UNIVERSIDAD NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERIA CIVIL
DETERMINACION DE VELOCIDADES CON ELEMENTO FLOTADOR RIO MARAVILLAS Curso: LAB. Hidráulica de Canales y Tuberías Docente: Ing. Hernán Almonte Pilco Presentado por:
ARAPA SACACA YAMILETH ARASELY CALIZAYA COILA ALEXANDER COLQUE MARAZA CINTIA ALEXANDRA CHOQUE PARARI CESAR AUGUSTO CHOQUEHUAYTA QUISPE FREDY ROMAN HANCCO CHAMBI JUANCARLOS MAMANI ARACAYO BRAYAN MAMANI CANAZA JHON BRYAN MAMANI MONTOYA RONALD WERNER PARICAHUA CHAIÑA RICARDO CESAR PERCA RAMOS MIRSA FABIOLA VILCA CONDORI JESUALDO VILCA VILCA RENZO JUNIOR ZAPANA SANCA FREDDY JOEL
Semestre: V “B”
DETERMINACION DE VELOCIDADES CON ELEMENTO FLOTADOR ‘’RIO MARAVILLAS’’
INTRODUCCIÓN En el área de la ingeniera civil y sobre todo en el tema de la Hidráulica es de mucha importancia conocer las características, propiedades y demás temas que afectan a esa sustancia tan importante y fundamental como es el Agua. Por este motivo en el presente trabajo de información detallaremos una de las características de mucha importancia como es el Caudal de un Fluido, en este caso se considerara el caudal de un canal natural. Se escogió un Rio ubicado en la parte este de la ciudad de Juliaca denominada Maravillas, teniendo previos conocimientos sobre el tema de Hidráulica de Canales sobre todo el teórico, el cual nos ayudara para hacer los cálculos correspondientes. Para conocer esas características de dicho rio, aforamos dicho Rio con un plan de trabajo previo realizado. Esto nos permitirá desarrollarnos mas como futuros profesionales que trabajaran por un mundo más sostenible y siempre estando en constante actualización sobro en el tema del Agua ya que es un elemento que esta en contaminación muchas veces y se debe de trabajar con las medidas más responsables posibles.
OBJETIVO
OBJETIVO GENERAL La realización de un estudio practico profundo que determina el caudal o gasto del rio (maravillas aguas arriba) Poner en práctica todo lo adquirido en teoría y así de esta manera estar previstos de hacer un calculo; tanto en áreas como en caudal. OBJETIVO ESPECIFICO
Realizar una revisión bibliográfica acerca de los estudios realizados sobre el comportamiento del rio (maravillas). Recopilar los conceptos fundamentales relacionados con el manejo de las cuencas pertenecientes a ríos. Establecer una guía para la evaluación de las cuencas de ríos de montaña. Establecer las bases para la elaboración de un plan integral de gestión de riesgo para la prevención de catástrofes, como resultado de las crecidas debido a las riadas que tienen lugar en los ríos de montaña. Hallar el área de una sección transversal del rio Determinar la velocidad del flujo que ocurre en el rio.
TABULACIÓN DE DATOS 1 tiempo 12.4 seg TIEMPO PROMEDI O espacio
DATOS PARA HALLAR VELOCIDAD SUPERFICIAL 2 3 4 11.12seg. 13.05 seg 11.05 seg 10.5 seg
AREA 1 (RIO ARRIBA) punt ditancia profundidad o (m) (m) 1 0 0 2 1 0.300 3 2 0.140 4 3 0.240 5 4 0.270 6 5 0.390 7 6 0.430 8 7 0.490 9 8 0.558 10 9 0.563 11 10 0.593 12 11 0.633 13 12 0.643 14 13 0.663 15 14 0.703 16 15 0.713 17 16 0.693 18 17 0.683 19 18 0.723 20 19 0.703 21 20 0.733 22 21 0.843 23 22 0.813 24 23 0.798 25 24 0.823 26 25 0.863 27 26 0.843 28 27 0.888 29 28 0.913 30 29 0.918 31 30 0.918 32 31 0.903 33 32 0.933
5
11.56 S. 50m. DATOS AREAS TABULADAS MEDIO (B') AREA 2 B(RIO ABAJO) punt ditancia profundidad punt ditancia profundidad o (m) (m) o (m) (m) 1 0 0.000 1 0 0.000 2 1 0.022 2 1 0.200 3 2 0.047 3 2 0.049 4 3 0.082 4 3 0.100 5 4 0.102 5 4 0.278 6 5 0.127 6 5 0.264 7 6 0.152 7 6 0.152 8 7 0.152 8 7 0.144 9 8 0.197 9 8 0.189 10 9 0.284 10 9 0.321 11 10 0.402 11 10 0.333 12 11 0.522 12 11 0.423 13 12 0.642 13 12 0.599 14 13 0.732 14 13 0.725 15 14 0.792 15 14 0.792 16 15 0.702 16 15 0.711 17 16 0.412 17 16 0.895 18 17 0.952 18 17 0.999 19 18 1.012 19 18 0.984 20 19 0.932 20 19 0.954 21 20 0.842 21 20 0.921 22 21 0.802 22 21 0.980 23 22 0.892 23 22 0.874 24 23 0.972 24 23 0.954 25 24 1.072 25 24 0.955 26 25 1.062 26 25 0.987 27 26 1.102 27 26 1.085 28 27 0.932 28 27 1.044 29 28 0.862 29 28 1.021 30 29 0.852 30 29 1.065 31 30 0.902 31 30 1.052 32 31 1.047 32 31 1.047 33 32 1.044 33 32 1.042
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
33 0.873 34 0.813 35 0.743 36 0.713 37 0.743 38 0.748 39 0.718 40 0.623 41 0.473 42 0.243 43 0.193 44 0.113 45 0.043 45.7 0.000 distancia total 45.7
34 33 35 34 36 35 37 36 38 37 39 38 40 39 41 40 42 41 43 42 44 43 45 44 46 45 47 46 48 47 49 48 50 49 51 50 52 51 53 52 54 52.1 distancia total 52.10
1.032 1.017 1.032 1.122 1.032 0.887 0.867 0.822 0.772 0.722 0.692 0.587 0.572 0.487 0.507 0.392 0.292 0.172 0.142 0.017 0.000 mts
34 33 1.032 35 34 1.020 36 35 1.032 37 36 1.122 38 37 1.032 39 38 1.022 40 39 0.952 41 40 0.755 42 41 0.777 43 42 0.752 44 43 0.695 45 44 0.602 46 45 0.522 47 46 0.475 48 47 0.584 49 48 0.452 50 49 0.222 51 50 0.175 52 51 0.124 53 52 0.062 54 53 0.000 distancia total 53 mts
MATERIALES PALA Definición. Herramienta para cavar y para recoger y trasladar materiales, en especial blandos o pastosos como arena o tierra, que consiste en una pieza plana de metal, madera o plástico, rectangular o trapezoidal, con los cantos más o menos redondeados, y normalmente algo cóncava, que está sujeta a un mango largo.
JALON
Definición. Un jalón o baliza es un accesorio para realizar mediciones con instrumentos topográficos, originalmente era una vara larga de madera, de sección cilíndrica, donde se monta un prismática en la parte superior, y rematada por un regatón de acero en la parte inferior, por donde se clava en el terreno
CUERDA
Definición. Cuerda gruesa de esparto. "se dispusieron a ayudar en el amarre de uno de los gamos, rodeándole los ijares con la soga; un campanero toca la campana tirando de unas largas sogas" 1. .
EQUIPOS DE PROTECCIÓN INDIVIDUAL O PERSONAL (EPI).
Definición. Se entiende por EPI, cualquier equipo destinado a ser llevado o sujetado por el trabajador para que lo proteja de uno o más riesgos que puedan amenazar su seguridad y/o su salud, así como cualquier complemento destinado al mismo fin.
Definición. Tejido vegetal, constituido por varias capas de células muertas, que recubre la parte exterior del tronco y las ramas de algunos árboles, en especial CORCHO del alcornoque; se caracteriza por su impermeabilidad y elasticidad y se emplea en numerosas industrias, como la del calzado, la pavimentación, etc. 1. Tapón cilíndrico de este tejido que se usa para cerrar botellas
NIVEL DE INGENIERO Definición. El nivel de ingeniero es complementado por la mira o estadal, mediante la cual se puede medir la diferencia de alturas o el desnivel entre dos puntos. Se calcula que el nivel de ingeniero tiene una precisión de +20cm o -20cm por cada 100m.
Definición. Tira larga y estrecha de papel, plástico u otro material flexible. "la caja venía amarrada con cintas; tenía el pelo largo, oscuro, sujeto por detrás con una cinta; en un primer momento fabricaba cintas de máquinas de escribir; (fig) esta zona de cortaduras es de muy reducidas dimensiones, apenas una estrecha cinta CINTA MÉTRICA de 20 km de longitud por uno de anchura" o cinta métrica Cinta que tiene marcada la longitud del metro y sus divisiones y sirve para medir distancias o longitudes. "la modista tomó las medidas con una cinta métrica"
WALKIE-TALKIE
Definición Los comunicadores portátiles o también llamados walkie-talkie o transmisor-receptor portátil o radio comunicador, es un pequeño dispositivo que permite la comunicación entre dos personas distantes, mediante la emisión y recepción de ondas de radio, en diferentes frecuencias según sea el caso.
FUNDAMENTO TEÓRICO 1. AFORO DE UN RIO El aforo es realizado para determinar el flujo o caudal que pasa por una determinada sección de un río en un instante cualquiera en unidades de volumen en m3/seg o p3/seg. 2. HIDROMETRIA
En forma clásica, se define la hidrometría como la parte de la hidrología que tiene por objeto medir el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo dentro de una sección transversal de flujo. La hidrometría aparte de medir el agua, comprende también el planear, ejecutar y procesar la información que se registra de un sistema de riego, sistema de una cuenca hidrográfica, sistema urbano de distribución de agua. 2.2. Sistema Hidrométrico. Es el conjunto de pasos, actividades y procedimientos tendientes a conocer (medir, registrar, calcular y analizar) los volúmenes de agua que circulan en cauces y canales de un sistema de riego, con el fin de programar, corregir, mejorar la distribución del agua. El sistema hidrométrico tiene como soporte físico una red hidrométrica. 2.3. Red Hidrométrica. Es el conjunto de puntos de medición del agua estratégicamente ubicados en un sistema de riego, de tal forma que constituya una red que permita interrelacionar la información obtenida. 3. Puntos de Control. Son los puntos donde se registran los caudales que pasan por la sección. Los puntos de control son de gran variedad de tipos, como: estaciones hidrométricas en el río, la presa de almacenamiento, las compuertas de la estructura de captación o de toma, las obras de toma del canal principal, las caídas, vertedero, etc. 4. Medición de agua. La medición del caudal o gasto de agua que pasa por la sección transversal de un conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua, se conoce como aforo o medición de caudales. Este caudal depende directamente del área de la sección transversal a la corriente y de la velocidad media del agua. La fórmula que representa este concepto es la siguiente: Q=AxV Donde: Q = Caudal o Gasto. A = Área de la sección transversal. V = Velocidad media del agua en el punto. 5. Métodos de Medición 5.1. Método Del Flotador El método del flotador se utiliza cuando no se tiene equipos de medición y para este fin se tiene que conocer el área de la sección 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 pequeño que flote: como un corcho, un pedacito de madera, una botellita lastrada. Él calculo consiste en
Q=Axv v=e/t Donde: V: es la velocidad en m / s e: espacio recorrido en m del flotador t: tiempo en segundos del recorrido e por el flotador A: Área de la sección transversal Q: Caudal 5.2. Método Volumétrico. Se emplea por lo general para caudales muy pequeños y se requiere de un recipiente para colectar el agua. El caudal resulta de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen. Q=V/T Donde: Q: Caudal m3 /s V: Volumen en m3 T: Tiempo en segundos 6. Aforo de Agua Aforar el agua es medir el caudal del agua, en vez de caudal también se puede emplear los términos gasto, descarga y a nivel de campo riegos . Los métodos más utilizados son: aforo con correntómetro aforo con flotadores 7. Aforo de un río con correntómetro El aforo de un río también se hace en una sección transversal del curso de agua a la que llamaremos a la sección de control. El lugar donde siempre se va a aforar el agua, toma el nombre de estación de aforo. El lugar que se escoja para establecer una estación de aforo debe reunir ciertos requisitos, algunos de los cuales fueron mencionados al tratar las condiciones de la sección de aforos.
El tramo del río que se escoja para medir el agua debe ser recto, tanto aguas arriba como agua abajo de la estación de aforo. En este tramo recto, no debe confluir ninguna otra corriente de agua.
La sección de control debe estar ubicada en un tramo en el cual el flujo sea calmado y, por lo tanto, libre de turbulencias, y donde la velocidad misma de la corriente este dentro de un rango que pueda ser registrado por un correntómetro.
El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales, de piedras grandes, bancos de arenas, etc. para evitar imprecisiones en las
mediciones de agua. Estos obstáculos hacen más imprecisas las mediciones en épocas de estiaje.
Tanto agua abajo como aguas arriba, la estación de aforo debe estar libre de la influencia de puentes, presas o cualquier otras construcción que pueda afectar las mediciones.
El sitio debe ser de fácil acceso para realizar las mediciones.
8. Aforo con flotadores Para este método de aforo con flotadores se utiliza generalmente cuando no se tiene correntómetro, existe excesiva velocidades él cause, peligros para las personas y para los equipos. La metodología consiste: Seleccionar un tramo recto Determinar el ancho del cause y las profundidades de este en tres partes de la sección transversal. - Calculo de la velocidad Para medir la velocidad en canales o causes pequeños, se coge un tramo recto del curso de agua , se deja caer el flotador al inicio del tramo que esta debidamente señalado y al centro del curso del agua en lo posible y se toma el tiempo inicial t1; luego se toma el tiempo t2, cuando el flotador alcanza el extremo final del tramo que también esta debidamente marcado; y sabiendo la distancia recorrida y el tiempo que el flotador demora en alcanzar el extremo final del tramo, se calcula la velocidad del curso de agua según la siguiente formula: V=L/T Donde: V: Velocidad L: Longitud del tramo T: Tiempo de recorrido del flotador entre dos puntos del tramo L PREGUNTAS RELEBANTES ¿QUÉ ES EL AFORO DE CAUDALES? Conjunto de operaciones para determinar el caudal en un curso de agua para un nivel observado. ¿QUÉ ES EL CAUDAL DE AGUA? Volumen de agua que fluye a través de una sección transversal de un río o canal en la unidad de tiempo. ¿QUÉ ES EL MÉTODO DE AFORO POR FLOTADORES? El método de aforo por flotadores, es un método de campo, sencillo y rápido para estimar el caudal de agua que pasa en una sección transversal del río. Con este método se calcula las velocidades superficiales de la corriente de un
canal o río, utilizando materiales sencillos (flotadores) que se puedan visualizar y cuya recuperación no sea necesaria. Este método debería ser utilizado en forma provisional hasta que se adquiera o se utilice el correntómetro. ¿CUÁL ES EL FUNDAMENTO DE ÉSTE MÉTODO?
Este método se fundamenta en que los objetos se mueven a la misma velocidad que el agua, en la cual flotan, por consiguiente medir la velocidad del objeto flotante es medir la de la línea de flujo en la cual se mueven. Este método no deberá ser empleado cuando se tema que la medida podría ser afectada por el viento.
¿CUÁNDO SE PUEDE APLICAR EL MÉTODO DE FLOTADORES?
Cuando no se cuente con un correntómetro o equipos de aforo. En periodo de máximas avenidas o crecidas de los ríos y peligra el equipo de correntómetro. Cuando existe peligro para ingresar al agua el Observador hidrológico Cuando los niveles de agua son muy bajos y no permite medir con el correntómetro. Cuando existen algas o sedimentos que impide que se haga mediciones con el correntómetro. Cuando se desea conocer el caudal de la corriente en forma aproximada sin tener que recurrir a la construcción de una estación hidrométrica costosa.
¿CUÁLES SON LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO? Ventajas
Miden directamente la velocidad superficial. No les afecta los acarreos de material. Su costo es pequeño o nulo.
Desventajas
Imprecisión, debido a que miden la velocidad superficial Imposibilidad de controlar su trayectoria, sobre todo en ríos amazónicos. Dificultad de utilizarlos cerca de las márgenes.
CÁLCULOS
FACTOR DE CORRECCION ARROYO: Rio pequeño y de escaso caudal y profundidad que puede secarse. Rio profundo y lento: Fc = 0.75
Q=v∗A Dónde: Q = caudal V = velocidad A = área HALLANDO LA VELOCIDAD
e=v∗t Donde : e = espacio v = velocidad t= tiempo TIEMPO T1 = 12.40 min = 744 seg T2 = 11.12 min = 667.20 seg T3 =13.05 min = 783 seg T4 = 11.05 min = 664.80 seg T5 = 10.5 min = 618 seg ESPACIO e = 50 metros DESPEJANDO LA VELOCIDAD
V=
V=
50 m 695.40 s eg
V =0.07190 m/ s
e t
Tp = 695.40 seg
HALLANDO LA VELOCIDAD MEDIA
Vm=Fc∗Vs Donde: Vm = velocidad media Fc= factor de corrección Vs = velocidad superficial
REEMPLAZANDO LOS DATOS
Vm=0.75∗0.07190m/ s Vm=0.0539 m/s
HALLANDO CAUDAL Q=v∗A
REEMPLAZANDO DATOS
Q=0.0539 m/s∗100.7260 m 2
Q=5.429 m3 /s
TABULACIÓN DE RESULTADOS TABULACION DE RESULTADOS
TIEMPO PROMEDIO
695.40 seg
ESPACIO
50 metros
VELOCIDAD SUPERFICIAL
0.07190 m/s.
FACTOR DE CORRECION
0.75
VELOCIDAD MEDIA AREA CAUDAL
0.0539 m/s 100.7260 m2 5.429 m3/s
GRÁFICO
OBSERVACIONES
El método del flotador se utiliza cuando no se tiene equipos de medición o un correntómetro. Podemos utilizar como flotador cualquier cuerpo pequeño que flote: como un corcho, un pedazo de madera. Cuando existe excesiva velocidad del agua que dificulta el uso del correntómetro. Cuando existe presencia frecuente de cuerpos extraños en el curso del agua, que dificulta el uso del correntómetro. Cuando peligra la vida del que efectúa el aforo. Cuando peligra la integridad del correntómetro. Es recomendable seleccionar un tramo recto del cauce de 20 metros de longitud. Es recomendable realizar el aforamiento en una hora indicada para no tener problemas con las inclemencias del día. Determinar el ancho del cauce y las profundidades en tres sectores. Se escogió una zona de aforamiento considerablemente regular para que de esta manera se pueda hallar el área de la sección transversal. Se midió el área de la sección tomando la profundidad de todo el tramo de la sección transversal cada 1mt. Se realizó 3 mediciones de velocidad en un tramo de 50mt.
RECOMENDACIONES Se recomienda para el aforamiento de un rio usar implementos de seguridad como son sogas, con el fin de evitar accidentes como también a resistir ser llevado por la fuerza del agua, que se requiere ser sujetado por otra persona a orillas del rio. Se recomienda tener una porción de conocimiento con respecto al ensayo, para evitarse tener problema durante el proceso de aforamiento. Tener presente para iniciar el aforamiento una organización en grupo y designar a cada estudiante un puesto determinado durante el proceso de aforamiento y así poder trabajar sin desorientarse. Para realizar el aforamiento de un rio se recomienda tener un punto fijo y hacer el ensayo de ríos arriba como también ríos abajo. Se recomienda usar herramientas en un buen estado para evitarnos tener problemas en el desarrollo del aforamiento, bueno en nuestro caso se usó un nivel de ingeniero para determinar el nivel de agua junto a la ayuda de una mira. Como también dependerá esto al método a la cual se esté empleando. Se recomienda estar en buenas condiciones de salud para poder medir el tirante del agua en el rio a cada cierta dimensión hasta poder llegar
al otro extremo de la orilla (caso sea la profundidad no mayor a 2 metros) En casos de zonas de un rio extremadamente profundo se recomienda usar pequeñas embarcaciones. Para la determinación de la velocidad superficial, se recomienda usar un elemento flotador, y con ello hacer el cálculo de la velocidad, teniendo en cuenta la distancia que recorrerá a cierto tiempo. Para la determinación de su área del agua se recomienda hacer el uso del AutoCAD colocando los datos correspondientes. Para la determinación del caudal del agua, será necesario obtener la velocidad media del agua, mediante la caracterización del material podremos encontrar un coeficiente de corrección por la cual multiplique a la velocidad superficial, y a través de este multiplicarlo por el área determinado del agua.
CONCLUSIONES
Este método es uno de las más sencillos y prácticos a la hora de hallar el caudal y área. con la siguiente práctica se pudo hallar el área promedio de una sección del rio y también la velocidad y con esos datos fue posible hallar el caudal de rio Maravillas. El caudal que hallamos es una cantidad considerable tomando en cuenta todo lo observado y las conclusiones dadas,
BIBLIOGRAFIA
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