Aforos De Caudal.docx

AFORO DE CAUDAL

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL

UNIVERSIDAD DE LA COSTA CUC

BARRANQUILLA/ATLANTICO

2019

AFORO DE CAUDAL 1.Investigue diferentes métodos de aforo de caudal Aforar es medir un caudal. Se pueden distinguir dos tipos de aforos: Aforos directos: Con algún aparato o procedimiento se mide directamente el caudal Aforos indirectos o continuos: Se mide el nivel del agua en el cauce, y a partir del nivel estimamos el caudal.

Aforos Directos Para medir el caudal diariamente o de un modo continuo en diversos puntos de una cuenca se utilizan los aforos indirectos, por eso también se les denomina continuos. Estimación aproximada con flotadores El procedimiento se basa en medir la velocidad del agua y aplicar a ecuación: Caudal= Sección x Velocidad m3/ seg = m2 x m/seg Para una estimación, la velocidad se calcula arrojando algún objeto que flote al agua, y la sección se estima muy aproximadamente (anchura media x profundidad media). Este procedimiento da grandes errores, pero proporciona un orden de magnitud. A veces se aconseja multiplicar el valor obtenido con flotadores por un coeficiente del orden de 0,7 ó 0,8, ya que con los flotadores suele medirse preferentemente la velocidad en la parte central del cauce, no teniendo en cuenta las partes próximas a las orillas, de velocidades más bajas, obteniéndose un error por exceso. Molinete La medida exacta de la velocidad se realiza con un molinete. Se mide la velocidad de la corriente en varios puntos de la misma vertical y en varias verticales de la sección del cauce.A la vez que se miden las velocidades se mide la profundidad en cada vertical y la anchura exacta del cauce y, lo que nos permite establecer la sección con bastante precisión. Aforos Químicos Su fundamento es el siguiente: Arrojamos una sustancia de concentración conocida a un cauce, se diluye en la corriente, y aguas abajo tomamos muestras y las analizamos. Cuanto mayor sea el caudal, más diluidas estarán las muestras recogidas. La aplicación concreta de este principio se puede ejecutar con dos procedimientos distintos:

Aforos de vertido constante: Este método consiste en inyectar en el río un caudal constante q0 con una concentración de un trazador C1, suponiendo que la corriente de agua ya tenía una concentración Co de esa misma sustancia. Aforos de vertido único o de integración

Si no se dispone del equipo necesario para el vertido continuo o no es posible por otras razones, el vertido único de una sustancia al cauce es otra alternativa, aunque requiere una corriente turbulenta que asegure la mezcla del vertido con todo el caudal circulante hasta el punto de toma de muestras. Aforos Indirectos Escalas Limnimetricas Se trata de escalas graduadas en centímetros y firmemente sujetas en el suelo, a veces adosadas al pilar de un puente. En cauces muy abiertos puede ser necesario instalar varias escalas de manera que el final de una corresponda al comienzo de la siguiente. Es necesario que un operario acuda cada día a tomar nota de la altura del agua. Limnígrafos Miden el nivel guardando un registro gráfico o digital del mismo a lo largo del tiempo. El gráfico que proporcionan (altura del agua en función del tiempo) se denomina limnigrama. No solamente evitan la presencia diaria de un operario, sino que permiten apreciar la evolución del caudal de un modo continuo. Curva de gastos (Rating curve) En cualquiera de los casos, el limnígrafo o la escala limnimétrica solamente miden el nivel del agua, necesitamos una ecuación que convierta el nivel en caudal. Para obtener esta curva para un punto concreto de un cauce, será necesario realizar numerosos aforos directos para establecer la relación entre niveles y caudales, que nos permitirá obtener el caudal a partir de la altura. Aforadores de vertedero (Weirs) Un vertedero es cualquier estructura transversal a la corriente que eleva el nivel aguas arriba y permite la circulación a través de una abertura de forma triangular, trapezoidal o rectangular. La forma triangular es más sensible a la medida de caudales pequeños que ocuparán solamente el vértice el triángulo invertido. En cauces pequeños a veces se realiza una instalación provisional con una placa de metal, plástico o de madera, mientras que en otras ocasiones se trata de construcciones fijas y de mayores dimensiones.

2.Investigue diferentes métodos químicos y de trazadores para la medición de caudal Aforos con trazadores La existencia de corrientes con características especiales tales como: Régimen torrencial, alta pendiente, lechos inestables y líneas de flujo desordena das en las secciones de aforo, hacen poco aplicable el método de aforo convencional (con. molinete); para suplir estos inconvenientes se han utilizado los aforos con trazadores; que permiten conocer el caudal, desconociendo el área de la sección de aforos.

Trazadores Puede definirse como trazador a toda sustancia que incorporada a un proceso físico o químico permita estudiar su comportamiento y evolución. Entre los trazadores empleados pueden citarse los. sólidos en suspensión, los trazadores químicos solubles en el medio bajo estudio, los colorantes y los elementos radioactivos. Tipo de trazadores 1. Cloruro de sodio: La sustancia trazadora más económica es la sal común. Cuando el trazador se inyecta instantáneamente en la corriente, la cantidad requerida no es muy importante y su detección por el método de conductividad es relativamente sencillo, grado de disolución 360 gramos por litro. 2. Dicromato de Sodio: El dicromato de sodio se usa extensamente como trazador en el método de aforo por dilución por su alta solubilidad (600 gramos por litro) y la sal satisface la mayor parte de las condiciones indicadas. El análisis colorimétrico permite medir concentraciones muy reducidas de dicromato de sodio. 3. Cloruro de litio: El cloruro de litio presenta una solubilidad de (600 gramos por litro) el análisis fotométrico de la llama puede detectar concentraciones de litio hasta 10 -4gramos por litro. Otros trazadores químicos utilizados son el yoduro de sodio, nitrato de sodio y sulfato de manganeso. 4. La Rodamina W: El uso de la rodamina está ampliamente difundido en los Estados Unidos de América, para el aforo por dilución, sus características de absorción son mucho mejores que las de otras tintas, pese a que su costo es superior, la concentración de la tinta se puede medir en la estación de aforos

usando fluorimetros que pueden detectar concentraciones de 5 a 10 P.P.MM (5 a 10 en 10 9).

3.Para un rio de gran caudal como lo es el rio Magdalena, cual es el método de aforo más recomendable. Justifique su respuesta. Para un rio de gran caudal como lo es el rio Magdalena, el método de aforo más recomendable es la Medición del caudal por el método de dilución, aplicando el método de inyección instantánea. La medición del caudal por este método depende de la determinación del grado de dilución en el río de una solución trazadora que se añade. Los dos métodos principales que emplean sustancias trazadoras son: el método de inyección a ritmo constante y el método de inyección instantánea. Las condiciones generales son iguales para ambos métodos. Condiciones Generales: Se vierte en la corriente una solución trazadora estable a un ritmo constante o de una vez. El cálculo del caudal requiere del conocimiento de los siguientes factores: a) El coeficiente de inyección para el método de inyección a ritmo constante o la cantidad total inyectada para el método de inyección instantánea. b) La concentración del trazador en la solución inyectada. c) La concentración de] trazador en la corriente después de que se haya diluido completamente en toda la sección transversal. En Colombia se han realizado aforos de caudal del Rio Magdalena usando este método, un ejemplo de esto se muestra en el artículo Determinación de Caudal, tiempos de Tránsito, Velocidad y Coeficiente de Dispersión en el Río Bogotá, Frío y Magdalena utilizando Técnicas Nucleares, realizado por Ernesto Torres Quintero Ingeniero Civil Magíster en Recursos Hidráulicos, Docente Investigador Universidad Libre, Gerardo Munárriz y Danilo Villazón Auxiliares de Investigación, Grupo Tecnoambiental Universidad Libre. Aforo Con Molinete O Correntómetro: Para determinar con mayor exactitud el caudal de una corriente se emplea el aforo con molinete, donde el elemento medidor consiste en una rueda con una serie de aspas que se mueven por la corriente, la rapidez de la rotación de las aspas depende de la velocidad del agua en el punto donde se realiza el aforo. En corrientes superficiales se instalan pequeños molinetes sobre barras que sostienen operarios que caminan por el agua, mientras que cuando se hace la medición del caudal en grandes ríos, las lecturas se realizan desde un puente y el molinete se baja por medio de cables con pesas para retenerlo contra la corriente del río.

El molinete permite medir la velocidad en un único punto y para poder calcular el caudal total de la fuente hídrica se requieren varias mediciones. El procedimiento consiste en medir y trazar sobre un papel cuadriculado la sección transversal de la corriente a aforar y dividirla en tramos que cubran el área total de la sección. La velocidad media correspondiente a cada tramo del río se calcula a partir de la velocidad media medida a diferentes profundidades en el tramo. Cuando se tienen aguas poco profundas, la medición se efectúa en una única lectura a 0,6 metros de la profundidad de la tabla de agua de la fuente. 4.Por el extremo de un canal de sección circular de 5 cm de diámetro sale agua a una velocidad de 0,3 m/s. Determinar el caudal. Calculo de la superficie transversal del canal: 

Se pasa la longitud del diámetro a metros:

5 𝑐𝑚 ∗ 

1𝑚 = 0,05 𝑚 100 𝑐𝑚

Se calcula el radio como la mitad del diámetro: 0,025m 𝑠 = 𝜋 ∗ 𝑟 2 = 3,14 ∗ (0,025𝑚)2 = 0,0019625𝑚2



Reemplazamos valores en la fórmula del caudal: 𝑄 = 𝑠 ∗ 𝑣 = 0,0019625𝑚2 ∗ 0,3

𝑚 = 5,8875 ∗ 10−4 𝑚3 /𝑠 𝑠

5.Determinar el caudal promedio en m3/s de un pozo teniendo en cuenta los siguientes datos: Medición

Volumen (l)

Tiempo

(min) 1

12

2,5

2

12,5

3

3

11

2

4

11,5

2,3

5

13

3,5



Valores en 𝑚3 y en segundos: Tiempo

Caudal

(segundos)

(𝑚3 /𝑠)

Medición

Volumen (𝑚3 )

1

0,012

150

8 ∗ 10−5

2

0,125

180

6,94 ∗ 10−5

3

0,011

120

9,16 ∗ 10−5

4

0,115

138

8,33 ∗ 10−5

5

0,013

210

5,38 ∗ 10−5



El caudal de cada medición se calculó con la fórmula del caudal:

𝑄= 

𝑉 𝑡

Caudal promedio del pozo:

8∗10−5 + 6,94∗10−5 + 9,16∗ 10−5 + 8,33∗ 10−5 + 5,38∗ 10−5 5

= 7,562 ∗ 10−5 𝑚3 /𝑠

Bibliografía: 

Luengas, S. (1990). AFOROS POR DILUCIÓN. Febrero 19, 2019, de INSTITUTO COLOMBIANO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ADECUACIÓN DE TIERRAS Sitio web:

http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/012791/AFOROSPO RDILUCION.pdf 

Sánchez, F. (2013). Medida de Caudales. Febrero 19, 2019, de Dpto. Geología Universidad de Salamanca (España) Sitio web: http://hidrologia.usal.es/temas/Aforos.pdf



IDEAM. (s,f). Medición del Caudal. Febrero 20, 2019, de IDEAM Sitio web: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/012406/Cap11.pdf



Torres, E., Munárriz, G. & Villazón, D. (s.f). DETERMINACIÓN DE CAUDAL, TIEMPOS DE TRÁNSITO, VELOCIDAD Y COEFICIENTE DE DISPERSIÓN EN EL RÍO BOGOTÁ, FRÍO Y MAGDALENA UTILIZANDO TÉCNICAS NUCLEARES. Febrero 20, 2019, de Universidad Libre Sitio web: http://www.unilibre.edu.co/revistaavances/avances-5/r5_art2.pdf