Escurrimiento(1)

EL ESCURRIMIENTO

Henry Jiménez E. Profesor

Henry Jiménez E., Profesor


FACTORES

• Que factores afectan el escurrimiento?


CLIMATICOS (Meterorológicos)

1. Forma de precipitación.

2) Intensidad de la precipitación.

3) Duración de la precipitación.

4) Distribución de la precipitación en el espacio.

5) Dirección del movimiento de la precipitación.

6) Precipitación antecedente y humedad del suelo.

7. Otras condiciones del clima: Entre ellos la temperatura,

el viento, la presión y la humedad relativa.


FISIOGRAFICOS

• MORFOMETRICOS

– Area

– Forma

– Pendiente

– Orientación

– Elevación.


FISICOS

• Tipo de Suelo

• Uso y/o cobertura del suelo,

• Geología,

• Topografía,

• Red de drenaje:

Coeficiente de escurrimiento

• Se entiende por coeficiente de escurrimiento (K) a la

relación entre la lámina de agua precipitada sobre una

superficie y la lámina de agua que escurre

superficialmente, (ambas expresadas en mm).

• Donde:

• K=Es/P

• Es: Escurrimiento (mm)

• P: Precipitación (mm)

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

Que es el Caudal ó Gasto:

Es el volumen de agua que atraviesa o conduce un canal ó un río

en un determinado tiempo.

Unidades:

litros/ seg ó lps; m3/s GPM.

Caudal de una corriente de

agua


Uso del caudal

• Dimensionar obras hidráulicas de captación,

canales, etc.

• Conducir y controlar avenidas.

• Satisfacer racionalmente necesidades

humanas.

• Estudio del comportamiento del río y de la

cuenca.


Escuela de Ingeniería de Recursos Naturales y del

Métodos de aforo

Método del volumen y tiempo

Basado en recolectar un cierto volumen de agua dentro de un recipiente en un intervalo de tiempo.

Caudal = Volumen captado

Tiempo empleado

Adecuado para corrientes pequeñas especialmente en zonas de ladera


Metodos de aforo Método de las secciones hidráulicas (Vertederos).

• Consiste en una escotadura por donde fluye agua .

• Las formas mas comunes son: rectangular, triangular, trapezoidal, y parabólico.

• En este tipo de aforador es recomendable remansar el agua cuando llega a la bocatoma, ya que pueden crearse turbulencias y causar defectos en la toma de medidas.

Por tal es recomendable ampliar la sección de entrada para que el agua fluya tranquilamente.


Métodos de aforo Método de las secciones hidráulicas (Vertederos).

Vertedero rectangular

La ecuación que describe al caudal que

pasa por este tipo de aforo, se deduce a

partir de la ecuación para un orificio

rectangular considerándose una carga

media de h.

Por arreglos algebraicos y

consideraciones del aforador se obtiene

la ecuación final

Q = (1.838) . L . h3/2 (Ecuación de

Francis)


Métodos de aforo

Vertedero triangular

En este tipo de aforador el caudal se

deduce a partir de las consideraciones

geométricas, en las cuales el ángulo alfa debe ser de 30° a 45°.

Q = C . tg α . h5/2

Donde:

C = (8/15) . Cd . (2g)1/2


Metodos de aforo AFORO POR MOLINETE

Es un elemento mecánico que gira sobre un eje vertical u horizontal con una velocidad angular que depende de la velocidad lineal del agua en ese punto de medición.

La selección de un molinete varía de acuerdo con la corriente en donde se desea utilizar.



Pasos para aforar:

1. La sección de aforo se divide en un número de franjas de acuerdo al ancho total de la corriente.

2. El caudal total que pasa por la sección de aforo es igual a la suma de los caudales que pasan por cada franja.

Qt = q1+q2+...+qn-1+qn



3. Se estima el caudal en cada franja imaginaria, utilizando la ecuacion de continuidad.

qi = vi . ai

Donde,

qi = caudal que pasa por la franja iésima, en m3/s

Vi = velocidad promedia del agua en la franja iésima, en m/seg

Ai = área de la franja imaginaria iésima, en m2

4. La velocidad promedia se determina promediando el valor de la velocidad obtenida en cada una de las verticales que encierran la respectiva franja.



5. Se determina la velocidad promedio del agua en cada vertical. Las profundidades se especifican en porcentajes de la altura correspondiente.

6. La velocidad sobre un punto en la vertical se calcula teniendo la ecuación característica del molinete que relaciona el numero de vueltas de la hélice con la velocidad del flujo de agua.

V = aN + b Donde

V = velocidad media del agua obtenida con molinete en el punto de interes (m/s)

n = numero de revoluciones por minuto (rev/min).

a y b = constantes propias del molinete suministradas por el proveedor.



7. Se promedia las velocidades en las verticales de cada franja.

8. Al haber encontrado las velocidades promedio, se hallan las áreas correspondientes a cada franja, teniendo en cuenta su forma trapezoidal en todo el borde transversal del rió y triangular en sus extremos.

9. Con la ecuación de continuidad se calcula el caudal promedio de cada franja.

10. Se suman todos los caudales hallados en cada franja.


Metodos de aforo AFORO POR FLOTADORES

Se realiza colocando sobre la superficie de flujo a medir un flotador.

El caudal es hallado simplemente con el producto de la velocidad tomada para el flotador y el area por el cual circula el flujo.

Por tanto:

Q = C . A . V = A . (L / T)

Donde

A = área de la sección transversal del canal (m²).

V = velocidad del flotador (m /seg).

L = largo del canal (m).

T = tiempo de recorrido del flotador (seg).

C = coeficiente de flotación (hallado en tablas teniendo en cuenta el radio hidráulico y la rugosidad del canal. Henry Jiménez E. Profesor

Aforo de corrientes

• Evitar ubicar la estación a en sitios muy cercanos a curvas y a

remansos, debidos a acción de compuertas o ríos aledaños.

• La sección seleccionada deberá recoger los posibles caudales

máximos y mínimos; de tal forma que refleje cualquier incremento

del caudal producido.

• Seleccionar la estructura y los equipos en base a criterios económicos, eficientes y funcionales a largo plazo.

Los Requerimientos necesarios en un lugar de aforo son:

• Fácil acceso para el observador

• La sección deber ser lo mas regular posible y estable con

el tiempo; puede considerarse una sección rocosa o una

estructura bajo un puente.



Métodos de aforo

Estos métodos son basados en la ecuacion de continuidad.

Q= A ۔ V

Donde:

A= Area de la seccion transversal (m2).

V= Velocidad del agua (m/s).

La selección del método está en función de las necesidades técnicas y de la naturaleza de la corriente que se desea medir.



Métodos de aforo Método de las secciones hidráulicas (Orificios Circular).

Consiste en hacer pasar el agua orificio encontrado en una pared transversal a la dirección de flujo.

El caudal se obtiene estableciendo la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2, de tal forma que:

Q = A . V = A . (2gh)1/2

1

2

Q = A . V = Cd A . (2gh)1/2

Donde: Q = caudal (m3/seg)

Cd = coeficiente de descarga, para efectos prácticos puede tomarse 0.61.

A= área del orificio (m2).

g= aceleración de la gravedad (m/s2).

h= carga desde el punto 1 al 2 (m).

Gasto Teórico

Gasto Real


Métodos de aforo Método de las secciones hidráulicas (Orificio Rectangular).

dA = L . dh

dQ = Cd . L . dh . (2gh)1/2

dQ = (Cd . L . (2gh)1/2 . dh)

h2

h1

Q = 2/3 Cd . L . (2g)1/2 . ((h2)3/2-(h1)

3/2)

Donde:

L = ancho del orificio en metros.

h = carga media en metros.

Los orificios con bordes afilados con contracción completa son mas recomendables para mayor precisión


Métodos de aforo

Vertedor trapezoidal

• Es una combinación de la forma

rectangular y triangular.

• Debido al efecto de las contracciones, los

ángulo del vertedero rectangular se

amplían hasta obtener un talud de 1: 4,

obteniéndose así la forma trapezoidal.

• La ecuación que describe el caudal de

este tipo de aforo se deduce a partir de la

suma de los caudales obtenidos en forma

rectangular y triangular.

Q = Q1 + 2Q2

Q = 1.838 (L - 0.1 n h) h3/2 + (8/15) tg Cd (2g)1/2 h5/2

Q = 1.86 L h3/2 ( 1+0.56 h2/y2) Henry Jiménez E. Profesor

Métodos de aforo

Vertedor Parshall

Se compone de:

•Sección convergente o de contracción.

•Sección constreñida o Garganta.

•Sección divergente o de expansión.

La anchura de la garganta (W), se emplea para señalar el tamaño del aforador.


Metodos de aforo Vertedor Parshall

El gasto en la estructura puede ocurrir bajo dos diferentes condiciones:

Sin sumergencía (Flujo Libre).

Elevación corriente abajo, tiene altura suficiente para retardar el índice de descarga (Flujo Sumergido).

Por lo anterior se dispone de dos medidores de profundidad (Ha y Hb), los cuales son calibrados colocando el punto 0 en la media de la cresta del canal.

Ventajas y Desventajas:

El aforador tiene la ventaja de que opere como un dispositivo de cabeza sencilla con la mínima de perdida de carga. Útil en canales poco profundos con pendiente escasa.

Como desventaja es que su diseño es relativamente complicado y siempre debe hacerse un control en su mantenimiento.


Métodos de aforo Vertedor Parshall

Para el calculo del caudal si:

Hb << Ha, se dice que el aforador funciona a descarga libre y Q es función únicamente de de Ha de la entrada.

Hb = Ha se dice que el medidor trabaja con sumersión y Q es función de Ha y Hb.

La sumersión (S) es la relación de estas dos alturas:

S = Hb/Ha

S = grado de sumersión o de sumergencía.

Ha = Profundidad de flujo aguas arriba.

Hb = Profundidad de flujo aguas abajo.


Métodos de aforo Vertedor Parshall

Porcentaje de sumersión (S)

Gasto en m3 /S

Tamaño W del medidor en m

Perdida de carga en m.


Métodos de aforo Vertedor sin cuello.

Elemento de fácil construcción e instalación, brinda mayor economía y el error es bajo alrededor del 2 %.

La amplitud (B) en las secciones de la entrada y salida son iguales.

B = w + 2/3 (L1) = w +1/3 (L2)

L = L1 + L2

Grado de sumersion: S = (Hb/Ha)*100


Métodos de aforo Vertedor sin cuello.

L

W B

L1 L2

Ha

Hb


Métodos de aforo

Vertedor sin cuello (flujo libre).

Q = C (Ha)n

Donde:

Q = es la descarga en m3/seg

Ha = es la profundidad de flujo aguas arriba en metros.

n = exponente de flujo libre

C = coeficiente de flujo libre; C = K W1.025

Donde K es el coeficiente de longitud del aforador para flujo libre y W es la amplitud de la garganta.


Métodos de aforo Vertedor sin cuello (flujo sumergido).

Q = Cs (Ha – Hb)n / (Log s)ns

Donde:

Q = es la descarga en m3/seg

Ha = profundidad de flujo aguas arriba en metros.

Hb = profundidad de flujo aguas abajo en metros.

n = exponente de flujo libre

ns = exponente de flujo sumergido

S = sumersión (Ha/Hb) en porcentaje

Cs = coeficiente de flujo sumergido; Cs = Ks W1.025

Donde Ks es el coeficiente de longitud del aforador para flujo sumergido y W es la amplitud de la garganta.

ns solo depende de la longitud del aforador L y Cs varia en función de la

longitud del aforador L y de la amplitud de la carga W. Henry Jiménez E. Profesor

Metodos de aforo

Coeficiente de longitud K

Exponente de flujo n

Lo

ng

itu

d d

el a

fora

do

r L (

m)

Relaciones entre K y n respecto a la longitud L en un aforador sin cuello.


Metodos de aforo AFORO POR CONCENTRACION DE SALES

Se utiliza para tener velocidades mas exactas, en flujos turbulentos y bajas velocidades

Long. 200 m

Q Co C1 q1

(Q+q) C2

Solucion salina

Bomba



Ecuación de Balance.

Q Co + q C1 = (Q + q) C2

Donde:

Q = Caudal que lleva la corriente en m³/ seg

q = Caudal de solución salina que inyecta la bomba en m³/seg

Co = Concentración inicial de solución salina que puede llevar la corriente de agua antes de la inyección Kg /seg

C1 = concentración de solución salina del agua inyectada al rio por la bomba en Kg /seg

C2 = concentración salina final aguas debajo de la corriente en Kg/seg

A partir de la ecuación de balance se despeja el caudal Q.



El caudal por tanto será:

Q = q (C1 – C2)

(C2 – C0)

Para la toma de muestras se acostumbra a usar colorante para saber el momento de la toma de muestra.


Otros métodos



Limnímetros

Medición convencional de caudales

Ambiente - EIDENAR

Instrumento que toma la medida

del nivel del agua, mediante

una escala graduada.

Consideraciones:

• Instalar rígidamente.

• Las marcas deben ser visibles a

buena distancia y formadas en

relieve, debido a desechos y

sedimentos.

• Inapropiado en ríos con gran

variación de niveles



Limnígrafos

Medición convencional de caudales

•Instrumento que registra los niveles de

agua en forma continua.

•Los registros del nivel de agua y

tiempo, los grafica sobre un papel

graduado.

•Los datos mostrados en un limnígrama

(H vs t) son correlacionados con los de

una curva de Nivel-Caudal (H vs Q)

para obtener posteriormente los

Hidrogramas de escurrimiento (Q vs t). Henry Jiménez E. Profesor


• Es el proceso mediante el cual se determina el volumen de agua

que circula por una sección en la unidad de tiempo.

Aforo de corrientes

•En una estación de aforo el principal fin es registrar los caudales

en cualquier momento. Para tal proposito se construyen gráficas

que relacionan el nivel de agua (H) contra los valores de caudal

(Q).



Aforo de corrientes

Curva de calibración


Curva de Masas

•Grafica donde se relacionan la lectura de mira (H) y el tiempo (t) (resulta directamente del limnígrafo).

•En el se pueden presenciar picos

•Pueden deducirse el momento exacto en que inicia y culmina una avenida.

•Junto con la gráfica de nivel caudal (Q vs H) permite construir gráficos de hidrogramas de escurrimientos.

Limnigrama


Curva de Masas

Grafica donde se relacionan la lectura de mira (Q) y el tiempo (t) (resulta directamente del limnigrafo).

En el se pueden presenciar picos

Pueden deducirse el momento exacto en que inicia y culmina una avenida.

Junto con la grafica de nivel caudal (Q vs H) permite construir gráficos de hidrogramas de escurrimientos.

Hidrograma


Curva de Masas Hidrograma

Para realizar el hidrograma se necesita los datos de :

(Q vs t )

(H vs t).

Con estos datos basta remplazar en un grafico (H vs t) obtenido de un limnigrafo del sitio de aforo, los valores de caudales que coinciden con los tiempos de una grafica calibrada (Q vs t).


Curva de Masas

Altura de Lamina de Agua

(cm)

Cau

dal

en (

m³/

seg)

Alt

ura

de

agu

a (

cm o

m)

Tiempo (minutos, horas, dias)

Curva de Calibración

Liminigrama


Curva de Masas Definición

Este diagrama lo constituye:

•Eje de las ordenadas se grafica el volumen acomulado (m³).

•Eje de las abscisas se coloca el tiempo en que se acomula los escurrimientos.

Se utiliza para el diseño de embalses

Denominado como curva integral de gastos


CURVAS DE DURACION DE CAUDAL CDC

Graficas que relacionan la relación de magnitud de caudal medio en un río contra la frecuencia de ocurrencia del evento en términos de porcentaje del tiempo total.


Determinar el porcentaje del tiempo en

que un determinado caudal es excedido

CDC

Objetivos

Indagar la posibilidad de satisfacer

nuevas demandas de agua para

potenciales usuarios de un río

Confiabilidad pero con actualizaciones

periódicas


Q m

³/s

Probabilidad %

Meses

Diagrama probabilistico para construir curvas de variación estacional


Q m

³/s

Meses

Porcentajes de

probabilidad

Periodo Hidrologico

1972 a 1981

Curvas de variación estacional


Curvas de variación estacional

Se utilizan para

Regimen de distribucion de los caudales en el tiempo.

La probabilidad que los eventos son igualados o excedidos.

Curvas de duración de caudales

Se utilizan para Calcular el volumen requerido de almacenamiento que debe ser menor o igual que el volumen almacenable del río.


Escurrimiento(1)

Documents

Transcript of Escurrimiento(1)