informe sobre toma de datos de un lecho Hidraulico

8/18/2019 informe sobre toma de datos de un lecho Hidraulico

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, SEDEMEDELLÍN

PRÁCTICA DE HIDROMETRÍA QUEBRADA LA AGUDELO (MÉTODO ÁREA-VELOCIDAD, CON CORRENTÓMETRO)

Luis Miu!" R!s#$!%& M&'#&C* ++./+.0/

P$&1!s&$2 R3i$& Vi*!'#! M$4!""& P5$!6

M#!$i2 Hi7$u"i*

++ 7! A4$ 7! +.M!7!""8', A'#i&9ui


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+ OBJETIVOS1.1. GENERALES Suministrar criterios técnicos necesarios para la instalación de una estación hidrométrica y

para la selección de una sección de aforo en una corriente natural. Conocer el principio de funcionamiento de los correntómetros, y aprender su manejo en

mediciones de velocidad de corrientes líquidas Realizar el aforo con correntómetro de una corriente natural de agua

(Marbello Pérez, 1997)

1.2. ESPECIFICOSallar!

"endiente longitudinal del canal. "erímetro #ojado de la sección. $elocidad superficial. $elocidad media. %rea de la sección. Caudal del cauce. Coeficiente de Coriolis.

Coeficiente de &oussinesq. Coeficiente de rugosidad de #anning. 'umero adimensional de (roude.

2. GENERALIDADES.Ubicación.)a pr*ctica se llevó a ca+o en la que+rada )a gudelo, la cual se encuentra u+icada la zonaur+ana del municipio del Retiro, ntioquia. -n la carrera / con calle /0

Ilustración1: vista aérea del lugar.


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Ilustración 2: Fotografía el lugar one se realizó!

3. Definición e !i"#$e%"&a.)a hidrometría es la parte aplicada de la hidrodin*mica que trata de los métodos de mediciónde la velocidad, el caudal y las fuerzas de los líquidos en movimiento.1#ar+ello "érez, 23345

'. PROCEDI(IENTO./.2. Se selecciona una estación de aforo que satisfaga las siguientes condiciones!

• -star comprendida dentro de un tramo del curso de agua que presentecaracterísticas altiplanimétricas regulares.

• 6uedar comprendida dentro de un tramo recto y uniforme, con una longitud no

menor de siete veces el ancho del río, dispuesta así! aguas arri+a, mínimo cincoveces el ancho, y aguas a+ajo, mínimo dos veces el ancho.

• -l fondo del río de+e ser suave y li+re de plantas acu*ticas, piedras u otroso+st*culos, que por sus dimensiones puedan interferir en la medición de lavelocidad de la corriente7 8ada la u+icación en la que nos encontr*+amos, en lacual ha+ía rocas de tama9o considera+le, lo que se hizo fue removerlas.

• 8e+en evitarse las secciones cercanas a los estri+os de los puentes.• )a sección de+e ser de f*cil acceso.1#ar+ello "érez, 23345

/.. Se u+ican estacas en am+os lados de la sección elegida, a las cuales se les amarra una

cuerda, de forma que ésta quede lo m*s horizontal posi+le y así sirva de referencia para latoma de medidas.

/.:. Se mide el ancho superficial del canal y se divide en varias su+secciones, en este caso enparticular se dividió en 2 partes de igual longitud, e;cepto en las m*s pró;imas a lasorillas que quedan de longitud un tanto mayor7 se marcaron las divisiones del anchosuperficial, so+re la cuerda.

/./. Se procede a medir las profundidades 1h5, con ayuda de una mira topogr*fica, tanto en lasdivisiones de las su+secciones como en su centro.


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Ilustración3: Perfl Transversal de una sección de aoro.(Marbello Pérez, 1997)

/.h ? =,@hmedidas desde la superficie li+re.

/.>. Con la ayuda del correntómetro se realizan medidas de las velocidades en el centro decada su+sección, en las diferentes profundidades calculadas en el numeralinmediatamente anterior.

/.4. Se realizaron medidas con la ayuda del jalón y el nivel con el fin de determinar la Cotapiezométrica 1C"5, la pendiente longitudinal del canal y la distancia entre la secciónescogida y una sección, aguas a+ajo, escogida por otro grupo de compa9eros.

/.@. (inalmente, se fija una distancia horizontal y, aguas arri+a, se suelta algAn o+jeto flotante,en este caso +olas de aluminio y se mide el tiempo que se demora en recorrer la distanciafijada. Con los tiempos medidos y la distancia horizontal se halla una velocidad superficial.

,@< DmE

Con el fin de definir unas su+secciones en las que se realizan medidas de velocidad, con ayuda deun correntómetro, se divide el ancho superficial en 2< su+secciones,

∆T = T 15=

6.85m15

=0.4566m≈0.45m

-ste resultado 1=,/< DmE5 se multiplica por 2< 1nAmero de su+secciones5 para verificar si la suma delancho de las su+secciones da igual a B

N =∆ T ×15=0.45m×15=6.75m

Como el resultado que se o+tuvo da diferente a B se procede a calcular la diferencia del resultado,

con respecto a B!

T − N =6.85m−6.75m=0.1m

-sta diferencia se divide en dos y se le suma a las dos su+secciones adyacentes a las orillas así,quedando dicha su+sección asi

Ancho seccion adyasente orilla=0.1m2

+∆ T =0.05m+0.45m=0.5m

"or lo tanto nos quedan 2: su+secciones de un ancho de =./< m y dos su+secciones adyacentes ala orilla de =.


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Referencias de izquierda a derecha, mirando corriente a+ajo, y desde la superficie li+re hacia elfondo.

SECCI)N AGUAS ARRIBAUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLO(BIA. SEDE (EDELL*N

DEPARTA(ENTO DE GEOCIENCIAS + (EDIO A(BIENTE

DATOS DE CA(PO , AFORO L*-UIDO(%## /"ea,Ve0#cia c#n c#""en%ó$e%"#

N#$b"e e 0a eb"aa 4 " La A6e0#Ubicación e0 7i%i# e af#"#5 8#na "bana 9Pa"e 0inea0 C"a 2: N# 2'; < =1> E0 Re%i"# An%i#ia.Fec!a4!#"a e0 af#"#5 S?ba# = e Ab"i0 e0 2:1@ 4 1:5': A.(.

Izquierda Centro DerechaVelocidad medida en Centro,

(m/s)

"ección #o! $istancia (%)

&ltura,' (c%)

$istancia (%)

&ltura, '(c%)

$istancia (%)

&ltura,' (c%)

Velocidad Velocidad Velocidad

0.2h 0.6h 0.8h

2 =,== = =,< @ =, = = =

=, =,4< :3 =,3< /2 = =,=/: =,=/4

: =,3< /2 2,24< / 2,/= / =,=2 =,24: =,23< /= 2,@< :3 =,>3 =,3 =,:2@

< 2,@< :3 ,=4< :> ,:= :@ =,:2@ =,:< =,:/2

> ,:= :@ ,< /2 =,:22 =,/@< =,/< /2 :,@4< /< /,2= /< =,=> =,:>3 =,/=2

2= /,2= /< /,:< /< /,3 =,/<

22 /,


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SECCI)N AGUAS ABAJOUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLO(BIA. SEDE (EDELL*N

DEPARTA(ENTO DE GEOCIENCIAS + (EDIO A(BIENTE

DATOS DE CA(PO , AFORO L*-UIDO(%## /"ea,Ve0#cia c#n c#""en%ó$e%"#

N#$b"e e 0a eb"aa 4 " La A6e0#Ubicación e0 7i%i# e af#"#5 8#na "bana 9Pa"e 0inea0 C"a 2: N# 2'; < =1> E0 Re%i"# An%i#ia.Fec!a4!#"a e0 af#"#5 S?ba# = e Ab"i0 e0 2:1@ 4 1:5': A.(.

Izquierda Centro DerechaVelocidad medida en Centro,

(m/s)

"ección #o! $istanci

a (%)&ltura,' (c%)

$istancia (%)

&ltura, '(c%)

$istancia (%)

&ltura,' (c%)

Velocidad Promedio

+ ! ! 7! 2 7*! *!+ !11

7*! *!+ 9*! 9!11*!

7!- !27

: 11*! 7!-1*!

9!

1+*!

*!+ !2-7

; 1+*! *!+17*!

*19*!

-! !+

< 19*! -!21*!

1!72*!

29!2 !79

. 2*! 29!22+*!

!727*!

2!+ !*1

/ 27*! 2!+ 29*! 7!+ 1*! 7!+ !29

= 1*! 7!+*!

7!7+*!

*1! !*17

> +*! *1!7*!

9!99*!

*! !2+7

+0 9*! *!*1*!

*!2**!

**!* !1-

++ **! **!**+*!

*!9*7*!

+!* !+

+ *7*! +!**9*!

+!1+1*!

+!9 !2

+: +1*! +!9+*!

+7++*!

+-!2 !2--

+; ++*! +-!2+7*!

+++9*!

*7!- !79


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+< +9*! *7!-1!

-!2-!

29! !2--

Tabla : Datos sobre la geometría del canal y de las velocidades de la sección aguas aba!o.


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ii. Cota piezométrica!

Ilustración 4: Ilustración de las cotas piezométricas.

-n la Flustración / se tienen los valores G, los cuales son la distancia medida desde un puntode referencia hasta el fondo del canal, y los valores H los cuales son la distancia medidadesde el fondo del canal hasta la superficie li+re.Si se suman las distancias G con las distancias H se llega a la línea piezométrica del canal, porlo tanto a la suma de estas dos distancias se les llama cota piezométrica y se e;presa así

Cpi=Z i+Y i

"or lo que tenemos valores deCp

1=1.54m y Cp2=1.50m

CP=Cp1−Cp

2=0.04 m

iii. hora se muestran los datos que se tomaron para medir la velocidad superficial!

"rimero se define una distancia, la cual corresponde a DmE. )uego se toman varios datosso+re el tiempo en que un o+jeto flotante, en nuestro caso una pelota de aluminio, se demoraen recorrer la distancia fijada7 los datos del tiempo se muestran en la ta+la

Biempo 1seg52 2/,2 2,4: 2/,4/ 2/,<< 2:,>> 2:,@

4 2,/@ 22,@3 22,32= 2,22 2,>

Tabla : Tiem"os "ara calcular la velocidad su"erfcial


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iv. Se procede a tomar los datos necesarios para o+tener la pendiente longitudinal del canal!

&asado en los datos de la ta+la 2 se realiza un di+ujo a escala con ayuda del softIare utoCad,

Ilustración 1: #ección transversal de aguas arriba vista en el sentido del $u!o.

Izquierda Centro Derecha

"ección#o!

$istancia (%) &ltura, '

(c%) $istancia (%)

&ltura, '(c%)


(c%)

2 =,== = =,< @ =, =, =,4< :3 =,3< /2: =,3< /2 2,24< / 2,/= // 2,/= / 2,>< /= 2,@< :3< 2,@< :3 ,=4< :> ,:= :@> ,:= :@ , :,= /<@ :,= /< :,/< /2 :,>< /23 :,>< /2 :,@4< /< /,2= /<2= /,2= /< /,:< /< /,


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Con los datos de la ta+la / y con ayuda del softIare utoCad se realiza un di+ujo a escala de la secciónaguas a+ajo,

Ilustración : #ección transversal de aguas aba!o vista en el sentido del $u!o.

Izquierda Centro Derecha"ección

#o! $istancia (%)

&ltura, '(c%)


(c%)$istancia

(%)&ltura, '

(c%)

+ ! ! 7! 2 7*! *!+ 7*! *!+ 9*! 9! 11*! 7!-: 11*! 7!- 1*! 9! 1+*! *!+; 1+*! *!+ 17*! * 19*! -!< 19*! -! 21*! 1!7 2*! 29!2. 2*! 29!2 2+*! !7 27*! 2!+/ 27*! 2!+ 29*! 7!+ 1*! 7!+= 1*! 7!+ *! 7!7 +*! *1!

> +*! *1! 7*! 9!9 9*! *!+0 9*! *! *1*! *!2 **! **!*++ **! **!* *+*! *!9 *7*! +!*+ *7*! +!* *9*! +!1 +1*! +!9+: +1*! +!9 +*! +7 ++*! +-!2+; ++*! +-!2 +7*! ++ +9*! *7!-+< +9*! *7!- 1! -!2 -! 29!

Tabla %: Datos geométricos de la sección aguas aba!o.


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@. C/LCULOS.

@.1. Penien%e 0#n6i%ina0

continuación se muestra una ta+la con las diferentes pendientes o+tenidas de los datos de la ta+la :, los

cuales se o+tuvieron usando la siguiente ecuación!

So=Y adelante−Y atras

x

So=1,54 [ m ]−1,50[m]

5,96 [m ] =0,0067

@.2. /"ea7 Pe"&$e%"# $#a#.Con la ayuda del softIare utoCad se mide el *rea de cada su+secciónJlas cuales se encuentran ta+uladasen la ta+la >J , el *rea de toda la sección, y el perímetro 1incluyendo la superficie li+re5, al cual después se leresta B para hallar el perímetro mojado.

Bodo lo anterior se hace tanto para la sección aguas arri+a como para la sección aguas a+ajo y se muestra enlas Flustraciones < y >, respectivamente.

Sección 'o. %rea mojada "erímetro mojado2 =,22:43 =,2/// =,/


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"ara la sección tenemos

Sección 'o. %rea mojada "erímetro mojado2 =.2/3:: =.@// =.2@== =./=2: =.2 =.2:== =./=24 =.2:>2:: =./=22 =.2@@3:: =./=/2 =.2:@>4 =./=<2: =.3/>4 =./==

2/ =.2/>>4 =./2:2< =.232>4 =.


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-n la ta+la 4 se muestran las velocidades medias de cada su+sección, aguas arri+a, donde las celdas

su+rayadas son las velocidades asumidas

Sección'o.

Velocidad Velocidad Velocidad Velocidad

romedio0.2h 0.6h 0.8h

2 =,=434 =,=4>3 =,=@>4 ,-

=,223> =,22


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"ección#o!

%reamojada

.elocia

/ro%eio0aual

1 =,224> ,9- ,+9 =,232 ,*1* ,7927 =,=:> ,**9 ,91*- =,2@3= ,*+ ,-199 =,23@= , ,

1 =,=


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Tabla 11: 0esultados de los coefcientes +oriolis y oussines2 "ara aguas arriba.


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"ección#o!

reaseccion

.el!Pro!

seccion(.i)

.el!Mei

a(.%)

&rea 4 5

1 !1*9 !11

!21

2!+*

!*

!1*

!1

! 1!2-

*1 1!921

2 !1+7 !27 !12 ! !1+7 !2-7 !1 !** !1+- !+ !21 !-

+ !12 !79 !19 !7 !12 !*1 !21 !97 !1+ !29 !1+ !+- !1++ !*17 !27 !119 !12 !2+7 !11 !

1 !1 !1- !17 !+11 !1-9 !+ !21 !712 !21* !2 !2* !-1 !229 !2-- !19 !+1* !21+ !79 !1 !121+ !192 !2-- !1 !+

Tabla 1: 0esultados de los coefcientes +oriolis y oussines2 "ara aguas aba!o

@.. C#eficien%e e "6#7ia e (annin6 9n>

)os datos necesarios para calcular el coeficiente de rugosidad de #anning se resumen en la ta+la 2>, endonde los datos con su+índice 2 corresponden a la sección de aguas arri+a y los que tienen su+índice corresponden a la sección de aguas a+ajo.

g,

m

s1

phi 6

m3

s

Cpi NCp 1m5

) 2J1m5

" 1

" 2

2

m2

m2"21m5

"1m5

3.@2 2 =.@>/3 0.04 1,

7-

1!9

21

2.95 2.53 4./ >.>:

Tabla 13*: Datos necesarios "ara allar el n de anning

Se aclara que el caudal 6 que se muestra en la ta+la 2> es un promedio del caudal que se o+tuvo con losdatos de aguas arri+a y los de aguas a+ajo,

=

1+

2

2=

0,9178+0,32162

=0.8649 [m3 /s ]

-l coeficiente de rugosidad de #anning, para esta pr*ctica se calcula con la siguiente fórmula,

eemplazando los valores de la ta+la 2= en la ecuación del n de #anning se tiene que,

V i2×

V m

V i3× V m


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n=( 10.8649 )√(0,04 )+

0,86492

2∗9,81 ( 1.30782.95082−1.0921

2.5352 )

( 5.962 )( 7.244 /3

2.9510 /3

+ 6.63

4 /3

2.5310 /3 )

n=0,13646634

@.@. .e0#cia 7e"ficia0

"ara la esta velocidad se promedian los tiempos e;puestos en la ta+la 1o+teniendo un tiempo promedio de22,@2DsE5 y con la distancia horizontal / DmE se aplica la siguiente fórmula,

V s= #istanciahori$ontal

tiempo promedio =

5.96[m ]

13,1[ s] =0,45[

m

s ]

M+teniendo como resultado una velocidad superficial igual a :' $47.

Con esta velocidad superficial y el *rea de la sección aguas arri+a, que es la que corresponde a la secciónlongitudinal en la que se midió $s, se calcula el caudal que pasa por dicha sección,

=V s A=0,45∗2,9508=1.3278 [m3/s ]

.. N?MERO DE @ROUD 0alculao /or %eio e la siguiente e6/resión 8!

% &= V

√

'A

T

"ara la sección aguas arri+a se tiene

% &=0,311

ms

√ 9.81

ms 2.9508m2

6.85m

=0.151

Con el mismo procedimiento se hace para aguas a+ajo.


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% &=

0.3216 m

s

√ 9.81

m

s 2.535m

2

6.68m

=0.16AN/LISIS DE RESULTADOS

• Como se puede o+servar la velocidad superficial da muy diferente a la velocidadmedia calculada, por lo que en teoría se puede aceptar, ya que la velocidadsuperficial es una medida que se toma cuando hay crecidas que llevan muchomaterial flotante, poniendo en peligro el molinete.8icha velocidad superficial se usa para o+tener la velocidad media del canal através de correlaciones que se han encontrado con tal fin.

• l comparar el caudal calculado por la velocidad media 16 !- Dm:OsE5 ycalculado por la velocidad superficial 162,: Dm:OsE5 se puede notar que tienenuna diferencia nota+le y para nada desprecia+le, ya que difieren en un >


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