PRACTICA N 01 AFORO DE CAUDALES CIRCULANTES EN RIO CLARO - JAMUNDI

VANESSA GARCA CARDONA CODIGO 0635347

UNIVERSIDAD DEL VALLE ESCUELA DE INGENIERA CIVIL Y GEOMTICA INGENIERA TOPOGRFICA MARZO 12 DE 2010 1

PRACTICA N 01 AFORO DE CAUDALES CIRCULANTES EN RIO CLARO - JAMUNDI

VANESSA GARCA CARDONA CODIGO 0635347

Trabajo presentado a la asignatura Topografa Aplicada

Profesor Alberto Higuera

UNIVERSIDAD DEL VALLE ESCUELA DE INGENIERA CIVIL Y GEOMTICA INGENIERA TOPOGRFICA MARZO 12 DE 2010 2

TABLA DE CONTENIDO

PG. INTRODUCCIN ............................................................................................................ 4 1. OBJETIVOS ............................................................................................................... 5 1.1 Objetivo General ....................................................................................................... 5 1.2 Objetivos Especficos ............................................................................................... 5 2. JUSTIFICACIN ........................................................................................................ 6 2. MARCO TERICO .................................................................................................... 7 2.1 Aforo .......................................................................................................................... 7 2.2 Mtodo de medida de velocidades ............................................................................ 7 2.2.1 Mtodo del correntmetro o molinete .......................................................... 7 2.2.2 Mtodo del flotador ...................................................................................... 8 2.2.3 Mtodo del vertedero ................................................................................... 9 2.2.4 Mtodo volumtrico.................................................................................... 11 3. MATERIAL Y EQUIPO ............................................................................................. 11 4. METODOLOGA ...................................................................................................... 12 5. RESULTADOS OBTENIDOS ................................................................................... 14 6. CONCLUSIONES .................................................................................................... 19 BIBLIOGRAFA ............................................................................................................ 20

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INTRODUCCIN La cantidad y frecuencia de los caudales circulantes son unos componentes esenciales que determinan la calidad del agua, la capacidad de abastecimiento y la integridad ecolgica del ecosistema de ribera. De hecho, el caudal est ntimamente relacionado con los procesos geomorfolgicos, fsicos, qumicos y biolgicos del ecosistema, por lo que se considera una variable fundamental de estudio para diferentes proyectos de ingeniera.

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1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General Obtener la medida del caudal en una seccin de Rio Claro - Jamundi en un instante determinado Q(t). 1.2 Objetivos Especficos Calcular el rea de la seccin transversal del flujo de agua. Medir la velocidad media de este flujo.

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2. JUSTIFICACIN Este trabajo se realiza como complemento a la formacin de los estudiantes de ingeniera topogrfica, en la asignatura de topografa aplicada, buscando acercar a los estudiantes a problemas mas reales que se pueden presentar en su futura vida laboral, como lo son los aforos de caudales circulantes. Al desarrollar esta prctica se pretende que los estudiantes apliquen en el terreno los conocimientos tericos adquiridos a lo largo de la carrera y adquieran destreza en cuanto a la manipulacin de equipos topogrficos, calculo y toma de datos para un aforo en Rio Claro - Jamundi.

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3. MARCO TERICO 3.1 Aforo El aforo de una corriente de agua es la medida del caudal circulante que pasa por una seccin en un momento determinado: , donde V es la velocidad de la corriente y A es la seccin que es atravesada por la corriente. La medicin de caudal se puede desarrollar por varios mtodos diferentes y su eleccin depende del tipo de fuente superficial o vertimiento que se pretenda aforar, de las caractersticas del sitio y de las condiciones al momento de su realizacin. Existen diferentes tipos de aforo, dentro de los cuales se encuentran: 3.2 Mtodos de medida de velocidades Los mtodos de aforo basados con este mtodo son los ms empleados; se requiere medir el rea de la seccin transversal del flujo de agua y la velocidad media de este flujo.

Donde: Q es el caudal del agua. A es rea de la seccin transversal del flujo de agua. v es la velocidad media del agua. 3.2.1 Mtodo del correntmetro o molinete En este mtodo la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado correntmetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Existen varios tipos de correntmetros, siendo los mas empleados los de hlice de los cuales hay de varios tamaos; cuando ms grandes sean los caudales o ms altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamao del aparato. Cada correntmetro debe tener un certificado de calibracin en el que figura la formula para calcular la velocidad sabiendo l numero de vueltas o revoluciones de la hlice por segundo. Estos correntmetros se calibran en laboratorios de hidrulica: una formula de calibracin es la siguiente

Donde:

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es la velocidad del agua, en es l numero de vueltas de la hlice por segundo. es el paso real de la hlice en metros. es la llamada velocidad de frotamiento en Como el Correntmetro mide la velocidad en un punto, para obtener la velocidad media de un curso de agua se deben en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o ms puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del agua. Las profundidades en las cuales se mide las velocidades con el correntmetro en funcin de la altura del tirante de agua d. Tirante de agua ( d ) Profundidad de lectura del Correntmetro cm < 15 0,6 d > 45 0,2 d y 0.8 d 0.2 d, 0.6 d y 0.8 d cm

Conocidas las profundidades se calcula el rea de la seccin transversal, la que se utilizara para l clculo del caudal Donde: V velocidad determinada con el correntmetro A rea de la seccin transversal

3.2.2 Mtodo del flotador El mtodo del flotador se utiliza cuando no se tiene equipos de medicin y para este fin se tiene que conocer el rea de la seccin y la velocidad del agua, para medir la velocidad se utiliza un flotador con el se mide la velocidad del agua de la superficie, pudiendo utilizarse como flotador cualquier cuerpo pequeo que flote: como un corcho, un pedacito de madera, una botellita lastrada, Este mtodo se emplea en los siguientes casos:

A falta de correntmetro. Excesiva velocidad del agua que dificulta el uso del correntmetro. 8

Presencia frecuente de cuerpos extraos en el curso del agua, que dificulta el uso del correntmetro. Cuando peligra la vida del que efecta el aforo. Cuando peligra la integridad del correntmetro.

l calculo consiste en Donde: Es la velocidad en Espacio recorrido en m del flotador Tiempo en segundos del recorrido e por el flotador rea de la seccin transversal Caudal 3.2.3 Mtodo del Vertedero Este mtodo es comnmente utilizado para corrientes de bajo caudal, en plantas de tratamiento de aguas residuales y en industrias que manejan bajos caudales. Segn las caractersticas fsicas (geometra) de la salida del afluente, y en el caso que el mtodo volumtrico sea inoperante, se puede aplicar el mtodo del vertedero, que consiste en una obstruccin hecha en el canal para que el agua (superficial, residual domestica o industrial) retroceda un poco atrs de la obstruccin y fluya sobre o a travs de ella. Si se mide la altura de la superficie lquida corriente arriba es posible determinar el flujo. La posibilidad de utilizar este mtodo depender de las caractersticas del efluente y de las instalaciones que este posea. En caso de tomar la decisin de utilizar un vertedero de geometra conocida implica necesariamente que el flujo del vertimiento se dirija sobre un canal abierto, en el cual se pueda conocer la carga o cabeza (H) de la corriente sobre el vertedero. Con este valor se podr determinar el caudal en el canal. Este mtodo no es muy aplicable por dos razones: a) la mayora de descargas se realizan por medio de tuberas y b) el lograr coincidir un vertedero de geometra conocida (rectangular con o sin contraccin, triangular o trapezoidal) y graduado con el ancho del canal es bastante improbable. En la siguiente tabla se presentan algunas de las de las ecuaciones y caractersticas de los vertederos comnmente utilizados: 9

En caso de encontrar instalado en el afluente un vertedero con una geometra diferente a las consignadas en la tabla anterior, se debe contar con su ecuacin de calibracin para calcular el caudal, de lo contrario no puede determinarse este valor en campo. Si se instala el vertedero en el momento del aforo, se debe tener cuidado de cubrir la totalidad del ancho del canal de manera que todo el flujo se vea represado por el vertedero, adicionalmente se recomienda tener las siguientes precauciones: Utilizar vertederos triangulares para descargas pequeas, en dnde se debe cuidar que la cabeza (H) mnima sea de 6 cm y la mxima de 60 cm. La placa del vertedor debe ser una hoja metlica o de otro material con poca aspereza, ya que al aumentar la aspereza del lado de la corriente aguas arriba de la placa del vertedero el coeficiente de la ecuacin de calibracin aumenta, al incrementarse el espesor de la capa lmite.

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3.2.4 Mtodo volumtrico Este mtodo se aplica cuando la corriente o vertimiento presenta una cada de agua en la cual se pueda interponer un recipiente; se requiere un cronmetro y un recipiente aforado (balde de 10 o 20 litros con graduaciones de 1 L, o caneca de 55 galones con graduaciones de 1 a 5 galones). Se utiliza un balde para caudales bajos o una caneca cuando se deban manejar grandes caudales. El recipiente debe ser colocado bajo la corriente o vertimiento de tal manera que reciba todo el flujo; simultneamente se activa el cronmetro. Este proceso inicia en el preciso instante en que el recipiente se introduce a la corriente o vertimiento y se detiene en el momento en que se retira de ella. Se toma un volumen de muestra cualquiera dependiendo de la velocidad de llenado y se mide el tiempo transcurrido desde que se introduce a la corriente o vertimiento hasta que se retira de ella. El caudal se calcula de la siguiente manera:

Donde = Caudal en litros por segundo, L/s = Volumen en litros, L = Tiempo en segundos, s Este mtodo tiene la ventaja de ser el ms sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que sale por la corriente o vertimiento; se debe evitar la prdida de muestra en el momento de aforar, as como represamientos que permitan la acumulacin de slidos y grasas. Este mtodo es de fcil utilizacin en el caso que el suelo donde se disponga la caneca sea firme y no permite que esta se hunda o se mueva. Dentro de los principales problemas que se pueden presentar es la manipulacin de las canecas por su peso exagerado. 3. MATERIAL Y EQUIPO Para esta prctica se hizo uso de los siguientes instrumentos: Nivel de precisin. Mira. Estacones. Piola. 11

Bolas de icopor de 4 tamaos diferentes. Cronometro. 4. METODOLOGA 4.1 Trabajo de campo Para la realizacin de esta prctica nos desplazamos hasta el municipio de Jamundi para realizar un aforo a Rio claro.

Inicialmente, se selecciono un tramo del cause del rio de 60 metros de distancia, el cual se subdividi en 5 secciones transversales que se asignaron a cada uno de los grupos de trabajo, para realizar el aforo se empleo el mtodo de flotadores, ya que no se contaba con equipo especializado que midiera la velocidad entre los diferentes puntos de la seccin. Luego de tener definida la seccin del rio que se va a aforar, se hallo la velocidad promedio del rio, para ello se tiraron 4 bolas de icopor de diferentes tamaos, desde el inicio hasta el final de la seccin de estudio y se tomaron los tiempos respectivos para cada una de ellas, con un cronometro.

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Lanzamiento

Bola 1 1'27,61'' 1'32,06'' 1'28,05'' 1'31,95'' 1'22,82'' 1'22,64''

Bola 2 1'27,63'' 1'27,66'' 1'27,68'' 1'27,68'' 1'24,08'' 1'24,09'' 1'23,57'' 1'23,84'' 1'23,86'' 1'17,91'' 1'18,62'' 1'18,45'' 1'18,21'' 1'18,41''

Bola 3 1'16,92'' 1'17,27'' 1'17,20'' 1'16,40'' 1'20,84'' 1'19,98'' 1'21,10'' 1'21,45'' 1'21,51'' 1'24,59'' 1'24,84'' 1'24,98'' 1'24,64'' 1'25,07''

Bola 4 1'16,87'' 1'17,09'' 1'16,43'' 1'16,66'' 1'15,54'' 1'15,12'' 1'15,60'' 1'15,10'' 1'15,09'' 1'19,00'' 1'18,92'' 1'18,94'' 1'18,77'' 1'18,79''

#1

#2

1'22,73'' 1'22,95'' 1'22,84'' 1'29,84'' 1'29,76''

#3

1'29,76'' 1'30,00'' 1'29,96''

Despus de tomar los datos del tiempo para poder con ellos posteriormente calcular la velocidad, se realiza un absisado de las secciones, para poder hallar con estos datos el rea aproximada de las secciones trasversales del rio, para iniciar nos dan el valor de las coordenadas de la ABS 00 de la seccin 5 (1056810E, 847181N), el cual fue tomado con un GPS y el acimut de la lnea principal que va paralela al rio que es 310 , y se defini un BM para todos los grupos, todo esto par poder empezar a hallar las coordenadas de cada punto y sus cotas respectivas. Los datos que se tomaron fueron terrenos, borde del rio a ambos lados, y diferentes fondos de este, la cartera obtenida fue la siguiente.ABS 00 2 4 6,6 7 7,2 7,7 8 11 16 20 26 27,3 27,4 27,7 Vi -1,201 -1,329 -1,332 -1,448 -2,508 -3,02 -3,245 -3,32 -3,135 -2,96 -2,835 -2,721 -2,716 -2,508 -2,355 DESC. TERRENO TERRENO TERRENO BORDE RIO NIVEL AGUA FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO NIVEL AGUA BORDE RIO

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28,6 30

-1,829 -1,679

TERRENO TERRENO

5. RESULTADOS OBTENIDOS A partir de los datos tomados con cada una de las bolas de icopor que corrieron a travs el rio, se hallo el tiempo promedio:

Hallado el tiempo promedio , podemos hallar la velocidad, con la formula: Luego hallamos el rea de las secciones transversales del rio, pero para esto se debe completar la cartera que se tom en el campo con las coordenadas Nortes, Estes y las cotas par cada una de las secciones: Seccin 1:SECC COORDENADAS (ABS-00) AZIMUTH SENTIDO A BAJO COTA BM V+ Hi 1 N E 220 I-D 980 1,443 981,443 SECCION No. 1 ABS 0 1 1,32 5 10 15 20 20,09 21,47 25,24 V-1,361 -1,506 -2,803 -3,502 -3,343 -3,121 -2,98 -2,803 -1,989 -1,554 COTA 980,082 979,937 978,640 977,941 978,100 978,322 978,463 978,640 979,454 979,889 N 847219,567 847218,801 847218,556 847215,737 847211,907 847208,077 847204,246 847204,177 847203,120 847200,232 E 847219,567 847218,924 847218,719 847216,353 847213,139 847209,925 847206,712 847206,654 847205,767 847203,343 DESC TERRENO BORDE RIO NIVEL AGUA FONDO FONDO FONDO FONDO NIVEL AGUA BORDE RIO TERRENO 847219,567 847219,567

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Seccin 2:SECC COORDENADAS (ABS-00) AZIMUTH SENTIDO A BAJO COTA BM V+ Hi 2 N E 220 I-D 980 1,373 981,373 SECCION No. 2 ABS 0 1,55 2,03 5 10 15 20 21,13 22,78 24,86 V-1,388 -1,558 -2,743 -3,335 -3,277 -3,11 -3,071 -2,743 -2,074 -1,633 COTA 979,985 979,815 978,630 978,038 978,096 978,263 978,302 978,630 979,299 979,740 N 847209,925 847208,738 847208,370 847206,095 847202,265 847198,435 847194,605 847193,739 847192,475 847190,882 E 1056775,528 1056774,532 1056774,223 1056772,314 1056769,100 1056765,886 1056762,672 1056761,946 1056760,885 1056759,548 DESC TERRENO BORDE RIO NIVEL AGUA FONDO FONDO FONDO FONDO NIVEL AGUA BORDE RIO TERRENO 847209,925 1056775,528

Seccin 3:SECC COORDENADAS (ABS-00) AZIMUTH SENTIDO A BAJO COTA BM V+ Hi 3 N E 220 I-D 980 1,408 981,408 SECCION No. 3 ABS 0 0,91 1,22 2,22 5 10 V-1,585 -1,599 -2,092 -2,790 -3,471 -3,350 COTA 979,823 979,809 979,316 978,618 977,937 978,058 N 847200,284 847199,587 847199,349 847198,583 847196,453 847192,623 E 1056787,019 1056786,434 1056786,234 1056785,592 1056783,805 1056780,591 DESC TERRENO TERRENO BORDE RIO NIVEL AGUA FONDO FONDO 847200,284 1056787,019

15

15 20 22,2 22,4 23,05 23,83 24,88 27,15

-3,228 -3,095 -2,976 -2,790 -2,689 -2,060 -1,729 -1,703

978,180 978,313 978,432 978,618 978,719 979,348 979,679 979,705

847188,793 847184,963 847183,277 847183,124 847182,626 847182,029 847181,224 847179,486

1056777,377 1056774,163 1056772,749 1056772,620 1056772,202 1056771,701 1056771,026 1056769,567

FONDO FONDO FONDO NIVEL AGUA BORDE RIO TERRENO TERRENO TERRENO

Seccin 4:SECC COORDENADAS (ABS-00) AZIMUTH SENTIDO A BAJO COTA BM V+ Hi 4 N E 220 I-D 980 1,327 981,327 SECCION No. 4 ABS 0 2,06 3,31 5 10 15 20 24,41 25,88 27,7 V-1,417 -1,570 -2,710 -3,235 -3,245 -3,154 -3,025 -2,710 -1,753 -1,553 COTA 979,910 979,757 978,617 978,092 978,082 978,173 978,302 978,617 979,574 979,774 N 847190,642 847189,064 847188,106 847186,812 847182,981 847179,151 847175,321 847171,943 847170,817 847169,422 E 1056798,509 1056797,185 1056796,382 1056795,295 1056792,081 1056788,868 1056785,654 1056782,819 1056781,874 1056780,704 DESC TERRENO BORDE RIO NIVEL AGUA FONDO FONDO FONDO FONDO NIVEL AGUA BORDE RIO TERRENO 847190,642 1056798,509

Seccin 5:SECC COORDENADAS (ABS-00) AZIMUTH SENTIDO A BAJO COTA BM V+ Hi 5 N E 220 I-D 980 0,981 980,981 847181 1056810

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SECCION No. 5 ABS 0 2 4 6,6 7 7,2 7,7 8 11 16 20 26 27,3 27,4 27,7 28,6 30 V-1,201 -1,329 -1,332 -1,448 -2,508 -3,02 -3,245 -3,32 -3,135 -2,96 -2,835 -2,721 -2,716 -2,508 -2,355 -1,829 -1,679 COTA 979,780 979,652 979,649 979,533 978,473 977,961 977,736 977,661 977,846 978,021 978,146 978,260 978,265 978,473 978,626 979,152 979,302 N 847181,000 847179,468 847177,936 847175,944 847175,638 847175,484 847175,101 847174,872 847172,574 847168,743 847165,679 847161,083 847160,087 847160,010 847159,781 847159,091 847158,019 E 1056810,000 1056808,714 1056807,429 1056805,758 1056805,500 1056805,372 1056805,051 1056804,858 1056802,929 1056799,715 1056797,144 1056793,288 1056792,452 1056792,388 1056792,195 1056791,616 1056790,716 DESC TERRENO TERRENO TERRENO BORDE RIO NIVEL AGUA FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO FONDO NIVEL AGUA BORDE RIO TERRENO TERRENO

Obtenidos todos los datos de cada una de las secciones, aplicamos el mtodo de las cruces par hallar las reas de cada una de las secciones, teniendo en cuenta que este mtodo se aplica solo par los valores que estn entre nivel y nivel del rio: rea seccin 1980.500 980.000 979.500 979.000 978.500 978.000 977.500 0 5 10 15 20 25 30

rea seccin 2 =

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980.500 980.000 979.500 979.000 978.500 978.000 977.500 0 5 10 15 20 25 30

rea seccin 3 =980.000 979.500 979.000 978.500 978.000 977.500 0 5 10 15 20 25 30

rea seccin 4 =980.500 980.000 979.500 979.000 978.500 978.000 977.500 0 5 10 15 20 25 30

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rea seccin 5 =980.000 979.500 979.000 978.500 978.000 977.500 0 5 10 15 20 25 30 35

Ahora obtenemos el promedio de estas reas con:

Conseguidos estos datos, podemos calcular el caudal (Q):

6. CONCLUSIONES En primer lugar debe mencionarse que es fundamental en este tipo de trabajos el coordinar bien al equipo, ya que se requiere de mucha cooperacin entre los miembros del grupo para manejar los equipos y realizar las mediciones de manera correcta. Es muy indispensable conocer y realizar este tipo de prcticas, ya que es un proceso utilizado en el campo laboral, y es importantsimo realizar practicas ya que aqu se aplica la teora aprendida en el transcurso de la carrera, y se desarrollan destrezas necesarias para tomar datos montar equipo, entre otras. El valor que mayor error puede presentar es la velocidad, dado que no se contaba de un equipo que la midiese con exactitud, pero para tratar de solucionar este inconveniente se tomaron muchas medidas con diferentes masas y se promediaron, para as tratar de minimizar el error.

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6. BIBLIOGRAFA Hidrologa; Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Departamento de Ingeniera Civil, 2008. Hidrologa superficial: medidas y tratamiento de los datos. Enlace: http://web.usal.es/~javisan/hidro/temas/T050.pdf Hidrologa para Ingenieros;Linsley, Kholer y Paulus (1982);, Editorial McGraw-hill, Bogot (Colombia). Hidrologa; Rolando SpringallL, Universidad Autnoma de Mxico. 1976.

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Anexo 1Plano de la seccin estudiada de Rio Claro

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