aforo canaletas

8/9/2019 aforo canaletas

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TABLA DE CONTENIDO

MEDICION DE CAUDALES EN FLUJO A PRESIN Y ASUPERFICIE LIBRE

1. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A PRESIN

1.1. Factores Para La Eleccin Del Tipo De Medidor De Fluido

1.2. TIPOS DE MEDIDORES DE CAUDAL

1.2.1. Medidores De Cabeza Variable

1.2.1.1. Tubo Ventura

1.2.1.2. Placa Orificio

1.2.1.3. Boquilla O Tobera De Flujo

1.2.2. Medidor De Turbina

1.2.3. Sondas De Velocidad

1.2.3.1. Tubo Pitot

1.3. MACRO-DEDIDORES Y MICRO- MEDIDORES

1.3.1 Contador Tipo Woltmann

1.3.2 Contador Chorro Multiple

1.3.3. Chorro Unico

1.3.4. Contador Hlice Tangencial

1.3.5. Vlvula-Contadora

1.3.6. Contador Por Ultrasonidos. (Caudalimetro Ultrasnico)


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1.3.7. Contador Electromagntico

2. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A SUPERFICIE LIBRE

2.1. Formas Hidrulicas Y Medicin De La Descarga

2.1.2. Canaletas

2.1.3. Compuertas


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MEDICION DE CAUDALES EN FLUJO A PRESIN Y ASUPERFICIE LIBRE

1. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A PRESIN

1.1. Factores Para La Eleccin Del Tipo De Medidor De Fluido

y Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde variosmililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta variosmiles de metros cbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigacin de agua oagua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalacin de medicin enparticular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo ascomo el rango de las variaciones esperadas.

y Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medicin de flujo instalado y operadoadecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. Lamayora de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunosdicen tener una exactitud de ms del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de losfactores importantes cuando se requiere de una gran exactitud.

y Prdida de presin: debido a que los detalles de construccin de los distintosmedidores son muy diferentes, stos proporcionan diversas cantidades de prdida deenerga o prdida de presin conforme el fluido corre a travs de ellos. Exceptoalgunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medicin estableciendo unarestriccin o un dispositivo mecnico en la corriente de flujo, causando as laprdida de energa.

y Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentraafectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideracin bsica essi el fluido es un lquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son laviscosidad, la temperatura, la corrosin, la conductividad elctrica, la claridadptica, las propiedades de lubricacin y homogeneidad.

y Calibracin: se requiere de calibracin en algunos tipos de medidores. Algunosfabricantes proporcionan una calibracin en forma de una grfica o esquema delflujo real versus indicacin de la lectura. Algunos estn equipados para hacer lalectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que sedeseen. En el caso del tipo ms bsico de los medidores, tales como los de cabezavariable, se han determinado formas geomtricas y dimensiones estndar para lasque se encuentran datos empricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo conuna variable fcil de medicin, tal como una diferencia de presin o un nivel defluido.


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1.2. TIPOS DE MEDIDORES DE CAUDAL

1.2.1. Medidores De Cabeza Variable

El principio bsico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe,

su presin disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a travs de larestriccin, por lo tanto la diferencia de presin entre los puntos antes y despus de larestriccin puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos ms comunes demedidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.

1.2.1.1. Tubo Venturi

El flujo desde la seccin principal en la seccin 1 se hace acelerar a travs de la seccinangosta llamada garganta, donde disminuye la presin del fluido, despus se expande elflujo a travs de la porcin divergente al mismo dimetro que la tubera principal. En las paredes de la tubera, secciones 1 y 2, se encuentran ubicados ramificadores de presin,

unidos a un manmetro diferencial.

Figura 1. Tubo venturi

Segn la ecuacin de energa y de continuidad, se puede calcular el caudal de la siguienteforma:

Seccin dela garganta

2

h

Seccinprincipal de la

tubera

1

dFlujo D D


5/23

? A

? A ? A

212

212

212

212

221

2121

2

21212

1222

212

22

21

212121

22

/1

/2

/1

/2

/1

/2

/2/1

/

/2

AA

ppgCAQ

AA

pgpCv

AA

hzzppg

v

hzzppgAAv

AAvv

hzzppgvv

L

L

L

!

!

!

!

!

!

K

K

K

K

K

El trmino hL es la prdida de energa del fluido conforme este corre de la seccin 1 a laseccin 2. El valor de hL debe determinarse de forma experimental, es convenientereemplazarlo por un coeficiente de descarga C. El valor del coeficiente C depende delnmero de Reynolds del flujo en la tubera principal y de la geometra real del medidor:

C = f (D, , NR),

Donde = d/D, el cociente del dimetro de la garganta y el dimetro de la seccin de latubera principal.

Figura 2. Curva tpica de C del tubo venturi versus el nmero de ReynoldsEs un medidor mucho mas preciso que la placa orificio y el tubo de flujo, pues dada sugeometra, las lneas de flujo que se juntan en la garganta lo hacen de tal manera queincluso otorga excelentes mediciones an si se esta trabajando con lquidos viscosos o conlquidos con material en suspensin pues en el cuello del venturi es muy difcil que quedensedimentos adheridos, dado que las velocidades son mucho ms grandes.

23 6 6104 105 1061.5 2 854 1.5 3 4 5 8

Nmero de Re nolds,

Coeficientede descarga, C

1.00

0.99

0.98

0.97

0.96

0.95

0.94


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El tubo se puede instalar en cualquier posicin: horizontal, vertical o inclinada, debeintroducirse en un tramo recto de la lnea de tubera y tan lejano, hacia abajo como seaposible, de cualquier origen de trastorno en el flujo, tal como reductores, vlvulas, y gruposde conexiones. Para los largos mnimos de tubera recta que deben preceder al tubo demedicin, se debe consultar una hoja de instrucciones de "Tramos de tubera para

medidores".1.2.1.2. Placa Orificio

Cuando dicha placa se coloca en forma concntrica dentro de una tubera, esta provoca queel flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y despus se expande derepente al dimetro total de la tubera. La corriente que fluye a travs del orificio forma unavena contracta y la rpida velocidad del flujo resulta en una disminucin de presin haciaabajo desde el orificio. El valor real del coeficiente de descarga C depende de la ubicacinde las ramificaciones de presin, igualmente es afectado por las variaciones en la geometrade la orilla del orificio. El valor de C es mucho ms bajo que el del tubo venturi o laboquilla de flujo puesto que el fluido se fuerza a realizar una contraccin repentina seguidade una expansin repentina.

Figura 3. Placa orificio

Algunos tipos de placas orificios son los siguientes:

Figura 4. Tipos de placas orificios

dD

Seccin 1 Seccin 2D/2

p1 P2


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La concntrica sirve para lquidos, la excntrica para los gases donde los cambios de presin implican condensacin, cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gasesdisueltos.

La gran ventaja de la placa de orificio en comparacin con los otros elementos primarios de

medicin, es que debido a la pequea cantidad de material y al tiempo relativamente cortode maquinado que se requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamentebajo, aparte de que es fcilmente reproducible, fcil de instalar y desmontar y de que seconsigue con ella un alto grado de exactitud. Adems que no retiene muchas partculassuspendidas en el fluido dentro del orificio.

El uso de la placa de orificio es inadecuado en la medicin de fluidos con slidos ensuspensin pues estas partculas se pueden acumular en la entrada de la placa., elcomportamiento en su uso con fluidos viscosos es errtico pues la placa se calcula para unatemperatura y una viscosidad dada y produce las mayores prdidas de presin encomparacin con los otros elementos primarios. Las mayores desventajas de este medidor

son su capacidad limitada y la perdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluidocomo por las perdidas de energa que se producen cuando se forman vrtices a la salida delorificio.

1.2.1.3. Boquilla O Tobera De Flujo

Es una contraccin gradual de la corriente de flujo seguida de una seccin cilndrica recta ycorta. Debido a la contraccin pareja y gradual, existe una prdida muy pequea. A grandesvalores de Reynolds (106) C es superior a 0.99.

La tobera de flujo, es un instrumento de medicin que permite medir diferencial depresiones cuando la relacin de , es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuandola velocidad del flujo es mucho mayor y las prdidas empiezan a hacerse notorias. Luego,al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho ms exactas. Adems estetipo de medidor es til para fluidos con muchas partculas en suspensin o sedimentos, suforma hidrodinmica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a latobera.


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Figura 5. Boquilla o tobera de flujo

La instalacin de este medidor requiere que la tubera donde se vaya a medir caudal, este enlnea recta sin importar la orientacin que esta tenga.

y Recuperacin de la presin. La cada de presin es proporcional a la prdida deenerga. La cuidadosa alineacin del tubo venturi y a expansin gradual largadespus de la garganta provoca un muy pequeo exceso de turbulencia en lacorriente de flujo. Por lo tanto, la prdida de energa es baja y la recuperacin depresin es alta. La falta de una expansin gradual provoca que la boquilla tenga unarecuperacin de presin ms baja, mientras que la correspondiente al orificio es anms baja. La mejor recuperacin de presin se obtiene en el tubo de flujo.

1.2.2. Medidor De Turbina

El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de lavelocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a travs de una bobinamagntica, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor defrecuencia, un contador electrnico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedanconvertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 l/min hasta algunosmiles de l/min se pueden medir con fluxmetros de turbina de varios tamaos.

1.2.3. Sondas De VelocidadAlgunos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de un fluido en unlugar especfico ms que una velocidad promedio.

1.2.3.1. Tubo Pitot

Cuando un fluido en movimiento es obligado a pararse debido a que se encuentra un objetoestacionario, se genera una presin mayor que la presin de la corriente del fluido. Lamagnitud de esta presin incrementada se relaciona con la velocidad del fluido enmovimiento. El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma que los extremos abiertosapuntan directamente a la corriente del fluido. La presin en la punta provoca que sesoporte una columna del fluido. El fluido en o dentro de la punta es estacionario oestancado llamado punto de estancamiento.

Utilizando la ecuacin de la energa para relacionar la presin en el punto de estancamientocon la velocidad de fluido: si el punto 1 est en la corriente quieta delante del tubo y elpunto s est en el punto de estancamiento, entonces,

p1 = presin esttica en la corriente de fluido principal

p1/ = cabeza de presin esttica

p1 = presin de estancamiento o presin total


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ps/ = cabeza de presin total

v12 / 2g = cabeza de presin de velocidad

K/2 11 ppgv s !

Solo se requiere la diferencia entre la presin esttica y la presin de estancamiento paracalcular la velocidad, que en forma simultnea se mide con el tubo pitot esttico.

Figura 6. Tubo pitot (izquierda), tubo pitot esttico (derecha).

1.3. MACRO-DEDIDORES Y MICRO- MEDIDORES

Atendiendo a la tipologa y caractersticas de funcionamiento, se pueden clasificar en:

y Contadores para aguas brutas (aguas con slidos en suspensin), redes dedistribucin de aguas sin filtrados. Su dispositivo de funcionamiento se basa enmecanismos electrnicos, y los modelos ms utilizados son: los contadores porultrasonidos, y los contadores electromagnticos. Estos modelos suelen instalarse enla toma principal de abastecimiento suministro de aguas (Red en Alta), tienen uncosto elevado, necesitan alimentacin elctrica, pero no necesitan filtros y tienenuna precisin muy buena

y Contadores para aguas filtradas (aguas de pozos, de riegos con filtrados colectivosautomticos, decantadas), admiten limos y partculas pequeas. Funcionan pormecanismos de turbina hlice. En esta gama se pueden utilizar los contadores:

o Contador Tipo Woltmann.o Contador Chorro Mltiple.

v1

Columna defluido

Cabeza de presintotal = Ps/

Fluido enmovimient

Punto deestancamiento s1

Ramificadorde presinesttica

Ramificadorde presinreal

Agujeros depresinFlujo


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o Contador de Hlice Tangencial.o Vlvula -Contadora Vlvula Volumtricao Contador Tipo Proporcional.

1.3.1 Contador Tipo Woltmann

Este contador dispone de una turbina en eje horizontal, que al paso del agua acciona unosengranajes que hacen reflejar el caudal de paso en una relojera dispuesta en una esferaseca, totalizadora, por medio de una transmisin magntica. Se comercializa en calibresdesde 2" / DN-50 mm hasta DN-500 mm./ 20". Existe otra versin de Contador tipoWoltmann con turbina en EJE VERTICAL, disponible por varias marcas, en calibres desdeDN-50 mm. a DN-100 mm. (aprox.).Es ampliamente comercializado en el mercado con varios proveedores, aunque dominan elmercado, filiales de multinacionales.

Caractersticas

yEl medidor incluye un elemento de medida desmontable e intercambiable.yRegistro indicador de volumen de cmara seca y sellado hermticamente. El registro se

puede orientar a cualquier posicin (360o) para su fcil lectura. Puede disponer de hasta un total de 3 accesorios para la transmisin de pulsos elctricos:

Un sensor opto-electrnico y dos sensores tipo Reed-Switch. Convertidores de pulsos y contadores digitales estn disponibles bajo pedido. La transmisin magntica mantiene el registro completamente separado del agua.

nicamente la turbina y el eje de transmisin estn en contacto directo con el agua. Cumple o sobrepasa todas las normas de medicin y especificaciones exigidas por

los organismos internacionesles incluyendo la ISO 4064 clase B, EEC, etc. Registro en galones americanos disponible bajo pedido. Baja prdida de carga. Presin de trabajo: 16 Bar. Mxima temperatura de trabajo: 50 oC.

Figura 7.a. Modelos de contadores tipoWoltmann de turbina Horizontal.

Figura 7.b. Modelos de contadores tipo Woltmanncon turbina Vertical.


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1.3.2 Contador Chorro Multiple

Este Contador dispone una turbina en eje vertical, con un difusor previo en la entrada , queal paso del agua impacta de forma mltiple sobre la turbina, permitiendo a los engranajesactuar sobre una transmisin magntica , para reflejar la medida del volumen totalizado(acumulado), en su esfera correspondiente. Se comercializa desde 20 mm/ 3/4" hasta DN-50 mm/2".

Los contadores de agua de chorro mltiple y los de grandes caudales son concebidos para

trabajos de mayor envergadura. Los contadores de agua caliente para viviendas son deturbina y chorro mltiple, muy reconocidos, slidos y de larga vida til, y los de grandescaudales son de tipo Woltman, lo que les proporciona una destacada exactitud de medicinincluso bajo condiciones extremas.

Caractersticas

Los contadores de agua de chorro mltiple son concebidos como contadores de tipo secocon acoplamiento magntico para el registro del consumo de agua fra y caliente. Estoscontadores se caracterizan por una prdida de presin extremadamente baja. Los contadores

para grandes caudales son de tipo seco con acoplamiento magntico. Gracias a lasuspensin de baja friccin y a prueba de desgaste de la turbina (metal duro/zafiro), segarantiza un alto grado de exactitud en todo el rango de mediciones incluso bajocondiciones extremas.

Ventajas

Figura 8. Contador Chorro Mltiple.


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y Alto grado de exactitud en todo el campo de medicin en condiciones extremas;y Aparatos tcnicamente avanzados, precisos y de larga vida til;y Fcil montajey Sistema de medicin completo, experimentado y reconocido para agua fra y

caliente en viviendas;

y Sustitucin fcil gracias a la separacin del contador de los elementos de montaje;y Amplio espectro de aplicaciones gracias a la versatilidad de las variantes;y Integracin sin problemas en sistemas de telegestin, gracias a la variante con salida

de contacto, as como una variante apta para radio y M-Bus;y Medicin exacta y alta fiabilidad.

1.3.3. Chorro Unico

Es un contador de turbina de chorro nico con acoplamiento magntico y totalizador derodillos. El acoplamiento magntico transmite el giro de la turbina de forma fiable altotalizador.

Ventajas:

y Alto grado de fiabilidad y larga vida gracias a una tecnologa madura y fiable:y Un contador de agua verstil a bajo coste.y Fiabilidad y larga vida til, gracias a una tecnologa madura y slida;y Tiene incorporado un dispositivo contra manipulaciones, para mayor seguridad;y Integracin sin problemas en sistemas automticos de lectura gracias a la

disponibilidad de una versin con salida de contacto.

1.3.4. Contador Hlice Tangencial

Este contador es confundido a menudo con el contador tipo Woltmann, ya que suapariencia externa es semejante. Sin embargo su diseo es diferente, se basa en ladisposicin de una turbina hlice de paletas, colocada en eje transversal al sentido deavance del agua, y de pequeo tamao, colocada en la parte superior del tubo medidor.

Se comercializa en calibres desde 2" / DN-50 mm hasta DN-250 mm./ 10".


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Figura 9. Corte longitudinal de contador Hlice Tangencial (izquierda), Vista exterior (centro), y Vista Frontal(derecha).

1.3.5. Vlvula-Contadora

Este contador tambin se confunde con el contador tipo Woltmann, y nuevamente se trata

de un diseo diferente. En este caso se parte posiblemente de un contador tipo Woltmanncon turbina en eje vertical, diseo al que se le ha incluido un mecanismo de cierre yregulacin hidrulica accionado por membrana pistn, con circuitos de microtubos ypilotos hidrulicos automticos. Es decir, que a la funcin y diseo de un contador, se le hadado una ms funciones como vlvula hidrulica, en un nico elemento compacto.

Se comercializa en calibres desde 1"1/2 / DN-40 mm. hasta DN-200 mm./8".

Figura 11. Vlvula Contadora Volumtrica.

1.3.6. Contador Por Ultrasonidos. (Caudalimetro Ultrasnico)

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. La placa piezo-cermica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensin, generndose unimpulso ultrasnico que se propaga a travs del medio lquido a medir, esta seal esrecibida en el lado opuesto de la conduccin por la segunda sonda que lo transforma en unaseal elctrica. El convertidor de medida determina los tiempos de propagacin del sonidoen sentido y contrasentido del flujo en un medio lquido y calcula su velocidad decirculacin a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal.Adems necesita alimentacin elctrica.

Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos:

y Doppler: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del lquido. Secolocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se enva una seal defrecuencia conocida a travs del lquido. Slidos, burbujas y discontinuidades en ellquido harn que el pulso enviado se refleje, pero como el lquido que causa lareflexin se est moviendo la frecuencia del pulso que retorna tambin cambia y esecambio de frecuencia ser proporcional a la velocidad del lquido.


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y Trnsito: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su configuracines tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinacin de45 grados respecto a la direccin de flujo del lquido. La velocidad de la seal queviaja entre los transductores aumenta o disminuye con la direccin de transmisin ycon la velocidad del lquido que est siendo medido Tendremos dos seales que

viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de maneraque las seales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores. Se puede hallar unarelacin diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la seal alternativamenteen ambas direcciones. La medida del flujo se realiza determinando el tiempo quetardan las seales en viajar por el flujo.

Caractersticas

y Temperatura ambiente 0 55y Temperatura de almacenamiento -20 150y Humedad


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1.3.7. Contador Electromagntico

Su principio de medida esta basado en la Ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un

fluido conductivo a travs de un campo magntico, se produce una fuerza electromagntica(F.E.M.), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducirtambin el caudal.Est formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntosdiametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metlicos, entrelos cuales se genera la seal elctrica de medida. En la parte externa se colocan losdispositivos para generar el campo magntico, y todo se recubre de una proteccin externa,con diversos grados de seguridad.

El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluidodebe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de quecuando un conductor en movimiento corta un campo magntico, se induce un voltaje. Loscomponentes principales incluyen un tubo con un material no conductor, dos bobinaselectromagnticas y dos electrodos, alejados uno del otro, montados a 180 en la pared deltubo. Los electrodos detectan el voltaje generado en el fluido. Puesto que le voltajegenerado es directamente proporcional a la velocidad del fluido, una mayor velocidad deflujo genera un voltaje mayor. Su salida es completamente independiente de la temperatura,viscosidad, gravedad especfica o turbulencia. Los tamaos existentes en el mercado vandesde 5 mm hasta varios metros de dimetro.

Figura 13. Contador Electromagnetico


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Comparativa de los distintos sensores de flujoSensor de flujo Lquidos

recomendados Prdidadepresin

Exactitudtpica en

%Medidas

ydimetros

Efectoviscoso

CosteRelativo

Orificio Lquidossucios ylimpios;algunosliquidosviscosos

Medio 2 a 4 offull scale 10 a 30 Alto Bajo

Wedge Lquidosviscosos Bajo amedio 0.5 a 2 10 a 30 Bajo Alto

Tubo Venturi Lquidosviscosos,sucios ylimpios

Bajo 1 5 a 20 Alto Medio

Tubo Pitot Lquidoslimpios Muybajo 3 a 5 20 a 30 Bajo Bajo

Turbina Lquidoslimpios yviscosos

Alto 0.25 5 a 10 Alto Alto

Electromagnetic Lquidossucios ylimpios;liquidos

viscosos yconductores

No 0.5 5 No Alto

Ultrasonic(Doppler)

Lquidossucios yliquidosviscosos

No 5 5 a 30 No Alto

Ultrasonic(Time-of-travel)

Lquidoslimpios yliquidosviscosos

No 1 a 5 5 a 30 No Alto

Flume(Parshall)

Lquidossucios ylimpios

Muybajo 2 a5 No MuyBajo Medio

2. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A SUPERFICIE LIBRE


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2.1. Formas Hidrulicas Y Medicin De La Descarga

2.1.1. VertederosPueden ser definidos como simples aberturas sobre los cuales un lquido fluye.Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al

ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corrientesobre el vertedero. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para quela corriente fluya libremente. A esto se denomina contraccin final, necesaria para aplicarla calibracin normalizada.Para caudales mayores el vertedero rectangular es ms adecuado porque el ancho se puedeelegir para que pase el caudal previsto a una profundidad adecuada. En cuadros se indicanlos caudales por metro de longitud de la cresta, por lo que se puede aplicar a los vertederosrectangulares de cualquier tamao.

Figura 14. Estructura de un vertedero

y Vertedero rectangular con contracciones:

H

B

L

Cresta o umbral

e

Clasificacin

y FormaSimples: rectangulares, trapezoidales, triangulares etc.Compuestos: secciones combinadas

y Altura relativa del umbralVertederos completos o libresVertedores incompletos o ahogados

y Espesor de la paredVertedores de pared delgadaVertedores de pared gruesa e>1.5L

y Longitud de crestaVertederos sin contracciones laterales (L=B)Vertederos con contracciones (L


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y Vertedero rectangular sin contracciones:

El coeficiente de descarga C se determina:

-

!

2

5.016.1

11615.0

DH

H

HC

donde:D = distancia desde la coronacin al fondo del canal de acceso, en milmetros (mm).H = altura de lamina en milmetros (mm).El Bureau of reclamation of USA recomienda que D sea por lo menos 2 veces H (D >2H), y adems:D mnimo = 305mm.

H mnimo = 60mm.

y Vertedero trapezoidal.Cipolleti procuro determinar un vertedero trapezoidal que compensase el decrecimiento delcaudal debido a las contracciones.

Formula de Francis:

2

3

)2.0(84.1 HHLQ ! Donde:Q = descarga en m3/s

L = longitud de la coronacin en metros(m).H = altura o diferencia vertical entre la cotade la coronacin del vertedero y la cota dela superficie del agua, en metros (m).

Formulas de Rehbock y Francis:

gHHLCQ 23

2!

Donde:Q = descarga en m3/s.C = coeficiente de descarga.L = longitud de la coronacin delvertedero en metros (m).H = altura de lamina en metros (m).


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Influencia de la forma de la vena. En los vertederos en que el aire no penetranormalmente en el espacio debajo de la lmina vertiente (figura de arriba), puede ocurriruna depresin modificndose la posicin de la vena y alterndose el caudal. La lminaliquida puede tomar las siguientes formas que deben evitarse:

y Lamina deprimida. El aire es arrastrado por el agua, ocurriendo un vaci parcial enel espacio, que modifica la posicin de la vena (figura izquierda).

y Lamina adherente. Ocurre cuando el aire sale totalmente (figura central)En cualquiera de estos caos el caudal es superior al previsto o dado por las formulasindicadas.

y Lamina ahogada. Cuando el nivel aguas abajo es superior al de la cresta, el caudaldisminuye a medida que aumenta la sumersin (figura derecha).

Figura 15. Efectos en la lmina por influencia del aire2.1.2. Canaletas

En estas estructuras, el caudal es funcin de las caractersticas geomtricas de la canaleta,de las caractersticas del flujo libre o sumergido y de la altura que alcanza la lamina de aguamedida en sitios especficos de la canaleta.

Formula Francis, Cipolletti:

2

3

86.1 HLQ !

Donde:Q = descarga en m3/s.L = longitud de la coronacin enmetros (m).H = altura en metros (m).


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y Canaleta tipo Balloffet:Esta canaleta pertenece a los aforadores de flujo crtico. Este aforador se caracteriza portener paredes paralelas y fondo plano, por lo cual se hace extremadamente fcil suconstruccin, a la vez posee caractersticas de solidez y resistencia a las condiciones de

campo. Adems, si se presenta escurrimiento critico en la garganta, no se ve afectada porproblemas de sedimentacin.Su estructura es sencilla, y en el caso de instalarla en un canal rectangular ya construidoresulta econmica.

Calculo de descarga en condiciones de flujo libre:

La ecuacin establecida por Balloffet para r = 2/3 (relacin de contraccin) es la siguiente:

2

3

23.1

2

BhQ

ghhb

cQ

!

!!

Donde:c = coeficiente de calibracin = 0.96M = factor que depende de la relacin de contraccin = 0.434

2

1

)arccos(3

1

33cos

3

12

-

! r

rM

T

b = (2/3)B

h = nivel del agua a una distancia (B) aguas arriba de los abultamientos. La cota 0 de lamira coincide con la placa del fondo.

B en metros (m), h en metros, Q en m3/s.

Para r = 1/3

2

3

2

3

557.0

2

BhQ

hgc

rBQ

!

!!

Donde:c = 0.95M = 0.397R = 1/3

H = nivel del aguaB en metros (m), n en metros (m) y Q = en m3/s.

y Canaleta de garganta cortada:Esta estructura aforada esta conformada por la seccin de entrada, la seccin de salida, lagarganta y la placa de fondo. La seccin de entrada esta constituida por dos muros


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verticales convergentes en relacin 3:1 y la seccin de salida la conforman dos murosverticales divergentes en relacin 6:1.La unin de estas dos secciones forma una contraccin en la canaleta denominada garganta.El ancho de esta garganta, usualmente se designa con la letra W. La placa del fondo estotalmente horizontal.

El tamao de este aforador se especifica por la amplitud de la garganta y por la longitudtotal (L) del mismo.

Flujo Libre:nhaCQ )(!

donde :Q = caudal en m3/s.C = coeficiente de flujo libre. 025.1KWC! ha= profundidad de la corriente aguas arriba.

El valor n depende nicamente de la longitud L de la canaleta y es constante para todos los

aforadores de una misma longitud sin tener en cuenta W.El parmetro K se denomina coeficiente de longitud del aforador para flujo libre.

Flujo sumergido:

nsns sCohbhaCQ log/)( ! donde:Q = descarga en m3/s.ha = profundidad del flujo aguas arriba en metros (m).hb = profundidad del flujo aguas abajo en metros (m).N = exponente de flujo libre.Ns = exponente de flujo sumergido.S = sumergencia.Cs = coeficiente de flujo sumergido (ha/hb)El valor de Ns depende de la longitud de la canaleta.

y Canaleta Parshall:Reemplaza al vertedero si el agua contiene partculas en suspensin, se depositan y causanun cambio gradual en el coeficiente de descarga. Es una de las canaletas Venturi, dondetiene la profundidad crtica en la seccin contrada y un resalto hidrulico en la seccin desalida.Sus principales ventajas son que slo existe una pequea prdida de carga a travs delaforador, no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguacin.Debido a la contraccin en la garganta, la velocidad del agua que fluye a travs de lacanaleta es mayor que la del flujo en el canal. Por esta razn cualquier partcula de arena olimo puede ser arrastrada dejando la canaleta libre de depsitos. En consecuencia, es


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adecuado para la medicin del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturalescon una pendiente suave.Sin embargo, cuando existe una carga pesada de materiales de erosin en la corriente, lacanaleta se volver intil al igual que el vertedero, para tales circunstancias se utiliza unacanaleta Parshall conocida cono canaleta San Dimas. Las relaciones de profundidad-caudal

para canaletas Parshall de diferentes tamaos:Ancho de la garganta Ecuacin3 Q = 0.992Ha

1.5476 Q = 2.06Ha

1.589 Q = 3.07Ha

1.53

12a 8026.00522.14 WaWHQ !

10a50 Q = (3.6875W + 2.5)Ha1.6

Q = caudal libre en pies3/sW = ancho de la garganta en pies

Ha = lectura de mira de aforo en pies

2.1.3. Compuertas

y Compuertas de flujo por debajo.Pueden llamarse as debido al hecho de que el agua pasa por debajo de la estructura.

Ejemplos comunes son la compuerta deslizante o rectangular, la compuerta Tainter o radial,y la compuerta de rodillo o circular. En el diseo de estas compuertas el ingeniero estinteresado en dos aspectos: la relacin altura-caudal y la distribucin de presiones sobre lacompuerta en diferentes posiciones de sta y diferentes formas de labio de la compuerta,esta afecta distribuciones de velocidades y de presiones, la prdida de energa en el flujo atravs de la abertura de la compuerta, y desarrolla vibraciones que deben evitarse durante laoperacin de la compuerta. El caudal a travs de una compuerta de flujo por debajo puedeexpresarse como:

Figura 16. Estructura de la canaleta Parshall


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!

g

yg LhQ2

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11 E

C = coeficiente de descargaL = longitud de la compuertah = altura de la abertura de la compuertay1 = profundidad de flujo aguas arribaEV1

2/2g = altura de velocidad del flujo de aproximacin.

Para propsito de estudios experimentales, el trmino de altura de velocidad puede omitirsey su efecto puede incluirse en el coeficiente C que depende de la geometra de la estructuray de olas profundidades aguas arriba y aguas abajo.

12gyCLhQ !

Figura 17. Compuerta

aforo canaletas

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