correntómetro
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OBJETIVO
- Medir el gasto del fluido en un canal existente en el laboratorio utilizando el
correntómetro.
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MARCO TEORICO
MEDICIÓN DE CAUDALES EN RÍOS:
Para lograr un aprovechamiento económico y eficiente de las aguas de un
río o para protegernos de sus inundaciones, se necesita recoger diariamente,
datos del caudal largo periodo de tiempo. La medida diaria de caudal, por la
determinación de la distribución de velocidades en una sección del río, es costoso.
Para evitar eso y sin embargo, poder obtener datos diariamente, se establecen
secciones de control, donde el curso del río es estable, es decir, con pequeños
cambios en el fondo o lados del lecho de la corriente.
Una varilla medidora determina en la sección de control, el nivel de la
superficie del agua, por simple lectura, en algunos casos, ciertos flotadores de
control, registren continuamente la elevación del nivel. Puede construirse la curva
caudal-altura, tomando medidas con un medidor de velocidades de corrientes de
tiempo en tiempo, cuando se verifican cambios en el caudal del río.
Existen diversos métodos para la medición de caudales de fluidos. De
acuerdo con las características y la condiciones en que ocurre, se escoge el más
adecuado para su medición. Se puede seleccionar dependiendo de la forma como
fluye: confinada, a presión (tubos de acueductos, etc.) o al contrario, fluyendo sólo
por gravedad, es decir libremente (canales de riego, ríos) se puede escoger el
instrumento o método conveniente para la medición de su caudal o gasto.
AFORO CON CORRENTOMETRO
El método de medición de caudales es el de sección-velocidad, el cual
consiste en determinar separadamente el área de la sección transversal de un
tramo de aforos y la velocidad del agua que pasa por dicha sección. El
procedimiento consiste en dividir la corriente en un número de secciones
verticales; ninguna sección debe incluir más de aproximadamente el 10% de la
descarga total.
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Cuando la corriente es poco profunda (menos de 50cm de profundidad), se
hace una sola observación a 0.6 de la profundidad total.
Las mediciones periódicas del caudal y, las observaciones simultaneas de
nivel, suministran la información básica, para una curva de calibración, curva de
caudal o relación nivel – caudal. Para la mayoría de las situaciones es
satisfactorio un gráfico de nivel – caudal. La curva es aproximadamente
parabólica pero puede mostrar algunas irregularidades, si el control cambia entre
los caudales bajos y altos o si la sección transversal es irregular.
VERTEDEROS:
Son estructuras hidráulicas, colocadas en el cauce de una corriente, que
obligan a que el agua aumente su nivel y pase por encima de su estructura. Según
la forma que adopta la sección del agua que pasa por encima de la cresta del
vertedero, éstas se clasifican de distintos modos, siendo los principales:
rectangulares, trapezoidal y triangulares.
VERTEDERO TRIANGULAR:
Los vertederos triangulares se utilizan para medida de gastos pequeños y
con variaciones, ya que la abertura va creciendo hacia arriba y las cargas para
gastos pequeños son fácilmente apreciables. El ángulo puede ser cualquiera.
La fórmula deducida por H. W. KING es:
Para = 90º => Q = 1,38*h2.50
Para = 45º => Q = 1,34*h2.47
Para = 30º => Q = 0,775*h2.47
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MATERIALES Y EQUIPOS EMPLEADOS
Motobomba:
Marca: AGUAJET.
Qmax: 60 lt/min.
Hmax: 50mts.
HP: 1
Voltaje: 110volt.
Tanque de descarga:
Largo: 0.90mts.
Alto: 0.35mts.
Ancho: 0.60mts.
Tanque de alimentación:
Largo: 0.70mts.
Alto: 0.60mts.
Ancho: 0.60mts.
Correntómetro:
Marca: GLOBAL WATER.
Apreciación: 0.01 m/s.
Cronómetro:
Marca: ULTRAK 330.
Apreciación: 1/100s.
Capacidad: 24hr.
Agua.
Jarra plástica.
Cilindro graduado:
Marca: KLASSE.
Apreciación: 20ml.
Capacidad: 2000ml.
Regla:
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Marca: no visible.
Apreciación: 1mm.
Capacidad: 30cm.
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Se llena el tanque de alimentación y de descarga hasta un nivel adecuado.
2. Luego se ajusta una primera abertura de la válvula y se espera a que se
estabilice el flujo.
3. Con un correntómetro se toman tres lecturas: velocidad máxima, velocidad
media en un tiempo dado (20seg.), colocándolo en el centro del ancho del
tanque (paralelo con la salida de agua), y cada lectura se hará a distancias
longitudinales equidistantes (28cm, 58cm y 84cm).
4. El correntómetro se coloca a una profundidad equivalente al 60% de la
altura del agua.
5. Este procedimiento se repite para una segunda y tercera abertura.
6. Adicional a las lecturas hechas en el correntómetro, se toman las lecturas
de las alturas en el tanque de descarga y en el vertedero.
7. Para cada abertura se realiza un aforo, es decir, se toma un volumen de
agua con una jarra y simultáneamente el tiempo con el cronómetro.
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TABLA DE RESULTADOS
ABERTURA N°1
Prog. Long.(cm)
VMAX(M/S)
VMED(M/S)
QMAX.
(M3/S)QMED
(M3/S)Q°
(M³/S)
28 2,9 1,80 0,1503 0,0933
3,301*10-458 1,6 1,15 0,0836 0,0601
84 1,0 0,83 0,0535 0,0444
Promedio 1,833 1,260 0,0958 0,0659
ABERTURA N°2
Prog. Long.(cm)
VMAX(M/S)
VMED(M/S)
QMAX.
(M3/S)QMED
(M3/S)Q°
(M³/S)
28 4,31 3,69 0,2388 0,2044
8,855*10-458 2,10 1,65 0,1191 0,0936
84 1,80 1,13 0,1056 0,0663
Promedio 2,737 2,157 0,1545 0,1214
ABERTURA N°3
Prog. Long.(cm)
VMAX(M/S)
VMED(M/S)
QMAX.
(M3/S)QMED
(M3/S)Q°
(M³/S)
28 5,2 3,76 0,2898 0,2095
8,868*10-458 2,5 1,97 0,1418 0,1117
84 2,0 2,00 0,1173 0,1173
Promedio 3,233 2,577 0,1830 0,1462
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En la tabla de resultados, se puede observar que los valores de los caudales
promedio máximo y medio van disminuyendo a medida que el agua sigue su
recorrido hasta el vertedero. Sin embargo, para la abertura 3 de la llave en la
progresiva longitudinal 84 el caudal medio es mayor que en la progresiva 58;
esta diferencia puede deberse a el resalto hidráulico que se produce en el
sistema, el cual es más notorio a mayores velocidades.
Las gráficas de Qmax vs. Vmax y Qmed vs. Vmed dieron como resultado
rectas, permitiendo concluir que las variables en cada una de ellas tienen un
comportamiento directamente proporcional.
La gráfica Qº vs. h también dio como resultado una recta, demostrando así
que la altura del vertedero aumenta de manera directamente
proporcionalmente a medida que aumenta el caudal real en el vertedero.
La gráficas Qmax vs. Hsistema y Qmed vs. Hsistema, a diferencia de las
anteriores, dieron como resultado una curva, en las que se puede interpretar
que a medida que aumenta el caudal dentro del sistema la atltura tambien
aumenta casi de manera proporcional hasta un punto en el cual la altura tiende
a permaner casi constante.
Se recomienda para evitar errores en los valores de velocidad, estar pendiente
de que el correntómetro se encuentre en línea con la salida del agua a través
de la tubería.
Se recomienda una nueva calibración del aparato, ya que este se encuentra
inclinado, lo cual provoca errores en los valores resultantes de los ensayos.
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FORMULAS EMPLEADAS
QMAX = VMAX*A
QMED = VMED*A
QMAX.PROM =
QMED.PROM =
VMAX.PROM =
VMED.PROM =
Q° =
QAFORO =
QCAL = 1.38h2,5
A = b*H
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NOMENCLATURA
Q :Caudal o gasto (m³/s).
QMAX :Caudal máximo (m³/s).
QMED :Caudal medio (m³/s).
QMAX.PROM :Caudal máximo promedio (m³/s).
QMED.PROM :Caudal medio promedio (m³/s).
VMAX.PROM :Velocidad máxima promedio (m/s).
VMED.PROM :Velocidad media promedio (m/s).
Q° :Caudal real del vertedero (m³/s).
b :Ancho del tanque de descarga (m).
H :Altura de agua en el tanque de descarga para cada abertura (m).
h :Altura de agua en el vertedero (m).
V :Volumen de agua que sale por el vertedero (m³).
t :Tiempo (s).
n :Número de muestras para cada abertura.
A :Área de la sección transversal del tanque de descarga (m²).
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EJEMPLO DE CALCULOS
PARA LA ABERTURA N°1
QMAX = 2,9m/s*0.54m*0,0960m => QMAX = 0,1503 m³/s.
QMAX = 1,6m/s*0.54m*0,0968m => QMAX = 0,0836 m³/s.
QMAX = 1,0m/s*0.54m*0,0990m => QMAX = 0,0535 m³/s.
QMAX.PROM =
QMed = 1,80m/s*0.54m*0,0960m => QMed = 0,0933 m³/s.
QMed = 1,15m/s*0.54m*0,0968m => QMed = 0,0601 m³/s.
QMed = 0,83m/s*0.54m*0,0990m => QMed = 0,0444 m³/s.
QMed.PROM =
VMAX.PROM =
VMED.PROM =
QCAL = 1.38*(0.037)2,5 => QCAL = 3,634*10-4 m³/s.
QAFORO =
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Q° =
ASIGNACION
1. Calcular el caudal máximo promedio (Qmax) para cada abertura.
Ver tabla de resultados.
2. Calcular el caudal medio promedio (Qmed) para cada abertura.
Ver tabla de resultados.
3. Calcular el caudal real (Q°) que pasa por el vertedero para cada abertura.
Ver tabla de resultados.
4. Trazar las siguientes curvas:
Qmax vs Vmax
Qmed vs Vmed
Qmax vs Hsistema
Qmed vs Hsistema
Q° vs h
Ver gráficos.
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ESQUEMA
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BIBLIOGRAFIA
STREETER, Wyle. 1987. MECÁNICA DE LOS FLUIDOS. Editorial McGraw
Hill. México.
MERRIT, Frederick. 1992. MANUAL DEL INGENIERO CIVIL. Tercera edición.
Editorial McGraw Hill. México.
CHENG, Liu. MECANICA DE LOS FLUIDOS E HIDRAULICA. Editorial McGraw
Hill. Madrid.
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