOCIDAD

En este método se determinan separadamente la sección transversal del cauce y la velocidad del agua; la sección se determina por medio de sondeos o algún otro procedimiento topográfico y la velocidad por cualquiera de los métodos con molinete, flotador o pendiente hidráulica.

De tal manera que el caudal del rio estará dado por:



Q=Área∗Velocidad media

Determinación del área de la sección:

El método para determinar el área de la sección, depende de las condiciones del cauce. Si el cauce es estable el área se determinara con nivel montado y estadal; determinando las áreas correspondientes a cada nivel del agua con el fin de obtener una tabla de altura de escala – áreas, para que al practicar aforos posteriores, únicamente sea determinada la velocidad media.

Para cauces variables donde el nivel de la corriente sufre cambios considerables mientras se hace el aforo, se recomienda medir sucesivamente las profundidades y las velocidades, conforme se avanza de un extremo a otro de la sección.

Para cauces variables donde el nivel del agua no sufre cambios apreciables durante el aforo, el área de la sección se determinara por medio de sondeos antes de medir las velocidades. Las varillas del molinete pueden utilizarse para determinar la profundidad de la corriente en la sección donde se quiere conocer el área.

La determinación del área de la sección es como sigue:

1. una vez determinada la zona donde se efectuara la medición se deberá sembrar dos estacas, una en cada orilla y fijándose que la línea que las une, sea perpendicular a la dirección del rio para determinar el ancho del mismo.

2. Dividir el ancho del cauce en tramos de acuerdo a la siguiente tabla:

Espaciamiento de sondeos según el ancho del cauceAncho del cauce (m) Espaciamiento (m)

De: A:0.00 1.00 0.201.00 2.00 0.252.00 4.00 0.504.00 8.00 1.008.00 15.00 1.50

15.00 25.00 3.0025.00 50.00 3.00

3. Obtener la profundidad al principio y al final de cada dos tramos

Determinación de la velocidad:



Esta se efectuara por medio de flotadores, molinetes o la pendiente hidráulica, como se describen a continuación.

FLOTADORES

Son cuerpos más ligeros que el agua y que conducidos en suspensión por la corriente adquieren una velocidad que resulta, según la clase de flotadores empleados (superficiales o sumergidos), más o menos igual a la velocidad de la corriente.

Se escoge un tramo de aforo recto, libre de obstáculos cuya longitud se trata de que no sea menor de seis veces el ancho del rio, luego se determinan tres perfiles transversales al saber de la entrada, en el centro y en la salida del tramo escogido y siguiendo las instrucciones dadas anteriormente para medir secciones en cauces.

La velocidad se obtiene tomando el tiempo que tardan en recorrer un tramo de longitud conocida, siendo la velocidad el cociente de la distancia recorrida por el flotador entre el tiempo empleado en recorrerla.

Se distinguen dos tipos de velocidades obtenidas por los flotadores:

1. Velocidad superficial (Vs)

Se obtiene con los flotadores superficiales, los cuales pueden ser pequeños trozos de madera, botellas lastradas, cañas lastradas, corchos, pelotas plásticas y algunos frutos. Debiendo preferir los que están menos influenciados por la acción del viento.

2. Velocidad media (Vm)

Se obtiene en forma aproximada con los flotadores sumergidos; ya que estos tienen forma de barra o bastón, lo cual les permite tomar una posición vertical, extendiéndose desde la superficie hasta cerca del fondo, proporcionando así un promedio de las velocidades de la corriente.

Estimación de la Velocidad media (Vm)

Si se usan varios flotadores superficiales y se promedia su velocidad, entonces Vs es la velocidad media superficial; similarmente se obtiene Vm utilizando varios bastones sumergidos a lo largo del tramo del rio, de acuerdo a la fórmula de velocidad:



V= Longitud deltramoTiempo promedio

Posteriormente se obtiene:

k=VmVs

Vm=k∗Vs , para aforos posteriores

Cuando se desconoce k, como en la mayoría de los casos ocurre, se puede usar el valor aproximado de k = 0.90.

El gasto se obtiene entonces de la fórmula:

Q=Área de la sección∗Velocidad media

Esquema de la medición de la velocidad del flujo mediante flotadores. Arriba disposición de los flotadores en la sección de aforo (planta). Abajo perfil del tramo

Del rio y tipos de flotadores: a) Flotador superficial, b) Flotador con cuerpo de resistencia y c) Flotador tipo varilla.



MOLINETES

Hoy en día, el procedimiento más usado para determinar la velocidad del flujo es a través de molinetes. Entre los tipos más comunes se encuentran los de hélice o los de copa. El principio de medida se basa en el registro del número de revoluciones por segundo de la hélice. La velocidad del flujo se determina mediante la fórmula propia del molinete, la cual es proporcionada por el fabricante. El molinete de hélice tiene la desventaja, en corrientes con carga de sedimentos, de estar desprotegida, mientras que el de copas está más protegido contra el efecto de los sedimentos. Este último tiene la desventaja de dar valores de velocidad mayores a las reales debido a su sensibilidad a la rotación por corrientes verticales y turbulencia, mientras que el de hélice no está sujeto a ese tipo de rotación.

Un tercer tipo de medidor de velocidad se basa en el principio electromagnético. El movimiento del agua induce un voltaje, a través de un campo magnético, el cual es proporcional a la velocidad del agua. Este tipo de medidores son, en general, más eficientes y precisos que los anteriores.

Molinete de hélice

Procedimiento para medir la velocidad media del flujo en una sección transversal del flujo:

Selección de la estación o sección transversal de aforo. La sección debe ser perpendicular a la dirección del flujo. Las condiciones básicas que se deben observar para obtener valores confiables, incluyen:



- El canal debe ser geométricamente estable; por ejemplo, secciones con márgenes en roca.

- El tramo de río, inmediato a la sección de aforo, debe ser uniforme para proporcionar condiciones de distribución regular de la velocidad, tanto vertical como horizontal.

- La sección de aforo debe estar, en la medida de lo posible, alejado de la influencia del flujo de afluentes inmediatamente aguas abajo o de estructuras como presas, puentes, etc.

- El tirante de agua debe ser por lo menos de 0.30 m y las velocidades deben ser mayores a los 0.10 m/s.

División de la sección transversal de aforo en varias secciones verticales. De acuerdo a LINSLEY, et al. [1958], el caudal en cada sección debe ser como máximo el 10 % del caudal total. La sección de medida debe ser vertical y perpendicular a la dirección del flujo. La distancia de cada sección de medida debe referirse a la orilla de la sección transversal.

Medir la velocidad en cada sección vertical a profundidades predeterminadas. La profundidad total se determina con sondeos con el cable o jalón donde se sujeta el molinete. Para profundidades y velocidades de flujo grandes, es recomendable fijar un contrapeso, usualmente de forma de pez. Esto para prevenir la separación del molinete de la vertical. En virtud de que la distribución vertical de velocidad es aproximadamente parabólica o logarítmica, los puntos para la medición de la velocidad debe fijarse de tal manera, que la velocidad media del flujo en la sección vertical sea fácil de determinar. El número de puntos de medición se fija de acuerdo a la precisión deseada, a la profundidad del agua y el tiempo disponible para realizar la medida. Existen básicamente tres prácticas comunes, 1, 2 y 3 puntos de medida.

- Es casi universal, que la velocidad del flujo, en cada sección vertical, se mida a 0.2h y a 0.8h, donde h es la profundidad de la sección vertical, cuya referencia es el nivel libre de agua. La precisión de este método es entre 2 y 5 %.

- Para corrientes poco profundas, h entre 0.10 y 0.75 m, puede realizarse una sola medida a 0.6h, ya que a esa profundidad la velocidad media de la sección vertical es, aproximadamente, la velocidad a 0.6h. Sin embargo, puede requerirse este método cuando el tiempo de medida es el limitante; por ejemplo, en casos cuando el caudal del río sube rápidamente.



- El método de tres puntos de medición, consiste en medir la velocidad a 0.2h, 0.6h y 0.8h. El método se usa cuando existe una fuerte vegetación en la sección.

- Métodos de 5 y más puntos raramente se usan. En el caso de 5 puntos, se mide la velocidad inmediatamente por debajo de la superficie del agua y sobre el fondo de la sección, así como a 0.2h, 0.6h y 0.8h. Este método se usa cuando la distribución vertical de velocidades es muy irregular.

Para ríos anchos, profundos y/o con altas velocidades es normal la construcción de instalaciones auxiliares para realizar los aforos. Estas instalaciones consisten en un cable-vía, canasta de transporte del aforador y del equipo de aforo. El cable es suspendido por torres.

Sistema Cable – Vía en una sección de aforo.

La velocidad media de cada sección vertical V, para los métodos de dos y tres puntos, respectivamente son:

V=V 0.2h+V 0.8 h

2

V=V 0.2h+V 0.6 h+V 0.8h

3



En el caso del método de un solo punto, la velocidad media de la sección es igual a la velocidad a 0.6h. Para medidas con más de 5 puntos la velocidad media se determina mediante integración.

El cálculo del caudal total en la sección de aforo puede determinarse a través de tres métodos.

Sección de aforo

Promedio de velocidad

El caudal entre dos secciones verticales de medida (i e i+1) se determina promediando la velocidad de las dos secciones. N es el número de secciones, i = 1 corresponde al extremo de referencia de la sección de aforo, la última sección (sección n) corresponde al otro extremo de la sección de aforo y bi es el ancho entre las secciones de medida i e i+1. La velocidad y profundidad en ambos extremos es igual a cero.

Q=∑i=1

N−1

Qi=∑i=1

N−1 (V i+V i+1

2 )( hi+h i+1

2 )bi

Promedio de anchos

El primer y tercer término del lado derecho de la ecuación corresponde al caudal en los extremos de la sección de aforo.

Q=∑i=1

N−1

Qi=(b1+ b22 )V 2h2+∑

i=3

N−2 ( b i+bi+1

2 )V i+1hi+1+( bn−2

2+bn−1)V n−1hn−1

Método de las isotacas



El método consiste en el dibujo de isolíneas de igual velocidad (isotacas), a intervalos convenientes (por ejemplo a 0.10, 0.20, 0.30, 0.60,…m/s), en toda la sección transversal del flujo. El caudal entre dos isotacas continuas (j - (j+1)) es el producto del área entre las dos isotacas (Daj-(j+1)) y la velocidad media; o sea, el valor de la isotaca intermedia (entre ambas). El caudal total es la suma del caudal de cada área entre isotacas continuas. El método es aplicable para mediciones suficientes en cada sección vertical. La velocidad del flujo en el perímetro mojado del cauce es cero.

Q=∑j=1

M−1 (V j+V j+1

2 )∆a j−( j+1)

PENDIENTE HIDRÁULICA

Es más correcto llamarlo de Sección y Pendiente Hidráulica, ya que utiliza los conceptos de "área hidráulica y perímetro mojado", que tiene la corriente para calcular la velocidad.

El procedimiento se explica como sigue:

Determinar un tramo de aforos.

El área de la sección transversal media del cauce en el tramo de aforos (A).

El radio hidráulico de dicha sección (r)

La pendiente hidráulica en el tramo de aforos (s).

Determinar las características del cauce y las condiciones en que se encuentra, con el fin de elegir un coeficiente de rugosidad apropiado (n).

Determinar la velocidad de la corriente empleando la ecuación de Manning:

V=1nr2/3 s1/2

Dónde:V = Velocidad media de la corriente.n = Coeficiente de rugosidad del cauce.r = Radio Hidráulico (r = A/P)A = Área de la sección transversal de la corriente.P = Perímetro mojado



S = Pendiente hidráulica.

OTROS MÉTODOS

La velocidad de una corriente puede medirse además por otros procedimientos como son:

Tubos de Pitot y Venturi

Balanza hidrométrica

Métodos químicos y eléctricos

Estos métodos son poco empleados en nuestro país, para el aforo de corrientes superficiales.

De los métodos de aforo mencionados anteriormente, el más empleado con fines hidrológicos es el de Sección – Velocidad, calculando la velocidad con molinete.

ESTACIONES DE AFORO

El registro de los niveles de agua en un río junto con la medida directa del caudal son condiciones básicas para definir el hidrógrama de un río, el cual es fundamental para el registro de la cantidad de agua que pasa, en función del tiempo, en el punto de control del mismo. En contraste con la medición del caudal, la medición del nivel del agua es relativamente fácil. El control periódico de los niveles de agua, así como la medida regular del caudal, se realizan en una estación hidrométrica.

Para la selección del sitio de ubicación de una estación hidrométrica debe considerarse que:

La determinación del caudal, durante eventos de caudales extremos (mínimos y máximos), sea confiable.

La estación debe ser de fácil y siempre accesible.

La estación debe de estar colocada tan lejos, aguas arriba, de la confluencia del río con otros afluentes, para evitar los efectos de remanso.

La estación no debe estar influida por la operación de obras reguladoras del flujo (presas, vertedores, etc.).



Un sitio favorable para la instalación de una estación es un tramo recto del río, inmediatamente aguas.

Arriba de un lecho rocoso, de una caída o en una sección de control artificial.

La sección debe ser estable y no debe estar sujeta a los efectos de erosión ni de sedimentación.

El lecho debe estar libre del efecto de la maleza.

Los tipos de estaciones de aforo, dependen de las características del cauce y entre ellas se pueden considerar las siguientes:

Estaciones de vado.

Estaciones de puente.

Estaciones de bote o canoa.

Estaciones de cable y canastilla.

ESTACIONES DE VADO

Consiste en efectuar la determinación de las áreas y velocidades directamente dentro del rio únicamente, marcando los puntos en donde se efectuaran las mediciones. Siendo utilizado cuando se tienen profundidades menores de 80 cm y el rio posea baja velocidad (menor de 1 m/s), para que la persona se pueda introducir en el agua.

ESTACIONES DE PUENTE

La utilización de esta estación, conlleva una inversión bastante grande y debe tratarse de que la estructura no afecte la libre circulación del agua. Son recomendables hasta longitudes menores de 20 metros.

ESTACIONES DE BOTE O CANOA

Estas estaciones se usan en ríos profundos, anchos (más de 50 m) y poco caudalosos. Generalmente consisten de uno o dos cables graduados que sujetan una canoa y el molinete, cada cierta distancia para hacer los aforos correspondiente.



ESTACIONES DE CABLE Y CANASTILLA

Es la estación más versátil, no es demasiado elevado su costo y da buen grado de exactitud. Se utiliza principalmente en ríos muy caudalosos y profundos, independientemente de su ancho.

Descripcion del lugar de aforo

Río María Linda, lugar de realización:

El rio María Linda está ubicado en los departamentos de Sacatepéquez, Guatemala, Santa Rosa y Escuintla. Dentro de ella está ubicada la parte sur del valle de Guatemala, así como parcialmente dos de los centros urbanos e industriales más importantes de la República, que son las ciudades de Guatemala y Escuintla. También están dentro de ella el lago de Amatitlán y los puertos de San José e Iztapa, que son algunos de los lugares de mayor atractivo para el turismo local.

Tiene un área aproximada de 2780 km2, siendo la más extensa de la vertiente Sur. Su punto más elevado de 3760 MSNM está en el cráter del volcán de Agua, en la divisoria superficial de la cuenca. Dentro de esta área, además del lago de Amatitlán, están las lagunas de Calderas y El Pino, amén de diversas lagunetas menores, principalmente hacia el sur, en la zona susceptible a inundaciones.

La cuenca del río María Linda tiene dos brazos principales que son el río Michatoya y el río Aguacapa, que al unirse forman el río María Linda en la planicie costera. Su topografía es montañosa en el Norte, hasta el límite sur del valle de Guatemala, localizado en Palín, y la de una planicie costera al sur de esta zona.



Sobre la realización del Aforo.

La medición de caudal requiere la determinación de un número suficiente de velocidades puntuales para permitir calcular una velocidad promedio en la corriente. El área transversal multiplicada por la velocidad promedio dará el caudal total. El número de puntos en los cuales se debe medir la velocidad ha de limitarse a aquellos que se puedan realizar dentro de un tiempo razonable, especialmente si el nivel esta cambiando con rapidez, debido a que es deseable completar la medición dentro de un cambio mínimo en el nivel.

DESCRIPCION DE LA PRÁCTICA

El rio en el cual se realizó la práctica fue en el Rio María Linda el cual está ubicado

en el departamento de Santa Rosa y tiene un área de 2727 Km2. La práctica

consistió en:

Se colocó una cinta o lazo el cual estaba colocado en los extremos del

ancho del rio, se trató que la cinta quedara lo más extendida y recta posible.

De manera que no existiera ningún pandeo.

A esta cinta se colocaron señalizaciones que se encontraban

aproximadamente a cada 2 metros de distancia entre cada una, en

Por medio del molinete y los audífonos se procedió a realizar las

mediciones de altura en cada señalización, con los audífonos y un

cronometro se indicó las revoluciones y el tiempo en que estas se llevaron a

cabo.

Al momento de realizar las mediciones, se despejo el área en la cual se realizó

dicha medición de manera que las personas no interrumpieran con el

funcionamiento del molinete ni con el comportamiento del Rio. Es de resaltar que

solamente se aforo aproximadamente la mitad del rio, debido a que la otra parte

presentaba una corriente que circulaba rápidamente.



MEMORIA DE CÁLCULO

Tabla de datos obtenidos en el aforo rio Maria Linda

De-A Distancia horizontal (m)

Profundidad (m)

0.6 h 0.2 h 0.8 hRev T(s) Rev T(s) Rev T(s)

Orilla 0-1 2.00 0.12 6 43.81-2 2.00 0.34 14 42.22-3 2.00 0.62 32 47.5 24 413-4 1.00 0.72 40 40.41 29 414-5 1.00 0.85 45 41 34 415-6 1.00 0.90 35 40.5 39 41.86-7 1.00 0.92 50 40.2 42 40.37-8 1.00 0.98 61 41.2 50 40.6

8-orilla 3.2 0.98 61 41.2 50 40.63.2 METROS DESDE EL ÚLTIMO PUNTO HASTA LA ORILLA

Datos y cálculo de la velocidad V=0.006+0.662(R/T)

Distancia desde punto inicial (m)

Profundidad “h” (m)

método No. Revoluciones

R

Tiempo T (seg)

Velocidad Relativa

Velocidad m/s

Orilla 0 0 0 0 0 0 0(vertical 1) 2 0.12 (0.6h) =.0720 6 43.8 0.0967 0.0967(vertical 2) 4 0.34 (0.6h) =.2040 14 42.2 0.2256 0.2256



(vertical 3) 6 0.62 (0.2h)=.1240 32 47.5 0.4520 0.42280.62 (0.8h)=0.4960 24 41 0.3935

(vertical 4) 7 0.72 (0.2h)=0.1440 40 40.41 0.6613 0.56780.72 (0.8h)=0.5760 29 41 0.4742

(vertical 5) 8 0.85 (0.2h)=0.17 45 41 0.7326 0.64380.85 (0.8h)=0.68 34 41 0.5550

(vertical 6) 9 0.90 (0.2h)=0.18 35 40.5 0.5781 0.60090.90 (0.8h)=0.72 39 41.8 0.6237

(vertical 7) 10 0.92 (0.2h)=0.1840 50 40.2 0.8294 0.76270.92 (0.8h)=0.7360 42 40.3 0.6959

(vertical 8) 11 0.98 (0.2h)=0-1960 61 41.2 0.9861 0.90370.98 (0.8h)=0.7840 50 40.6 0.8213

(orilla ) 14.2 0.98 (0.2h)=0.1960 61 41.2 0.9861 0.90370.98 (0.8h)=0.7840 50 40.6 0.8213

Datos y Calculo De Caudal Mediante Método De Promedio De Velocidad

Q=∑i=1

N−1

Qi=∑i=1

N−1 (V i+V i+1

2 )( hi+h i+1

2 )bi

Q=d i−i+1∗( hi+hi+1

2 )∗( v i+v i+1

2 )

Ancho en (m)

bi

hi (m) hi+1 (m) Promedio h(m)

Vi (m/s) Vi+1

(m/s)Promedio

(m/s)Q (m3/s)

(orilla-1) 2m

0 0.12 0.06 0 0.0967 0.0484 0.0058

(1-2) 2m

0.12 0.34 0.23 0.0967 0.2256 0.1612 0.0742

(2-3) 2m

0.34 0.62 0.48 0.2256 0.4228 0.3242 0.3112

(3-4) 1m

0.62 0.72 0.67 0.4228 0.5678 0.4953 0.3319

(4-5) 1m

0.72 0.85 0.785 0.5678 0.6438 0.6058 0.4756

(5-6) 1m

0.85 0.90 0.875 0.6438 0.6009 0.6224 0.5446

(6-7) 0.90 0.92 0.91 0.6009 0.7627 0.6818 0.6204



1m(7-8) 1m

0.92 0.98 0.95 0.7627 0.9037 0.8332 0.7915

(8-orilla) 3.2m

0.98 0.98 0.98 0.9037 0.9037 0.9037 2.8340

Q total= 5.9892

Datos y Calculo De Caudal Mediante Método De Promedio De Anchos

Q=(d0−1+ d1−2

2 )∗h1∗v1+( d1−22 + d2−3

2 )∗h2∗v2+( d2−32 + d3−4

2 )∗h3∗v3+( d3−42 + d4−5

2 )∗h4∗v 4+( d4−52 + d5−6

2 )∗h5∗v5+( d5−62 + d6−7

2 )∗h6∗v6+( d6−72 + d7−8

2 )∗h7∗v7+( d7−82 +d8−9)∗h8∗v8

Q=(2+ 22 )∗0.12∗0.0967=0.0348

Q=( 22+ 22 )∗0.34∗0.2256=0.1534

Q=( 22+ 12 )∗0.62∗0.4228=0.3932Q=( 12+ 12 )∗0.72∗0.5678=0.4088

Q=( 12+ 12 )∗0.85∗0.6438=0.5472Q=( 12+ 12 )∗0.9∗0.6009=0.5408Q=( 12+ 12 )∗0.92∗0.7627=0.7017



Q=( 12+3.2)∗0.98∗0.9037=3.2768

b0-1(m) B1-2(m) Promedio Velocidad(m/s) H(m) Caudal(m3/s)

2 2 3 0.0967 0.12 0.0348

2 2 2 0.2256 0.34 0.1534

2 1 1.5 0.4228 0.62 0.3932

1 1 1 0.5678 0.72 0.4088

1 1 1 0.6438 0.85 0.5472

1 1 1 0.6009 0.90 0.5408

1 1 1 0.7627 0.92 0.7017

1 3.2 3.7 0.9037 0.98 3.2768

Q total= 6.0567

Datos y Calculo De Caudal Mediante Método De Isotacas

o Curvas isotacas a cada0.20 m/so Solo se aforo la mitad aproximada del rioo Las áreas entre curvas fueron calculadas utilizando programa AutoCad

2007

Area(m2)entre Velocidad media Caudal(m3/s)



curvas isotacas (m/s)

0 0.2 1.1798 0.1 .1180

0.2 0.4 1.1894 0.3 0.3568

0.4 0.6 1.2082 0.5 0.6041

0.6 0.8 2.2085 0.7 1.546

0.8 1 3.0753 0.9 2.7678

Caudal 5.3927

CONCLUSIONES

La velocidad en las orillas de la sección del cauce es menor que en el centro de la misma, aunque la velocidad máxima del cauce no es tan grande, debido a el tamaño de la profundidad del mismo.

Es necesario que en la toma de mediciones no existan obstáculos, es decir que este el área donde se coloca el molinete libre de piedras, basura y otras obstrucciones que puedan existir ya que esto puede afectar en la toma de las lecturas correspondientes.

El método de las Isotacas, por su complejidad y como abarca diferentes factores que afectan en el estudio del río, lo hace el más confiable y seguro para obtener resultados más exactos.

Se debe tener mucha atención con la toma de las revoluciones con los audífonos para evitar toma de lecturas malas



BIBLIOGRAFIA

Hidrología para ingenieros Finley ray, kholer y paulus joseph, editorial mCgraw-hill

milligan c.h. 1980 apunteS de ,conferencias sobre hidrología . capítulo 3 centro interamericano de desarrollo integral de agua y tierras (cidiat) Mérida Venezuela.

http://www.dnh.gub.uy/dnh/_RHestaciones.htm

hora 5:23 pm día: jueves 6 de octubre de 2011

LINSLEY, Ray K. Hidrología Para Ingenieros.

Segunda Edición Editorial McGraw-Hill Agosto 1988.

Capitulo No.4 Caudal Págs. 89-99.

Consulta: 04/09/2012 10:30 AM

http://www.dnh.gub.uy/dnh/_RHestaciones.htm



ANEXOS



FOTO GRUPO No. 6



MOLINETE DE LA PRACTICA

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