FACULTAD DE AGRONOMIAhidrologia/riego/Hidrometria 2013.pdf · 2013-09-25 · Conceptos y...
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•ADDISON, H. "Tratado de Hidráulica Aplicada". Ed. Gili.
•BLAIR, E . "Manual de Riegos y Avenamiento." IICA.
•CONTI, M. "Hidráulica Agrícola. Riegos y Desagües".
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BIBLIOGRAFIA
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•ISRAELSEN . "Principios y Aplicaciones de Riego."
•KING, H.W. "Handbook of Hydraulics". Ed. McGraw-Hill.
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Conceptos y Definiciones
La Hidrometría se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería en la unidad de tiempo.
Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometría a nivel de fuente natural)
Conocer el grado de eficiencia de la distribución (hidrometría de operación)
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� Corrientes superficiales� Pozos� Control de sistemas de distribución por canales.
� Localización de pérdidas� Distribución por ramales� Aforo de toma-granja� Partidores de caudal.
� Manejo eficiente del agua en general.
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METODOS DE AFORO
1. Área velocidad (Se mide V)Aforo de cañerías en pozos de agua.Aforo utilizando estructuras aforadoras:� Orificios� Vertederos� Vertederos� Venturi� Parshall� Aforadores de flujo crítico
2. Descarga directa.(Se mide Q)� Contadores� Método volumétrico
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Aforo por sección y velocidad
SVQ =
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Aforo de cañerías por escuadra
SVQ =42x 2φπ=S
( ) ( )YXgv x2x 2=
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SVQ =
Aforo de cañerías
Hgv xx2=
42x 2φπ=S
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Para caño parcialmente lleno:
Aforo de cañerías
Factor de corrección para caños parcialmente llenos
d/D Factor de corrección d/D Factor de corrección
0.05 0,981 0.55 0.436
0.10 0.984 0.60 0.375
0.15 0.905 0.65 0.312
0.20 0.858 0.70 0.253
0.25 0.805 0.75 0.195
0.30 0.747 0.80 0.142
0.35 0.688 0.85 0.095
0.40 0.627 0.90 0.052
0.45 0.564 0.95 0.019
0.50 0.500 1.0 0.000
Factor de corrección para caños parcialmente llenos
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ORIFICIOS
SVQ =
Gasto TeóricoghV 2= ghSQ 2=
Q Real < Q Teórico
V: velocidad (m/s)g: aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2)h: altura de agua (m)S : sección del orificio
Gasto TeóricoghV 2= ghSQ 2=
ghmSQreal 2= m = CC x CVCC: Coef contracción
CV: Coef. velocidad
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La sección de la vena líquida es menor a la sección del orificio
a
b
Sección real contraída
ab = 1.5 ∅
ab = 1.5 altura
Depende: - Espesor y naturaleza de paredes- Forma del orificio
PARED DELGADA CC = 0,65
CC (Coef contracción) = Sección vena Sección orificio
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a
b
Sección real contraída
La velocidad real es menor a la calculadaLa velocidad real es menor a la calculada
- Por rozamiento- Por aumento de presión en el interior de la vena.
CV(Coef. Velocidad) = V REAL 0,96 - 0,99V TEORICA
ghmSQreal 2=m = CC x CV
Coeficiente de gasto
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TIPOS DE ORIFICIOS CARACTERISTICAS COEFICIENTE "M"
PARED DELGADA PARED GRUESAPARED MUY GRUESA
ESP.<1/2 DIMENSION MENORESP.<3 VECES DIMENSION MENORESP.>3 VECES DIMENSION MENOR
0.61 - 0.650.78 - 0.82 0.85 - 0.90
Valores de coeficiente “m” para contracción completa
MAMPOSTERÍA Y ARISTAS
COMPUERTAS DE MADERA
ARISTAS VIVAS 0.675
ARISTAS REDONDEADAS0.70
ARISTAS REDONDEADAS
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CONTRACCION
COMPLETA: INCOMPLETA
b) carga sobre el centro del orificio >1.5 alt. orificio
II) uno o más bordes forman parte de paredes o fondo
I) no se cumple a) ó b)a) bordes alejados >3 veces dim. Menor
n
m1 = m (1 + 0,155 n/P)
P= Perímetro
n= s/contracción
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b
a
h
Formas de escurrimiento
a
b
h
LIBRE
2ghm.a.bQ =SUMERGIDO
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ah
J
h'P/2P/2
b
P
PARCIALMENTE SUMERGIDO
PARCIALMENTE SUMERGIDO
P)2g(Jp)m.b(aP/2)2g(Jm.b.pQ +−++=
h h'
Escurrimiento libre Escurrimiento sumergido
Para determinar "m" se calibra el funcionamiento del orificio para distintos caudales.
m= Q real
Qteorico
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•Pared plana y vertical
•Pared delgada
•Contracción completa
Orificio perfecto (Ajusta a la fórmula)
•Escurrimiento libre (o sumergido)
•Sin velocidad de aproximación
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Velocidad de aproximación
< a 0,5 m/s NO SE TOMA EN CUENTA
ghV 2= h = V2 / 2g = CARGA ADICIONAL = K
)+(2..= KhgSmQ
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•Aforadores – Partidores
•Calibración de toma-granja
•Calibración de aspersores
Aplicaciones
•Calibración de aspersores
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Recurso simple y exacto para medir agua en canales o corrientes superficiales
Cresta o umbral
Lado
VERTEDEROS
Rectangular Cipolletti 90º 60º
Triangular
4h
h Tiro de salida
h= Altura del agua desde la cresta sin efecto del tiro de salida
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Fórmula general de gasto
ghmlhQreal 2=
Contracción de fondo
h D
P
≥ 2 – 3 h
B
h
M
D
N
O
0.66 h
0.1 h
0.66h
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Valores de Coeficiente “m”
COEFICIENTES
I) COMPLETA PARED DELGADA (ESPESOR < 0.66h)ALTURA CRESTA> 2 - 3 h
m
II) INCOMPLETA
PARED DELGADA (ESPESOR< 0.66h) ALTURA CRESTA < 2 - 3 h
m1 = c.mC = 1+ 0.36 (h/H)2
a) SALTO DE AGUA
Hh
ehm2
III) SIN CONTRACCION
a) PARED GRUESA(ESP.>0.66h)e = 2/3 h
m2 = 0.3 – 0.35m2 = 0.48m2 = 0.37
eh
h he
geelmQ 2..= 2
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L
L = l
≥ 2h
l
CONTRACCIÓN LATERAL
Sin contracción Contracción completa
h lL
22
≥−
Sin contracción Contracción completa
2gh h . l . m Q = )h2g(hl.h.mQ 14 −=
h
h1
h
Vertederos libres Vertederos sumergidos
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W W
INCLINACIÓN DE LA PARED
Descarga menor Descarga mayor
1803901
W.C −= 180
3901W
.C +=
Descarga menor Descarga mayor Qt > Qr Qt < Qr
Coeficiente de Bazin
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INCLINACIÓN CON EJE DE LA CORRIENTE
90
º
60
º
Angulo 0º 15º 30 º 45 º 60 º 90 º
Coeficiente 0.8 0.86 0.91 0.94 0.96 1
Oblicuo da menor gasto
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I) CONTRACCION LATERAL Y DE FONDO COMPLETASII) PARED DELGADAIII) ESCURRIMIENTO LIBRE
1. Carga mayor 5 cm y menor 1/3 longitud de cresta
2. Altura de cresta sobre el fondo> 2 - 3 h (carga)
3. Distancia entre extremos de cresta y lados canal > 2h.
VERTEDEROS PERFECTOS
3. Distancia entre extremos de cresta y lados canal > 2h.
4. Cresta y lados con borde de cuchillo.
5. Velocidad de aproximación < 15 cm/seg.
6. Antecámara o canal recto y a nivel a distancia de 20 a 60 h.
7. Vertedero pared vertical y cresta horizontal.
8. Escurrimiento libre
9.Escala sin influencia de depresión.
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3h
4h
2h 20-60h
4h
3h
m = 0,40 ⇒
Qm3/s = 1,772 l h1,5
Fórmulas de gasto
2gh h . l . m = /s)(m Q 3
Rectangular
2ghh . l . 0.40 /s)(m Q 3 =
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Los triángulos suplen la disminución del caudal provocada por aumento de rozamiento al aumentar la carga.
Trapezoidal Cipolletti
hh1
Qm3/s= 1,86 l.h1,5Qm3/s= 0,42 l.h gh2
1.51
1,5
1.86xl
Q
1.86xl
Qh
==
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Triangulares
90º 60º
Qm3/s = 1,37 h2,5 Qm3/s = 0,8084 h2,5
VERTEDEROS TRIANGULARES
45º
h
2h
2
2
.2h
h h Area ==
1.Para Q<30 LPS (h <22 cm)2.Más carga para un mismo Q3.Inconvenientes canales poca pendiente4.Mayor exactitud5.Depósito de arrastres6.Fáciles de construir
gh m ghh mQ 2.2. 5.22=
371=892310
son)0.31(Thomp=m
.. x .
Q = 1.37 h2.5
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Carga (cm) para distintos caudales
LONGITUD DE CRESTA TriangularesGASTOL.P.S
0.50m 1.00m. 1.50m..
Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. 90º 60º
10 4.9 5.0 3.1 3.2 2.3 2.4 13.9 17.310 4.9 5.0 3.1 3.2 2.3 2.4 13.9 17.3
20 7.7 7.9 4.9 5.0 3.7 3.8 18.3 22.8
30 10.1 10.4 6.5 6.6 4.9 5.0 21.5 26.8
50 14.2 14.7 9.1 9.3 6.9 7.1 26.4 32.9
70 17.9 18.4 11.3 11.6 8.7 8.9 30.2 37.6
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-Las condiciones de acceso afectan en grado mínimo la relación altura gasto.-El material depositado en el acceso no modifica el funcionamiento.-Permite el aforo con pequeñas pérdidas de carga.-Actúan en mayores condiciones de sumersión.-La relación entre la altura y el caudal no puede ser expresada en forma de
ecuación tan simple.
Punto de medida
AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA
C D
BWB
E
AA
Punto de medida
Vista en planta
Flujo
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BWB
E
AA
Punto de medida
Flujo
AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA
C D
Vista en planta
L
FC
Vista
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Longitudes (cm) Caudal(l/s)L W A B C D E F Min. Max.
1 45.7 2.5 22.9 12.7 15.2 30.5 10.2 20.3 0.1 3.52 45.7 5.1 25.4 15.2 15.2 30.5 10.2 20.3 0.3 73 45.7 10.2 30.5 20.3 15.2 30.5 10.2 20.3 0.6 144 45.7 20.3 40.6 30.5 15.2 30.5 10.2 20.3 1.2 305 91.4 5.1 35.6 25.4 30.5 61.0 20.3 35.6 0.3 206 91.4 10.2 40.6 30.5 30.5 61.0 20.3 35.6 0.6 416 91.4 10.2 40.6 30.5 30.5 61.0 20.3 35.6 0.6 417 91.4 20.3 50.8 40.6 30.5 61.0 20.3 35.6 1.2 848 91.4 40.6 71.1 61.0 30.5 61.0 20.3 35.6 2.5 1719 137.2 7.6 48.3 38.1 45.7 91.4 30.5 50.8 0.5 5510 137.2 15.2 55.9 45.7 45.7 91.4 30.5 50.8 1.1 11111 137.2 30.5 71.1 61.0 45.7 91.4 30.5 50.8 2.1 22612 137.2 61.0 101.6 91.4 45.7 91.4 30.5 50.8 4.4 46113 274.3 30.5 101.6 91.4 91.4 182.9 61.0 96.5 8 43714 274.3 61.0 132.1 121.9 91.4 182.9 61.0 96.5 16 89015 274.3 121.9 193.0 182.9 91.4 182.9 61.0 96.5 33 181016 274.3 182.9 254.0 243.8 91.4 182.9 61.0 96.5 50 2744
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Vista en perspectiva del aforador de orificio variable
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Aforador de pantalla
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Consideraciones a tener en cuenta:
� Pérdida de carga� Sensibilidad en la medición � Condiciones de instalación y � Condiciones de instalación y
funcionamiento
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Triangular 90º
Triangular 60º
Orificio variable
Cipoletti 10
16
12
14
18
20
Pérdida de carga (cm)
W.S.C. Nº 4
Pantalla
1 2 4 63 5 7 8 9 10 11 151312 14
2
4
6
8
Caudal (l/s)
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1.0
1.6
1.4
1.2
1.8
Triangular 90º
Cipoletti
W.S.C. Nº 4
Sensibilidad (l/s/ unidad de lectura)
1 2 4 63 5 7 8 9 10 11 151312 14Caudal (l/s)
0.2
0.4
0.6
0.8
Orificio variable
Pantalla
Triangular 60º
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2. Descarga directa.(Se mide Q)
Contadores
Método volumétrico
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4. EJEMPLO
Canal : Caudal = 0.04 --- 0.08 m3/s
Máx. Eficiencia Hidráulica = h: 0.38 m a: 0.32 m B.L : 0.13 m
Aforador Cipoletti
0.13 (borde libre)
1.08
0.38
0.32
0.38
3h
4h
2h 20-60h
4h
3h
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1 – Con Qmin y h = 5 cm
0.08hhx19.62hx1.92x0.420.08:Q1.920.05x9.81x20.05xx0.420.04:Q
======
LLL
LL
/sm
ll/sm3
3
0.08 L = 1.92
0.32
0.38
0.16
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2 – Con Qmax y h max
m 0.12h 0.54hx19.62hx0.54x0.42/s0.04m
m 0.18hhx9.81x2hx3hx0.42/s0.08m3
3
===
===
lL
LL
0.18 L = 0.540.36
4h
0.12 L = 0.54
0.32
0.38
0.24
L = 0.54
0.32
0.54
0.36
0.38
3h
2h 20-60h3h
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3h
4h
2h 20-60h
3 – Con Qmax y h = 12 cm
m0.08hhx19.62hx1.04x0.420.04:Qm1.040.12x9.8120.12xx0.420.08:Q
======
LLL
LL
/sm
ll/sm3
3
0.12 L = 1.04
0.32
0.380.24
l H
Qmin Qmax
0.54 0.12 0.18
1.04 0.08 0.12
1.92 0.05 0.08
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0.12 L = 1.04
0.32
0.38
0.24
Eligiendo un aforador con l = 1.04 m• No hay que levantar las paredes del canal, pues h = 0.12 m y Borde libre = 0.13 • No hay que profundizar, pues 3 h= 3 x 0.12 = 0.36 < 0.38• Hay que ensanchar 22 cm para cada lado • Hay que ensanchar 22 cm para cada lado
7.20 m7.20 m
1.52 m1.52 m
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4 – Verificar velocidad
Velocidad de aproximación < 15 cm/seg.
SVQ =
sms
/sm
/15.0/m 0.10
0.10.....V xV0.12)1.52x0.38(0.08:Q 3
<=+=
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Ejemplo de instalación en derivación desde acequia principal a secundaria
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Contador de lámina libre
Puede utilizarse en todos los dispositivos de aforo usualmente utilizados en canales y acequias, que obtienen el caudal a partir de la medición de la carga aguas arriba: vertederos (Cippolletti, triangular,rectangular, etc.), orificios y flumes (Parshall, canal venturi, Aforador de Cresta Ancha - ACA, Washington, etc.), todos Ancha - ACA, Washington, etc.), todos trabajando en condición de escurrimiento libre (no sumergido).
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TRANSMISOR DE CAUDAL ULTRASÓNICO
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CAUDALÍMETRO ELECTROMAGNÉTICO
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