Informe Aforo de Caudal

 

FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: AFORO DE CAUDAL ASIGNATURA: Laboratorio de mecánica de fluidos DOCENTE DE LAB.: Ing. Cesar Paniagua Chacon DOCENTE DE TEORIA: Ing. Edwin Astete Samanez ALUMNOS:  Anchaya

Castillo José Antonio 192830  Márquez Calloquispe Julio Gregory 163769  Mora Manda Jefferson Orestes 192839  Puma Yupanqui Frank Henry 184610  Samanez Carrasco Fernando 192610

SEMESTRE: 2020  –  II  II

CUSCO  –  PERÚ  PERÚ 2021

 

INTRODUCCION El caudal de un fluido representa la cantidad de fluido que circula a través de una sección por unidad de tiempo. Esta es una magnitud que utilizamos mucho en el campo de la ingeniería Civil, principalmente en la rama de la Hidráulica, y podemos aplicarla en el diseño y construcción de diferentes obras hidráulicas; por lo tanto, es de suma importancia conocer este tema para la formación profesional de un estudiante de esta carrera. A continuación, detallaremos los conceptos básicos sobre este tema y realizaremos la aplicación de lo aprendido en clase saliendo a campo para calcular el caudal en un canal, así como, en un recipiente. Utilizaremos Utilizaremos las dos fórmulas que desarrollamos desarrollamos en clase para hallar el caudal de un fluido, en el caso del canal, realizaremos el cálculo del caudal por el método de flotación;  para lo cual mediremos mediremos las dimensiones dimensiones de la sección sección transver transversal sal del canal, luego hallaremos la velocidad del fluido, para lo cual, arrojaremos un elemento flotante al flujo para un trayecto determinado y cronometraremos cronometraremos el tiempo que tarda este objeto en recorrer nuestro trayecto, repetirem repetiremos os esta acción 5 veces y sacaremos un promedio. Finalmente, con los datos obtenidos hallaremos el área y la velocidad, para así poder calcular el caudal del canal. Para el caso del recipiente, que puede ser una jarra o un balde, calcularemos el caudal por el método volumétrico. Abriremos nuestra pila, y colocaremos nuestro recipiente de manera que el agua caiga en este; estableceremos estableceremos una cierta altura y cronometraremos cronometraremos el tiempo en el que el agua llega a dicha altura, repetiremos esta acción 5 veces y sacaremos un promedio para hallar la velocidad. Mediremos Mediremos el radio y la altura de nuestro recipiente y hallaremos su volumen (en este caso volumen de un cilindro). Con los datos obtenidos calcularemos nuestro caudal.

 

 

INDICE

1.  Objetivos  2.  Marco teórico  3.  Experimentación  4.  Conclusiones  5.  Referencias bibliografías 

 

1.  OBJETIVOS Objetivos generales:   Calcular el caudal de un fluido que circula por un canal utilizando 

el método de flotación.   Calcular el caudal de un fluido que circula por una pila utilizando



el método volumétrico. Objetivos específicos: específicos:   Calcular el área transversal de un canal. 

  Calcular la velocidad de un fluido que circula por un canal.



  Calcular el volumen de un recipiente.



  Calcular el tiempo que demora un fluido en llenar un recipiente



cilíndrico.

 

2.  MARCO TEÓRICO Concepto de gasto o caudal.

En la siguiente figura, un elemento dA, de la superficie S (limitada por una curva C) y que contiene al punto cualquiera P. se puede representar  por el vector diferencial diferencial de superficie: superficie: dA = dA.n donde n se define como un vector unitario normal a la superficie en el  punto P, cuyo sentido sentido positiv positivoo se establece por convención. La velocidad v que corresponde al punto P tiene en general una dirección distinta a la de dA. En un intervalo dt, el volumen de fluido que atraviesa el elemento de superficie dA queda determinado por el producto escalar de los vectores: el diferencial de arco ds sobre la línea de corriente que pasa  por P y el vector diferencial de superficie dA. dA. Entonces, considerando considerando que ds = v.dt, el volumen de fluido que pasa a través del elemento dA vale: dv = ds.dA = v.dA.dt

 

El flujo de volumen a través de toda la superficie S queda definido por la ecuación: 

Q =   = 

 A

Cuyas dimensiones son

v.dA dA  

 L3T 1  . Este flujo de volumen se conoce

como

gasto o caudal. Si en un flujo la superficie S se escoge de modo que las líneas de corriente sean normales a ella en cada punto, de la ecuación  d A el gasto se puede calcular de la manera siguiente: Q =   =  v.dA  A

Q = 

 A

v.dA  

Se llama velocidad media, a través de la superficie S de área A, al  promedio calculado calculado asi:

v=

 v.dA  A



 =

 

 

Y equivale a suponer que la velocidad se distribuye uniformente sobre toda la superficie, con un valor contante v y en dirección perpendicular de la misma.

 

3.  EXPERIMENTACIÓN.  Cálculo del caudal de un fluido en un canal. Calcularemos el caudal de un canal que se ubica en la ruta ChincheroUrquillos, provincia de Urubamba, departamento de Cusco. Hallaremos el caudal de este canal mediante el método de flotación. Este método consiste en hallar el área de la sección transversal del canal y la velocidad del fluido, para lo cual se debe utilizar un objeto que flote en el fluido (en este caso será una tapa de gaseosa). Una vez calculemos el área y la velocidad procedemos a calcular el caudal mediante la fórmula Q = A.v

Materiales:        

   

Wincha o metro Tiza  Tapa de plástico Cronómetro 

Procedimiento:   Con el metro medimos el nivel de agua (altura) en el canal, el



cual nos resulta 0.07 m. 

 

  Medimos la base del canal, el cual nos da un resultado de 0.395



m. 

  Igualmente medimos el ancho del caudal que también nos resulta



0.395 m, con lo cual determinamos que se trata de un canal de forma rectangular. 

 



Con estos datos podemos graficar la sección transversal del canal: 

 

    Calculamos el área de nuestra sección transversal con los datos que obtuvimos: A = b.h A = (0.395 m) (0.07 m)



A = 0.02765 m2    A continuación, para hallar la velocidad del fluido en el canal,



 primero trazamos trazamos un tramo de dos dos metros a la orilla del canal y marcamos nuestros puntos inicial y final con tiza.  d=2m

  Seguidamente debemos arrojar una tapa de plástico al canal y



medir el tiempo que tarda en recorrer el tramo de dos metros que establecimos previamente. Para medir el tiempo utilizamos el cronómetro de nuestro celular. Debemos repetir esta acción 5 veces y sacar un promedio para determinar el tiempo más acertado posible.  Intentos

Tiempo (s)

Primer intento

1.63

Segundo intento

1.60

Tercer intento

1.78

Cuarto intento

1.73

Quinto intento

1.73

 

  El promedio del tiempo será: P= 

1.63+1.60+1.78+1.73+1.73 5

 = 1.7 s

  Una vez hallado el tiempo y con la distancia de 2 m del tramo

que establecimos, podemos calcular la velocidad del fluido en el canal: d = v.t 

v =   v=

2 1.7 

 

v = 1.2 m/s 

  Finalmente, una vez que hallamos los valores del área y la

velocidad del canal, procedemos a calcular el caudal: Q = A.v Q = (0.02765 m2) (1.2 m/s) Q = 0.0332 m3/s En litros el caudal sería Q = 33.2 l/s

NOTA: El video de la experimentación se encuentra adjunto.

 

Cálculo del caudal de un fluido en una pila. Calcularemos el caudal del agua que circula a través de una pila por el método volumétrico. Este método consiste en hallar el volumen del recipiente en el cual caerá el agua, así como, el tiempo que tarda el agua en llenar el recipiente que en este caso será una jarra de plástico. Una vez calculemos el volumen y 

el tiempo procedemos a calcular el caudal mediante la fórmula Q = . 

Materiales:   

  Un balde de plástico    Wincha o metro    Cronómetro 

Procedimiento:   Con el metro, medimos la altura del balde, estableceremos una



altura de 18.5 cm. 

 

  Medimos los diámetros del balde que tiene forma de cono



truncado, cuyas bases miden: 

Diámetro de la base mayor = D = 19 cm Diámetro de la base menor = d = 17 cm   Con los datos obtenidos podemos graficar el recipiente. 



  Calculamos el volumen de nuestro recipiente. 



h

V = π. (D2 + d2 + D.d) 12

0.185

V=π(

12

) (0.192  + 0.172 + (0.19) (0.17))

V = 0.00471 m3

 

  Para calcular el tiempo colocamos el recipiente debajo de la



 pileta.    Abrimos la pileta y calculamos el tiempo que tarda el agua en llenar el recipiente, para lo cual utilizamos el cronómetro de nuestro celular. Repetimos esta acción 5 veces y sacamos un



 promedio para determinar determinar el va valor lor más exacto del del tiempo.  Intentos

Tiempo (s)

Primer intento

13.87

Segundo intento

13.44

Tercer intento

13.26

Cuarto intento

14.22

Quinto intento

13.89

El promedio del tiempo será: P = 13.87+13.44+13.26+14.22+13.89   5

P = 13.74 s 

  Finalmente, una vez hallado el tiempo y el volumen, procedemos

a calcular el caudal.  Q= Q=



 

 0.00471 13.74

  3

Q = 0.000343 m /s El caudal en litros será: Q = 0.343 l/s

NOTA: El video de la experimentación se encuentra adjunto.

 

4.  CONCLUSIONES   Para

el caso del caudal en el canal, el área transversal transversal del canal

tiene un valor de 0.02765 m2    Para

el caso del caudal en el canal, la velocidad tiene un valor de

1.2 m/s.    Para

el caso del caudal en el canal, el caudal del canal que se

encuentra en la ruta Chinchero-Urqui Chinchero-Urquillos, llos, tiene un valor de 33.2 l/s.

  Para

el caso del caudal de agua que circula por la pila, el volumen

del recipiente de plástico que tiene forma de cono truncado es de 0.00471 m3    Para

el caso del caudal de agua que circula por la pila, el tiempo

que demora el agua en llenar el recipiente es de 13.74 s.     Para

el caso del caudal de agua que circula por la pila, el caudal

tiene un valor de 0.343 l/s. 

 

5.  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS   Hidráulica general  –  Vol.  Vol.

1 Fundamentos –  Sotelo  Sotelo Ávila  –  

LIMUSA    Mecánica

de los fluidos e Hidráulica –  Tercera  Tercera edición  –  Schaum  Schaum

 –  McGraw-Hill.  McGraw-Hill.    https://www.m https://www.midagri.gob.pe idagri.gob.pe/portal/downlo /portal/download/pdf/m ad/pdf/manualanual-

riego/manual5.pdf   r/laboratorio_hidraulica/Bib _hidraulica/Bibliotec liotec   http://www1.frm.utn.edu.a http://www1.frm.utn.edu.ar/laboratorio a_Virtual/Aforadores%20de%20 a_Virtual/Afo radores%20de%20caudal%20pa caudal%20para%20canales ra%20canales %20abietos/pub38.pdf     https://inta.g https://inta.gob.ar/sites/defaul ob.ar/sites/default/files/script-tm t/files/script-tmp-intap-inta-

 _curso_aforadores_de_agua.pdf   _curso_aforadores _de_agua.pdf     https://www.youtube.com/ https://www.youtube.com/watch?v=4JvMsKRV watch?v=4JvMsKRVDt4&t=358s Dt4&t=358s     https://www.youtube.com/ https://www.youtube.com/watch?v=2KBErGn watch?v=2KBErGn6wYE&t=369s 6wYE&t=369s     https://www.y https://www.youtube.com/ outube.com/watch?v=P__ppH watch?v=P__ppHbiZ0U biZ0U  

watch?v=f2JX9UUY0Gg Y0Gg     https://www.youtube.com/ https://www.youtube.com/watch?v=f2JX9UU