UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA

Carrera Profesional de Ingeniería Civil

Tema:

PRÁCTICA DE CAMPO N° 01: ESTIMACIÓN DE

CAUDAL POR EL MÉTODO DE FLOTADORES

Curso: Hidráulica de Canales y Tuberías.

Alumnos: Becerra Moro, Jean Paul.

Caruanambo Cortés, Guillermo Eduardo.

Huaripata Ocas, Wilis Javier.

Marín Honores, Walter.

Docente: Ing. Walter H. Pompa Marín.

Fecha: Cajamarca, 29 de Setiembre de 2015.

Estimación de caudal por el método de flotadores |

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Contenido

1. Introducción ......................................................................................................................... 2

2. Objetivos de la práctica ..................................................................................................... 2

3. Ubicación de la práctica ..................................................................................................... 2

4. Materiales y/o equipos utilizados ..................................................................................... 3

5. Marco teórico ....................................................................................................................... 3

a. Evaluación de Recursos Hídricos ..................................................................................... 3

b. Definición de caudal (Q ) ..................................................................................................... 4

c. Medición de aforo con flotadores ...................................................................................... 4

i. Características del flotador ................................................................................................ 5

ii. Características del cauce a aforar .................................................................................... 6

6. Presentación de Resultados ............................................................................................. 6

i. Cálculo del área de la sección transversal A .................................................................. 6

ii. Formato Control de descarga – método flotadores ........................................................ 7

7. Conclusiones ....................................................................................................................... 7

8. Recomendaciones .............................................................................................................. 7

9. Referencia Bibliográfica ..................................................................................................... 7

10. Anexos: Panel fotográfico ................................................................................................. 8

Estimación de caudal por el método de flotadores |

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1. Introducción

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.

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 él se mide la velocidad del agua de la superficie,

pudiendo utilizarse como flotador cualquier cuerpo pequeño que flote: como una

pelota de ping pong, una botella plástica, pelotas de tenis o también un fluido que

se pueda distinguir en el agua como un tinte.

En el caso de la medición realizada se aplicó el método de flotador mediante una

botella plástica, para determinar el caudal de un canal de tierra. Se aplicó el

procedimiento proporcionado por el docente.

2. Objetivos de la práctica

Determinar el caudal de un canal de tierra mediante el método de flotadores.

3. Ubicación de la práctica

Distrito de Otuzco, Provincia, Departamento y Región Cajamarca.

Coordenadas UTM: 78,0381.96 m E, 9'210,407.72 m N.

Figura 1: Vista aérea de la ubicación del canal de estudio. Fuente: Google Earth 2015.

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4. Materiales y/o equipos utilizados

Wincha de 8 m y 60 m.

Cronómetro digital (aplicación de celular).

Nivel.

Un objeto flotante, en este caso 1 botella plásticas (envase vacío de 500 ml

agua mineral).

Cordel para señalizar inicio y final del tramo de referencia.

Formato de control de descarga – método de flotadores.

Equipo de protección personal.

Cámara fotográfica.

Figura 2: Equipo utilizado. Fuente: Fotografías de campo del grupo de alumnos.

5. Marco teórico

a. Evaluación de Recursos Hídricos

El agua dulce es vital para todas las formas de vida. Se usa para beberla, para

agricultura, sanidad, industria, ambientes acuáticos, recreación, transporte y

muchas otras funciones. En todos los ecosistemas, el agua interactúa con la

tierra firme, la atmósfera y los seres vivientes. El agua es la característica

integrante que fluye a través de nuestras vidas. Ella refleja nuestro cuidado y

preocupación por los alrededores.

La administración sustentable de nuestros recursos hídricos está por lo tanto

íntimamente unida con nuestra habilidad de estimar adecuadamente estos

recursos.

Una evaluación de la cantidad y calidad del agua disponible es un prerrequisito

para el desarrollo y administración del recurso hídrico, ya sea para el propósito

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de suministrar agua a la población, la agricultura, la industria o la producción de

energía.

Es recomendable realizar las mediciones del caudal del río, caño, quebrada o

manantial en diferentes épocas para tener registros de los valores mínimos,

máximos e intermedios y conocer más de cerca el comportamiento de la fuente

en diferentes épocas.

Es importante, además, establecer la “historia” de la fuente, en lo posible, por

medio del diálogo con los vecinos de la localidad, o también, por datos de

organismos especializados (IDEAM, por ejemplo, Corporaciones autónomas,

etc.). Para efectuar la valoración del caudal a nivel local, cuando no se dispone

de equipos de precisión, ni se considera pertinente su uso, es conveniente utilizar

dos métodos reconocidos y ampliamente difundidos: el método del recipiente y

el método del flotador.

b. Definición de caudal (Q )

El caudal corresponde a una cantidad de agua que pasa por un lugar (canal,

tubería, entre otros) en una cierta cantidad de tiempo, o sea, corresponde a un

volumen de agua (Litros, Metros Cúbicos, etc.), por unidad de tiempo (Segundos,

Minutos. Horas, etc.).

Es la cuantificación del caudal de agua que pasa por la sección transversal de

un conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua; también se le conoce como

aforo caudal de agua. Para cuantificar el caudal de agua se puede utilizar la

siguiente fórmula:

𝑄 = 𝐴 × 𝑉

Donde:

Q = Caudal o Gasto (m3/s)

A = Área de la sección transversal (m2)

V = Velocidad media del agua en la sección hidráulica (m/s)

c. Medición de aforo con flotadores

Son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo

tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor

precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad media de la sección

para ser multiplicada por el área, y conocer el caudal, según la ecuación de

continuidad.

𝑄 = 𝐴 × 𝑉

Para la ejecución del aforo se procede de la siguiente forma. Se toma un techo

de la corriente de longitud L; se mide el área A, de la sección, y se lanza un

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cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo

por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de

control corriente abajo.

La velocidad superficial de la corriente, Vs, se toma igual a la velocidad del

cuerpo flotante y se calcula mediante la relación entre el espacio recorrido L, y

el tiempo de viaje t.

𝑉𝑠 =𝐿

𝑡

Se pueden obtener resultados algo más precisos por medio de flotadores

lastrados, de sumersión ajustable. Estos flotadores consisten en un tubo

delgado de aluminio, de longitud Lfl, cerrado en ambos extremos y con un lastre

en su extremo inferior, para que pueda flotar en una posición próxima a la

vertical, de tal manera que se sumerjan hasta una profundidad aproximadamente

de 25 a 30 cm sobre el fondo, y emerjan unos 5 a 10 cm.

Observaciones:

Como la velocidad superficial es mayor que la velocidad promedio del caudal, es

necesario corregir la medición del flotador multiplicándola por un coeficiente (K),

el cual se detalla a continuación:

Considerando que el caudal está en función del área hidráulica y de la

velocidad se tiene:

K= f (viento)

K= 0.90 cuando no se presenta viento

K= 0.95 cuando se presenta viento y frena el flotador

K= 0.85 cuando se presenta viento, pero no afecta la velocidad del flotador

i. Características del flotador

La parte expuesta al viento debe ser lo más reducida posible, pero el

flotador siempre debe estar visible.

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La parte sumergida no debe ser voluminosa, para evitar interferencia

con objetos sumergidos.

Debe ser, en lo posible, simétrico y de preferencia de plantilla redonda,

esto con objeto de que al rotar siga ofreciendo la misma resistencia

tanto al agua como al aire.

De fácil manejo resistente a las sacudidas bruscas, sencillo de

construir, ligero y económico.

Fácil de transportar.

Debe ser pequeño, ya que muchos canales de descarga tienen poca

profundidad.

Deben adquirir una velocidad cercana a la velocidad de la corriente de

agua. y esto sólo se consigue si es ligero y está expuesto al viento.

ii. Características del cauce a aforar

La sección a aforar debe ser lo más regular posible.

La profundidad del cauce debe ser suficiente como para que el flotador

no toque el fondo.

Debe ser lo más recto posible, es decir que sea alejado de curcas o

que forme parte de ella.

Que el agua corra libremente.

6. Presentación de Resultados

i. Cálculo del área de la sección transversal A

𝑨 = 𝒉 × 𝒂

h= profundidad promedio del cauce (m)

a= ancho del cauce (m)

Figura 3: Gráfico dimensiones del canal de estudio. Elaboración propia.

𝒉 =(𝒉𝟏 + 𝒉𝟐 + 𝒉𝟑)

𝟑

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𝒉 =(𝟎. 𝟎𝟔 + 𝟎. 𝟎𝟗 + 𝟎. 𝟎𝟖)

𝟑=

𝟎. 𝟐𝟑

𝟑= 𝟎. 𝟎𝟕

𝑨 = 𝟎. 𝟎𝟕 × 𝟎. 𝟔𝟎 = 𝟎. 𝟒𝟐 𝒎𝟐

ii. Formato Control de descarga – método flotadores

Tabla 1: Datos y cálculos formato método flotadores. Elaboración propia.

7. Conclusiones

Se concluye que, en el tramo escogido del canal de la referencia según descripción

de la ubicación, su caudal es de 0.03 m3/s.

8. Recomendaciones

Utilizar un mejor tipo de flotador que nos proporcionará un valor más aproximado

de la velocidad promedio del canal.

9. Referencia Bibliográfica

Villón, Máximo. Hidrología. Editorial Villón: 2da Edición. Lima - Perú 2002.

Sánchez, Teodoro; Escobar, Rafael; Ramírez, Saúl; Canedo, Walter; Gamarra,

Alva; Guzmán, Yandira. Evaluación de recursos hidroenergéticos. Soluciones

Prácticas. Lima – Perú 2010

CAUCE :

DISTRITO :

PROVINCIA :

REGIÓN :

MES :

COORD. UTM :

CAUDAL (m3/s)

f1 f2 f3Tiempo

promedio

Distancia

recorrida

por el

flotador

V

superficialV media

Profundida

d promedio

Ancho del

cauceÁrea

t1 t2 t3 t (s) d (m) V = d/t Vm = 0.85 * V h (m) a (m) A = h * a

4:15 p. m. 4:30 p. m. 10.73 10.45 9.48

4:30 p. m. 4:45 p. m. 10.78 11.60 11.030.05 0.0310.68 8.00 0.75 0.64 0.08 0.60

DD/MM/AAAA FinalInicial

OTUZCO

CAJAMARCA

CAJAMARCA

SETIEMBRE DEL 2015

78,0381.96 m E, 9'210,407.72 m N

19/09/2015

19/09/2015

TIEMPO (s)

CONTROL DE DESCARGAS O CAUDALES - MÉTODO POR FLOTADORES

FECHA TRABAJO DE CAMPOHORA

Q = Vm * A

VELOCIDAD (m/s) ÁREA (m2)

TRABAJO DE GABINETE

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10. Anexos: Panel fotográfico

Figura 4: Integrantes del grupo

Figura 5: Integrantes del grupo realizando las mediciones

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Figura 6: Preparándose para realizar las mediciones

Figura 7: Toma de mediciones