TRABAJO CALIDAD DE AGUAS

“Determinación de caudal y diferentes usos reglamentados del agua”

CALIDAD DE AGUAS

Presentado a:

Jaime Rojas

Presentado por:

Norman Hernando Sanmiguel : 20132122454

Universidad Surcolombiana

Facultad de Ingeniaría

Programa de Petróleos

Neiva, Huila

2014

CAUDAL

El caudal es volumen por unidad de tiempo, en lo referente a fluidos ya sean líquidos o gaseosos, muy útil al momento de dimensionar sistemas de bombeo, acuicultura o cualquier uso, en el presente trabajo referente a el análisis de la calidad del agua, nos referimos a los caudales de escorrentía en los canales, los arroyos y los ríos.

la forma de determinar el caudal de un cuerpo acuático se estipula según la norma los métodos son:

METODO VOLUMETRICO

La forma más sencilla de calcular los caudales pequeños es la medición directa del tiempo que se tarda en llenar un recipiente de volumen conocido. La corriente se desvía hacia un canal o cañería que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su llenado se mide por medio de un cronómetro. Para los caudales de más de 4 l/s, es adecuado un recipiente de 10 litros de capacidad que se llenará en 2½ segundos. Para caudales mayores, un recipiente de 200 litros puede servir para corrientes de hasta 50 1/s. El tiempo que se tarda en llenarlo se medirá con precisión, especialmente cuando sea de sólo unos pocos segundos. La variación entre diversas mediciones efectuadas sucesivamente dará una indicación de la precisión de los resultados.

Si la corriente se puede desviar hacia una cañería de manera que descargue sometida a presión, el caudal se puede calcular a partir de mediciones del chorro. Si la cañería se puede colocar de manera que la descarga se efectúe verticalmente hacia arriba, la altura que alcanza el chorro por encima del extremo de la tubería se puede medir y el caudal se calcula a partir de una fórmula adecuada tal como se indica en la Figura 19. Es asimismo posible efectuar estimaciones del caudal a partir de mediciones de la trayectoria desde tuberías horizontales o en pendiente y desde tuberías parcialmente llenas, pero los resultados son en este caso menos confiables (Scott y Houston 1959).

METODO VELOCIDAD/SUPERFICIE

Este método depende de la medición de la velocidad media de la corriente y del área de la sección transversal del canal, calculándose a partir de la fórmula:

O(m³/s) = A(m2) x V(m/s)

La unidad métrica es m³/s. Como m³/s es una unidad grande, las corrientes menores se miden en litros por segundo (1/s).

Una forma sencilla de calcular la velocidad consiste en medir el tiempo que tarda un objeto flotante en recorrer, corriente abajo, una distancia conocida, se debe escoger un recorrido adecuado, en el cual el rio tenga aproximadamente la misma profundidad en todos los puntos, luego marcamos dos puntos para tomar como referencia a la hora de medir la velocidad, pues v=d/t es decir necesitamos la distancia entre dos puntos y el tiempo que tarda en recorrer este objeto flotante dicha distancia, debemos repetir varias veces esta prueba para sacar un promedio, pues la velocidad no es igual en todos los puntos, cabe resaltar que el objeto usado como flotador no debe ser tan liviano como para que el viento lo alcance a arrastrar.

Posteriormente medimos el área transversal del corte del estero o rio, esto se hace midiendo distancias, y profundidades, como se muestra en la figura 1.

FIGURA 1

Luego sabemos que Q(caudal)=V(velocidad)*A(Area transversal del rio) , luego sabemos que la velocidad del fluido en el fondo del rio y en la superficie no es la misma, pues la fuerza de fricción que ejerce el fondo causa una variación asi que este caudal debe multiplicarse por una constante según el tipo de suelo, que se saca de tablas

TIPO DE SUELO Constante general

Liso y suave 0.9

Rocoso y áspero 0.8

FORMULAS EMPÍRICAS PARA CALCULAR VELOCIDAD

La velocidad del agua que se desliza en una corriente o en un canal abierto está determinada por varios factores.

• El gradiente o la pendiente. Si todos los demás factores son iguales, la velocidad de la corriente aumenta cuando la pendiente es más pronunciada.

• La rugosidad. El contacto entre el agua y los márgenes de la corriente causa una resistencia (fricción) que depende de la suavidad o rugosidad del canal. En las corrientes naturales la cantidad de vegetación influye en la rugosidad al igual que cualquier irregularidad que cause turbulencias.

• Forma. Los canales pueden tener idénticas áreas de sección transversal, pendientes y rugosidad, pero puede haber diferencias de velocidad de la corriente en función de su forma. La razón es que el agua que está cerca de los lados y del fondo de una corriente se desliza más lentamente a causa de la fricción; un canal con una menor superficie de contacto con el agua tendrá menor resistencia fricción y, por lo tanto, una mayor velocidad. El parámetro utilizado para medir el efecto de la forma del canal se denomina radio hidráulico del canal. Se define como la superficie de la sección transversal dividida por el perímetro mojado, o sea la longitud del lecho y los lados del canal que están en contacto con el agua. El radio hidráulico tiene, por consiguiente, una cierta longitud y se puede representar por las letras M o R. A veces se denomina también radio medio hidráulico o profundidad media hidráulica. La Figura 24 muestra cómo los canales pueden tener la misma superficie de sección transversal pero un radio hidráulico diferente. Si todos los demás factores son constantes, cuanto menor es el valor de R menor será la velocidad.

Todas estas variables que influyen en la velocidad de la corriente se han reunido en una ecuación empírica conocida como la fórmula de Manning, tal como sigue:

Donde:

V es la velocidad media de la corriente en metros por segundo

R es el radio hidráulico en metros (la letra M se utiliza también para designar al radio hidráulico, con el significado de profundidad hidráulica media)

S es la pendiente media del canal en metros por metro (también se utiliza la letra i para designar a la pendiente)

n es un coeficiente, conocido como n de Manning o coeficiente de rugosidad de Manning. En el Cuadro 3 figuran algunos valores correspondientes al flujo de canales.

En sentido estricto, el gradiente de la superficie del agua debería utilizarse en la fórmula de Manning; es posible que no sea el mismo gradiente del lecho de la corriente cuando el agua está subiendo o bajando. Sin embargo, no es fácil medir el nivel de la superficie con precisión por lo que se suele calcular una media del gradiente del canal a partir de la diferencia de elevación entre varios conjuntos de puntos situados a 100 metros de distancia entre ellos. Se dispone de nomogramas para facilitar la solución de la fórmula de Manning, como indica el ejemplo de la Figura 25.

Otra fórmula empírica sencilla para calcular la velocidad de la corriente es la fórmula de zanjas colectoras de Elliot, que es la siguiente:

Donde

V es la velocidad media de la corriente en metros por segundo

m es el radio hidráulico en metros

h es la pendiente del canal en metros por kilómetro

Esta fórmula parte del supuesto de un valor de n de Manning de 0,02 y, por consiguiente, sólo es adecuada para caudales naturales de corriente libre con escasa rugosidad.

Constantes para la ecuación de Manning para calcular la velocidad promedio CUADRO 3

a) Canales sin vegetación Constante (n)

Sección transversal uniforme, alineación regular sin guijarros ni vegetación, en suelos sedimentarios finos 0,016

Sección transversal uniforme, alineación regular, sin guijarros ni vegetación, con suelos de arcilla duros u horizontes endurecidos 0,018

Sección transversal uniforme, alineación regular, con pocos guijarros, escasa vegetación, en tierra franca arcillosa 0,020

Pequeñas variaciones en la sección transversal, alineación bastante regular, pocas piedras, hierba fina en las orillas, en suelos arenosos y arcillosos, y también en canales recién limpiados y rastrillados 0,0225

Alineación irregular, con ondulaciones en el fondo, en suelo de grava o esquistos arcillosos, con orillas irregulares o vegetación 0,025

Sección transversal y alineación irregulares, rocas dispersas y grava suelta en el fondo, o con considerable vegetación en los márgenes inclinados, o en un material de grava de hasta 150 mm de diámetro 0,030

Canales irregulares erosionados, o canales abiertos en la roca 0,030

(b) Canales con vegetación

Gramíneas cortas (50-150 mm) 0,030-0,060

Gramíneas medias (150-250 mm) 0,030-0,085

Gramíneas largas (250-600 mm) 0,040-0,150

(c) Canales de corriente natural

Limpios y rectos 0,025-0,030

Sinuosos, con embalses y bajos 0,033-0,040

Con muchas hierbas altas, sinuosos 0,075-0,150

2) ANÁLISIS DEL DECRETO 3930 DEL 25 DE OCTUBRE DE 2010

Publicado en el Diario Oficial No. 47873 del 25 de octubre de 2010

Deroga: Decreto 1594 de 1984, salvo el artículo 20 que trae la lista de las sustancias que son Consideradas de interés sanitario y el artículo 21 el cual

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