AFORO CON MOLINETE

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA PETRÓLEOS
NEIVA
2012
INTRODUCCION

El conocimiento del caudal que fluye por una determinada sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de una estación registradora (limnigráfica). Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud de una corriente en particular.

En este trabajo mostramos los resultados de nuestra práctica de medición de un caudal de agua natural de un cauce ubicado en el sector del bosque dentro de la Universidad Surcolombiana, por diferentes métodos de aforo, en especial del método más confiable que es el del Molinete.

1. OBJETIVOS

* Determinar el caudal del cauce de un agua natural mediante el método del Molinete.

* Calcular los diferentesíndices de calidad del agua WQL- NSF y su carga contaminante.

*

2. MARCO TEÓRICO

3.1. AFORO CON MOLINETE
El Correntómetro o Molinete es un dispositivo constituido por una serie de paletas las cuales giran al estar en contacto con una corriente de agua, siendo el número de revoluciones proporcional a la velocidad de la corriente. Los molinetes pueden ir montados en soportes o suspendidos de cables.
Existen dos tipos de Molinete

Tipo de Taza Cónica Tipo Hélice



El de tipo de taza cónica (de origen americano) gira sobre un eje vertical y el de tipo hélice gira sobre un eje horizontal (muy común en Europa). En ambos casos la velocidad de rotación es proporcional a la velocidad de la corriente; se cuenta el número de revoluciones en un tiempo dado, ya sea con un contador digital o como golpes oídos en los auriculares que lleva el operador.

Cada molinete viene calibrado de fábrica y acompañado de una tabla o ecuación, donde se relaciona la velocidad angular de la rueda giratoria con la velocidad de la corriente. Un molinete debe calibrarse una vez al año y también después de cada accidente que sufra o de cualquiera alteración de sus partes que pueda cambiar su graduación.

En las corrientes superficiales se montan pequeños molinetes sobre barras que sostienen operarios que caminan por el agua. Cuando hay que medir caudales de una avenida en grandes ríos, las lecturas se toman desde un puenteo instalando un cable suspendido por encima del nivel máximo de la avenida; el molinete se baja por medio de cables con pesas para retenerlo contra la corriente del río.

Cuanto mayor sea el número de registros realizados en un mismo punto de aforo, más confiable será la apreciación de la velocidad medida; por lo mismo, se sugiere explotar las velocidades de corriente en diferentes puntos igualmente espaciados sobre el espejo del agua.

Un molinete mide la velocidad en un único punto, es por esto que, para calcular el caudal total se deben realizar varias mediciones. Según sea el grado de precisión que se quiera obtener en el aforo, se tomarán mayor o menor número de puntos de medida en la sección. Cuando se pretende obtener una alta precisión, se elegirán mayor número de verticales en la sección y se calculará la velocidad media en cada vertical. El número de revoluciones por intervalo de tiempo se transforma a velocidad de la corriente consultando la tabla del instrumento o su ecuación respectiva. 

3.2. MEDICIÓN DE UN CAUDAL

* Método De Un Punto o Método de los 6/10

Este método es aplicable cuando no es posible hacer mediciones al 0.80 de la profundidad. Es el más sencillo y consiste en determinar la velocidad utilizando el correntómetro, para lo cual debe ubicarse a los 6/10 de la profundidad total por debajo del nivel de agua, es decir, la velocidad media coincide con la velocidad a 0.6H de la profundidad.
Vm  = V 0.6 HDonde
Vm: Velocidad media
H: Profundidad total

La práctica ha demostrado que este método presenta buenos resultados si el tirante tiene profundidades entre los 0.10 y 0.75 metros. Para valores de tirante superiores a los mencionados anteriormente se recomienda utilizar el método de los dos puntos.

* Método de los Dos Puntos

Este método es más exacto que el método anterior. La medición de las velocidades se realiza a los 0.20 y a los 0.80 de la profundidad y el promedio aritmético de ambos se considera como la velocidad media vertical. Como se mencionó antes, este método es aplicable para tirantes que son superiores a 0.75 metros.

Donde
Vm: Velocidad media
H: Profundidad total

* Método de los Tres Puntos:
Este método es aplicable para profundidades de tirantes mayores a 0.75 metros y cuando la velocidad del flujo es alterada por existencia de objetos en el cauce. Las velocidades son determinadas a 0.20, 0.60, y 0.80 de la profundidad. La determinación de la velocidad media vertical se obtiene promediando primero la velocidad a 0.20 y 0.80, y este resultado se promedia con la velocidad obtenida a 0.60.



Donde
Vm: Velocidad media
H: Profundidad total

En el caso que se desea obtener más precisión en la observación se realiza observaciones a 0.20, 0.40, 0.6 y 0.80 de la profundidad del tirante.

El lugar elegido para hacer el aforo o medición debe cumplir los siguientes requisitos:

* La sección transversaldebe estar bien definida y que en lo posible no se presente agradación o degradación del lecho.

* Debe tener fácil acceso.

* Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobre elevaciones y cambios en la profundidad producidos por curvas. Este método tiene una confiabilidad de 99%.
3. PRÁCTICA DE MEDICIÓN DEL AFORO DE UN CAUDAL

Corte transversal de la cuenca:

Las siguientes son las ecuaciones del Mini-molinete para calcular la velocidad:
A. Si, n < 0.29 V = 0.4049.n +0.039
B. Si, 0.85 < n > 0.29 V = 0.4931.n + 0.013
C. Si, n > 0.85 V = 0.5073.n + 0.001

Corte transversal de la cuenca, corregida para aproximar un cálculo de su área:

Calculamos las áreas de las secciones 1 y 3:
* Sección 1 y 3:
A = (0.115*0.035)m22 = 0,0020125 m2
* Sección 2:
A2 = 0.035*0.23m2+0.005*0.115m2 = 0.008625 m2

Para la muestra de cálculos tomamos la sección 2:

Calculamos número de vueltas por segundo n:

n = # vueltastiempo = 7150 = 1.42

Como n = 1.42 y n > 0.85 entonces utilizamos la ecuación del molinete C:

V = 0.5073.n + 0.001

V = 0,7213 m/s

Calculamos el Caudal de la sección 2, Q2:

Q2 = Area de la seccion*Velocidad puntual

Q2 = 0.008625 m2*0,7213ms = 0.0062218m3s

Orilla izquierda:

Voi = 23Vp = 230.741658 = 0,494438 m/s

Q = A*Voi = 0.494438*0.0020125 = 0,000995m3s

Orilla derecha:
Vod = 23Vp = 230.579322 = 0.38621 m/s

Q = A*V = 0.0020125*0.386214  = 0.000777256 m3s| TABLA DE RESULTADOSMINIMOLINETE HELICE 3 O 4 |
Ubicación de la Medición | Profundidad (metros) | # Vueltas | Tiempo (sg) | n | Velocidad Puntual n1(m/sg) | Área Sección (m2) | Caudal Sección (m3/sg) |
Sección 1 OZ | 0,035 | 73 | 50 | 1,46 | 0,741658 | 0,0020125 | 0,000995 |
Sección 2 Centro | 0,04 | 71 | 50 | 1,42 | 0,7213 | 0,008625 | 0.0062218 |
Sección 3 OD | 0,035 | 57 | 50 | 1,14 | 0,579322 | 0,0020125 | 0.00077725 |

Ahora calculamos el Caudal total sumando los caudales puntuales:

Q = Σ Qi = 0,000995+0.0062218+0.00077725 = 0,00799405 m3s

Convertimos en L/s:
Q = 0,00799405m3s*1000 L1 m3 = 7,994Ls

4. CÁLCULO DE LOS ÍNDICES DE CALIDAD DEL AGUA

Se tomó una muestra del agua del cauce natural y se hallaron los siguientes datos para poder calcular los índices de calidad del agua:

PARAMETROS | VALOR |
OD | 2.3 |
CF (Coliformes Fecales) | 200 nmp/100ml |
DBO5 | 1.8 mg/l |
aˆ†T | 28.3°C |
conductividad | 286 |
Turbiedad | 6.5 |
ST (Sólidos Totales) | 302mg/l |
Dureza | 1.6 |
Alcalinidad | 3 mg/l |
SS (Sólidos Suspendidos) | 16 |
pH | 9.2 |

ICA (Índice de Calidad del Agua)

VARIABLE | VALOR PARÁMETRO | Ii | Wi | IiWi |
OD | 28 | 20 | 0.17 | 3.4 |
pH | 9.2 | 38 | 0.12 | 4.56 |
DBO5 | 1.8 | 90 | 0.10 | 9 |
aˆ†T | 28.3 | 10 | 0.10 | 1 |
Turbiedad | 6.5 | 85 | 0.08 | 6.8 |
ST Sólidos Totales | 302 | 86 | 0,08 | 6.88 |
TOTAL 31.64 |

El WQI calculado es de 31.64 que según la escala de calidaddel agua según el índice de calidad NSF – WQI, está en el rango de 26 – 50 y se posiciona como mala

ICO (Índice de Contaminación)

ICOMI (Índice de Contaminación por Mineralización)
ICOMI = 13(ICONDUCTIVIDAD +IDUREZA +IALCALINIDAD)
ICONDUCTIVIDAD = 10LOG(-3.26+1.34logconductividad) = 0.0315
IDUREZA = 10LOG(-9.09+4.40logDureza) = 0.608
IALCALINIDAD = -0.25+0.005alcalinidad (mg/l) = 1.25
ICOMI = o.0315+0.608+1.253 = 0.6298
Esta agua tiene un índice de contaminación Media.

ICOMO (Índice de Contaminación por Materia Orgánica

ICOMO = 13(IDBO5+ICOLIFORMES FECALES+I%OXIGENO)
IDB05 = -0.05+0.70logDBO5 = 0.1286
ICOLIFORMES TOTALES = -1.44+0.56logC.fecales = -0.15 = 0
I%OXIGENO = 1-0.01%OXIGENO = 0.72
ICOMO = 130.1286+0+0.72 = 0.2828

ICOSUS (Índice de Contaminación por Sólidos Suspendidos)

ICOSUS = -0.02+0.003solidos suspendidos (mg/l)
ICOSUS = 0.028
5. CONCLUSIONES

* El método del molinete es muy acertado y tiene una confiabilidad del 99%.

* Esta quebrada tiene índices de calidad regulares.

6. BIBLIOGRAFÍA

* ROJAS PUENTES, Jaime. Fundamentos de Calidad de Aguas. Editorial Surcolombiana. Neiva