m - Facultad de Agronomía

FACULTAD DE
AGRONOMIA
UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
Lisette Bentancor
lbentancor@fagro.edu.uy
BIBLIOGRAFIA
•ADDISON, H. "Tratado de Hidráulica Aplicada". Ed. Gili.
•BLAIR, E. "Manual de Riegos y Avenamiento." IICA.
•CONTI, M. "Hidráulica Agrícola. Riegos y Desagües".
•DURAN, P. y GARCIA PETILLO, M. 1991. "Medición de agua de
riego: Evaluación de dos aforadores de precisión y mínima pérdida de
carga". Boletín de Investigación Nº 32, Facultad de Agronomía. 16p.
•HYDRAULICS. Soil Conservation Service.
•ISRAELSEN. "Principios y Aplicaciones de Riego."
•KING, H.W. "Handbook of Hydraulics". Ed. McGraw-Hill.
•RAGGIO, J.L. "Hidráulica Agrícola."
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)
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.
METODOS DE AFORO
1.
Área velocidad (Se mide V)
Aforo de cañerías en pozos de agua.
Aforo utilizando estructuras aforadoras:
Orificios
Vertederos
Venturi
Parshall
Aforadores de flujo crítico
2. Descarga directa.(Se mide Q)
Contadores
Método volumétrico
Aforo por sección y velocidad
Q = SV
Aforo de cañerías por escuadra
Q = SV
v=
(g x X ) (2 x Y )
2
S =π x2φ 4
2
Aforo de cañerías
Q = SV
S = π x 2φ 2 4
v = 2x g x H
Aforo de cañerías
Para caño parcialmente lleno:
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
ORIFICIOS
Q = SV
V =
2 gh
Q = S 2gh
Gasto Teórico
V: velocidad (m/s)
g: aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2)
h: altura de agua (m)
S : sección del orificio
Q Real < Q Teórico
Q real = mS 2gh
m = CC x CV
CC: Coef contracción
CV: Coef. velocidad
La sección de la vena líquida es menor a la sección del orificio
ab = 1.5 ∅
b
ab = 1.5 altura
a
Sección real
contraída
CC (Coef contracción) = Sección vena
Sección orificio
Depende:
- Espesor y naturaleza de paredes
- Forma del orificio
PARED DELGADA CC = 0,65
b
a
Sección real
contraída
La velocidad real es menor a la calculada
- Por rozamiento
- Por aumento de presión en el interior de la vena.
CV(Coef. Velocidad) = V REAL
V TEORICA
0,96 - 0,99
Coeficiente de gasto
m = CC x CV
Q real = mS 2gh
Valores de coeficiente “m” para contracción completa
TIPOS DE ORIFICIOS
CARACTERISTICAS
COEFICIENTE "M"
PARED DELGADA
PARED GRUESA
PARED MUY GRUESA
ESP.<1/2 DIMENSION MENOR
ESP.<3 VECES DIMENSION MENOR
ESP.>3 VECES DIMENSION MENOR
0.61 - 0.65
0.78 - 0.82
0.85 - 0.90
ARISTAS VIVAS
COMPUERTAS DE MADERA
ARISTAS REDONDEADAS
0.675
0.70
MAMPOSTERÍA Y
ARISTAS
REDONDEADAS
CONTRACCION
COMPLETA:
INCOMPLETA
a) bordes alejados >3 veces dim. Menor
I) no se cumple a) ó b)
b) carga sobre el centro del
orificio >1.5 alt. orificio
II) uno o más bordes forman
parte de paredes o fondo
P= Perímetro
n= s/contracción
n
m1 = m (1 + 0,155 n/P)
Formas de escurrimiento
h
b
h
b
a
a
LIBRE
SUMERGIDO
Q = m.a.b
2gh
PARCIALMENTE SUMERGIDO
h'
h
P/2
P/2
b
J
P
a
PARCIALMENTE SUMERGIDO
Escurrimiento libre
Escurrimiento sumergido
Q = m.b.p 2g(J + P/2) + m.b(a − p) 2g(J + P)
h
h'
Para determinar "m" se calibra el funcionamiento del orificio para distintos caudales.
m= Q real
Qteorico
Orificio perfecto (Ajusta a la fórmula)
•Pared plana y vertical
•Pared delgada
•Contracción completa
•Escurrimiento libre (o sumergido)
•Sin velocidad de aproximación
Velocidad de aproximación
< a 0,5 m/s NO SE TOMA EN CUENTA
V = 2gh
h = V2 / 2g = CARGA ADICIONAL = K
Q = m .S . 2g (h + K )
Aplicaciones
•Aforadores – Partidores
•Calibración de toma-granja
•Calibración de aspersores
VERTEDEROS
Recurso simple y exacto para medir agua en canales o corrientes
superficiales
Lado
Cresta o umbral
Rectangular
Cipolletti
90º
60º
Triangular
h
Tiro de salida
4h
h= Altura del agua desde la cresta sin efecto del tiro de salida
Fórmula general de gasto
Q real = mlh 2gh
Contracción de fondo
P
D
h
0.1 h
M
N
≥2–3h
0.66h
B
O
0.66 h
Valores de Coeficiente “m”
COEFICIENTES
m
PARED DELGADA (ESPESOR < 0.66h)
ALTURA CRESTA> 2 - 3 h
I) COMPLETA
m1 = c.m
C = 1+ 0.36 (h/H)2
PARED DELGADA (ESPESOR< 0.66h)
ALTURA CRESTA < 2 - 3 h
II) INCOMPLETA
h
H
a)
SALTO DE AGUA
h
III) SIN CONTRACCION
a)
PARED GRUESA(ESP.>0.66h)
e = 2/3 h
Q = m 2l .e . 2ge
h
e
h
e
m2
m2 = 0.3 – 0.35
m2 = 0.48
m2 = 0.37
CONTRACCIÓN LATERAL
≥ 2h
L
l
L−l
≥ 2h
2
L=l
Sin contracción
Contracción completa
Vertederos sumergidos
Vertederos libres
h
h
h1
Q = m .l .h
2gh
Q = m4 l.h. 2g(h − h1 )
INCLINACIÓN DE LA PARED
W
Descarga menor
Qt > Qr
W
Descarga mayor
Qt < Qr
Coeficiente de Bazin
W
C = 1 − 0.39
180
W
C = 1 + 0.39
180
INCLINACIÓN CON EJE DE LA CORRIENTE
Oblicuo da menor gasto
Angulo
0º 15º 30 º 45 º 60 º 90 º
Coeficiente 0.8 0.86 0.91 0.94 0.96 1
90
60
º
º
VERTEDEROS PERFECTOS
I) CONTRACCION LATERAL Y DE FONDO COMPLETAS
II) PARED DELGADA
III) 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.
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.
4h
4h
2h
3h
20-60h
3h
Fórmulas de gasto
Rectangular
Q (m3/s) = m . l . h
2gh
m = 0,40 ⇒
Q (m 3 /s) = 0.40 . l . h
Qm3/s = 1,772 l h1,5
2gh
Trapezoidal Cipolletti
Los triángulos suplen la disminución del caudal provocada por aumento de
rozamiento al aumentar la carga.
h
Qm3/s = 0,42 l.h 2 gh
h = 1,5
Q
=
1.86xl
h1
Qm3/s = 1,86 l.h1,5
1
 1.5
 Q


 1.86xl


Triangulares
90º
60º
Qm3/s = 1,37 h2,5
Qm3/s = 0,8084 h2,5
2h
VERTEDEROS TRIANGULARES
h
Area =
2h . h
= h2
2
45º
Q = m . h 2 2 gh
m . h 2.5 2 g
m = 0.31(Thompson)
1.Para Q<30 LPS (h <22 cm)
2.Más carga para un mismo Q
3.Inconvenientes canales poca pendiente
4.Mayor exactitud
5.Depósito de arrastres
6.Fáciles de construir
0.31
2 x 9. 8 = 1.37
Q = 1.37 h2.5
Carga (cm) para distintos caudales
LONGITUD DE CRESTA
GASTO
0.50m
1.00m.
Triangulares
1.50m..
L.P.S
Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. Cipoll. Rect.
90º
60º
10
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
AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA
-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
E
A
B
W
B
Flujo
C
D
Vista en planta
A
AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA
Punto de medida
E
A
B
W
B
Flujo
C
D
Vista en planta
F
C
L
Vista
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Longitudes (cm)
L
W
A
B
C
45.7
2.5
22.9 12.7 15.2
45.7
5.1
25.4 15.2 15.2
45.7 10.2 30.5 20.3 15.2
45.7 20.3 40.6 30.5 15.2
91.4
5.1
35.6 25.4 30.5
91.4 10.2 40.6 30.5 30.5
91.4 20.3 50.8 40.6 30.5
91.4 40.6 71.1 61.0 30.5
137.2 7.6
48.3 38.1 45.7
137.2 15.2 55.9 45.7 45.7
137.2 30.5 71.1 61.0 45.7
137.2 61.0 101.6 91.4 45.7
274.3 30.5 101.6 91.4 91.4
274.3 61.0 132.1 121.9 91.4
274.3 121.9 193.0 182.9 91.4
274.3 182.9 254.0 243.8 91.4
D
30.5
30.5
30.5
30.5
61.0
61.0
61.0
61.0
91.4
91.4
91.4
91.4
182.9
182.9
182.9
182.9
E
10.2
10.2
10.2
10.2
20.3
20.3
20.3
20.3
30.5
30.5
30.5
30.5
61.0
61.0
61.0
61.0
F
20.3
20.3
20.3
20.3
35.6
35.6
35.6
35.6
50.8
50.8
50.8
50.8
96.5
96.5
96.5
96.5
Caudal(l/s)
Min. Max.
0.1
3.5
0.3
7
0.6
14
1.2
30
0.3
20
0.6
41
1.2
84
2.5
171
0.5
55
1.1
111
2.1
226
4.4
461
8
437
16
890
33 1810
50 2744
Vista en perspectiva del aforador de orificio variable
Aforador de pantalla
Consideraciones a tener en cuenta:
Pérdida de carga
Sensibilidad en la medición
Condiciones de instalación y
funcionamiento
Pérdida de
carga (cm)
20
Triangular 60º
18
Triangular 90º
16
14
Orificio variable
12
Cipoletti
10
8
Pantalla
6
4
W.S.C. Nº 4
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Caudal (l/s)
Sensibilidad
(l/s/ unidad de lectura)
W.S.C. Nº 4
1.8
1.6
1.4
Cipoletti
1.2
Triangular 90º
1.0
0.8
Triangular 60º
0.6
0.4
Pantalla
0.2
Orificio variable
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Caudal (l/s)
2. Descarga directa.(Se mide Q)
Contadores
Método volumétrico
4. EJEMPLO
Canal : Caudal = 0.04 --- 0.08 m3/s
Máx. Eficiencia Hidráulica = h: 0.38 m
Aforador Cipoletti
a: 0.32 m B.L : 0.13 m
1.08
0.13 (borde libre)
0.38
0.32
4h
4h
2h
20-60h
3h
3h
1 – Con Qmin y h = 5 cm
Q : 0.04 m 3 /s = 0.42 x l x 0.05 2 x 9.81 x 0.05 = LL l = 1.92
Q : 0.08 m 3 /s = 0.42 x 1.92 x h 19.62 x h = LLLh = 0.08
0.08
L = 1.92
0.16
0.38
0.32
2 – Con Qmax y h max
0.08m3 /s = 0.42 x 3h x h 2 x 9.81 x h = LL h = 0.18 m
0.04m3 /s = 0.42 x 0.54 x h 19.62 x h L
0.36
0.38
4h
0.18
L = 0.54
l = 0.54 h = 0.12 m
3h
0.54
2h
20-60h
3h
0.32
0.12
L = 0.54
0.24
0.38
0.32
4h
3 – Con Qmax y h = 12 cm
2h
20-60h
3h
Q : 0.08 m 3 /s = 0.42 x l x 0.12 2 9.81 x 0.12 = LL l = 1.04 m
Q : 0.04 m 3 /s = 0.42 x 1.04 x h 19.62 x h = LLL h = 0.08 m
0.12
L = 1.04
0.24
l
0.38
H
Qmin
Qmax
0.54
0.12
0.18
1.04
0.08
0.12
1.92
0.05
0.08
0.32
0.12
L = 1.04
0.24
0.38
0.32
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
7.20 m
1.52
m
4 – Verificar velocidad
Velocidad de aproximación < 15 cm/seg.
Q = SV
Q : 0.08m 3 /s = (1.52x0.38 + 0.12) xV .....V = 0.10
0.10 m / s < 0.15m / s
Ejemplo de instalación en derivación desde acequia principal a secundaria
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
trabajando en condición de escurrimiento
libre (no sumergido).
TRANSMISOR DE CAUDAL ULTRASÓNICO
CAUDALÍMETRO ELECTROMAGNÉTICO
GRACIAS