CAUDAL

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METODOS NUMERICOS

AFORO DE UN RIO

I . INTRODUCCION

En el campo de la ingeniería civil, específicamente en el campo de la hidrología,

es necesario conocer los métodos, para determinar las distintas características,

de fuentes de agua, teniendo en cuenta que este es uno de los elementos

vitales para el hombre, y por ende uno de los objetivos primordiales de la

ingeniería.

En el párrafo anterior se hizo mención a las propiedades de las fuentes de agua,

ya que con el conocimiento de estas, determinaremos el posterior empleo que

asignaremos a estos recursos naturales teniendo como objeto optimizar la

calidad de vida en nuestro mundo.

Una de las características fundamentales de los recursos hídricos,

específicamente cuando hablamos de los ríos es el caudal, esta característica de

un río nos permite interpretar la cantidad de agua que transcurre por el rio en

M3/seg.

Determinación del Caudal de Un Rio

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II. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar el caudal de un rio.

OBJETIVO ESPECÍFICO:

Determinar el área de una las secciones transversales de un rio

por medio del método de Simpson.

Determinar la velocidad del rio en un tramo específico.

III.- JUSTIFICACIÓN

Dentro de la ingeniería civil del estudio de los recursos hídricos

desempeña un papel de vital importancia, ya que estos son la primordial fuente

de vida y energía de nuestro planeta, es deber de nosotros los ingenieros

utilizar de forma óptima estos recursos, por lo que es necesario conocer la

forma de determinar las características de estos recursos, específicamente de

los ríos; motivo por el cual realizaremos esta práctica, con el fin de aprender a

determinar el caudal de un rio.

IV.- BREVE MARCO TEORICO.

1.- AFORAMIENTO DE RIO

Es la determinación del gasto o caudal del curso de agua en lugares

especificados de ríos o canales.

La cantidad de agua que pasa por una sección determinada en un tiempo dado

viene a ser el caudal

El caudal esta dado por el producto de los factores los cuales son: la superficie

de la sección atravesada por la corriente y la velocidad media del agua en esta

sección.

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La superficie de la sección atravesada por el agua se ha determinado de la

siguiente manera:

1.1.- METODOS DE AFORO EN CANALES NATURALES

Dentro de las técnicas más comunes de aforo en una corriente se tiene:

utilización de vertederos, aforo con correntómetro o molinete, método de la

velocidad superficial y la utilización de trazadores. También dentro de los

estudios de hidráulica fluvial recientes realizados en la Universidad Nacional se

plantea una nueva metodología que permite estimar el caudal a banca llena de

la sección de estudio con base en las características morfométricas de la

sección con la ecuación de Manning dimensionalmente homogénea. A

continuación se presenta una recopilación bibliográfica de cada uno de los

métodos.

1.1.1- METODO DE AREA - VELOCIDAD.- Expresan el gasto como un producto del

área transversal de la corriente multiplicada por su velocidad promedio .

normalmente el área perpendicular al flujo se obtiene midiendo la geometría de la

sección transversal y, la velocidad del caudal se puede determinar con molinetes,

flotadores, tubos pitot , colorantes, soluciones salinas, trazadores químicos y

radioactivos o aplicando el método de la trayectoria y dentro de este método se

encuentra el método del flotador entre otros.

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Q = A .V

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2. METODO USADO PARA EL AFORO DEL RÍO

Por facilidad y economía, se decidió usar el método del flotador para determinar el

caudal del rio, el cual describimos detalladamente a continuación.

2.1.- EL METODO DEL FLOTADOR.-

El procedimiento es ideal para caudales mayores y en ríos o quebradas, por tanto se recomienda seguir lo siguiente:

1. Tomar un sitio donde no haya desnivel elevado, evacuar las piedras y plantas acuáticas para que la corriente sea ideal, en cada orilla se clavan dos estacas siguiendo el curso del río, generalmente de 5 metros.

2. Medir dentro de esa misma longitud el ancho y sacar el promedio de las medidas.

3. Medir la profundidad en diversos puntos y calcular una profundidad media.4. Utilizar una naranja u otro elemento flotante y soltarlo al inicio de la corriente

en el punto inicial de la medición, tomando el tiempo en segundos, haciendo este mismo ejercicio varias veces hasta hallar la velocidad media.

5. Multiplicar, ancho promedio X profundidad media X Velocidad Media /1000 el caudal nos da en litros/segundo.

2.2 .- PROCESO DEL METODO USADO

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Dejamos el flotador en el inicio de nuestro tramo elegido, y medimos repetidamente el

tiempo que este tarda en atravesar dicho tramo, repetidas veces.

Luego se determinara la velocidad fácilmente, dividiendo la distancia entre el

promedio de los tiempos tomados en el paso anterior.

La determinación del área debe hacerse dividiendo el espejo de agua en varios

segmentos iguales, de tal forma que tenga una serie de figuras geométricas

consistente en triangulas y trapecios cuyos lados están dados por las profundidades

( di) del Agua y, las alturas, por la longitud del segmento (x/n).

Como se muestra en la figura .

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CAUDAL

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2.2.1.- CALCULO DEL ÁREA:

X = anchura del espejo de agua

n = numero de segmentos en que se divide el espejo

di = profundidad del agua y se debe observar ( n – 1)tirantes , para (n) segmentos en

una sección

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V. - DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1.- PROCESO REALIZADO.

A.- UBICACIÓN DEL TRAMO ELEGIDO:

El tramo elegido, para el desarrollo de nuestra práctica, se encuentra ubicado en el

departamento de CAJAMARCA en la provincia de CAJAMARCA, en el distrito de Baños

del Inca en la Localidad de Otuzco.

El rio elegido, fue el rio CHONTA; elegimos un tramo que se ubica, aproximadamente

a 660 aproximadamente del puente colgante de esta localidad.

RIO CHONTA DE LA LOCALIDAD DE OTUZCO

TRAMO ELEGIDO:

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TRAMO ELEGIDO

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B.- MEDICION DE LA DISTANCIA DE RECORRIDO

Medimos la distancia, la cual iba a recorrer el flotador: 17.6 m

C.- MEDICION DE LA VELOCIDAD.

Para medir la velocidad del rio se uso el método del flotador ya antes mencionado,

para lo cual utilizamos botellas descartables de diferentes tamaños, así como otros

objetos.

D.- SECCION TRANSVERSAL DEL RIO: Se eligió una sección transversal del rio,

apropiada por su profundidad y fácil acceso, la cual tiene una dimensión de 9.96 m.

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TRAMO ELEGIDO

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V. – DESCRIPCION DEL MATERIAL USADO

UNA CINTA METRICA

UN CRONOMETO O RELOJ

VARA DE MADERA

FLOTADOR: Botellas Descartables de 600 ml.

CORDEL

FLOTADOR CORDEL CRONOMETRO

LIBRETA DE APUNTES WINCHA

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VI.- RESULTADOS DE PRÁCTICA

A).- DATOS OBTENIDOS

LARGO(m) ANCHO(m)

17.60 9.96

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PERFIL DEL RIO

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DATOS OBTENIDOS:

DISTANCIA (m) PROFUNDIDAD(m)0 0.16

0.5 0.2611 0.233

1.5 0.3432 0.471

2.5 0.9723 0.369

3.5 0.3624 0.394

4.5 0.4715 0.47

5.5 0.5346 0.605

6.5 0.5937 0.498

7.5 0.3798 0.333

8.5 0.3029 0.322

9.5 0.2629.96 0.189

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MEDICION DE LA VELOCIDAD

Nº DE PRUEBAS DISTANCIA (mts.)TIEMPO

(S)

VELOCIDAD

m/s

1 17.6 11.57 1.5212

2 17.6 11.65 1.5107

3 17.6 11.53 1.5265

VELOCIDAD PROMEDIO = 1.5161

FORMA GEOMETRICA QUE TUVIERON LAS AREAS DIVIDIDAS DE LA SECCION

EJEMPLO FIG. UN TRAPECIO

a

AREA 1

a

AREA 2 b

FORMULA:

AREA 1 = (a*b)/2

AREA 2 = a*b

AREA TOTAL = 4.755 cm2 = 0.48 m2

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AREA CALCULADA POR EL MÉTODO DE LOS TRAPECIOS:

Obtuvimos un area de 4.0625 m2

DETERMINACION DEL CAUDAL

Q = V x Area de La Seccion

Q = 1.5161 X 4.0625 = 6.1592 M3/s

VII.- COCLUSIONES

- El caudal del rio es de 6.1592 M3/s

IX.- BIBLIOGRAFIA

MODEL 10-AU-005 FIELD FLUOROMETER USER’S MANUAL. TURNER DESIGNS.

SUNNYVALE, C.A.

STREETER/ WYLIE. MECÁNICA DE FLUIDOS..

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ANEXOS

SECCION ELEGIDA

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