Construcción de un correntómetro utilizando el principio del tubo de Pitot para el aforo de caudales en canales abiertos.

Abstract

La medición del caudal es de gran utilidad en la administración y ejecución de los programas de riego, la conducción del agua en los sistemas de riego se hace generalmente en canales abiertos que en su uso presentan deterioro como fugas, filtraciones o tomas clandestinas. Esto quiere decir, que para un buen plan de manejo y operación del sistema es condición imprescindible conocer los caudales a lo largo de las abscisas del canal, para determinar los sitios problema donde se hace necesario el mantenimiento del canal.

En la agricultura campesina se usa pequeños caudales, medirlos es necesario especialmente en época de estiaje para determinar la superficie posible de riego y poder planificar una distribución equitativa de este escaso recurso.

Los métodos para el aforo que se usan en la práctica son muy laboriosos, o de poca precisión. El molinete es útil y buena precisión, sin embargo, éste es de difícil acceso para los usuarios por su alto costo, o se complica porque el calado del canal no permite su uso. El método del flotador proyecta datos que adolecen de buena precisión; si se quisiese utilizar el método volumétrico, esta práctica se complica con caudales superiores a 5 l/s. Ante esta situación es necesario generar alternativas experimentales que busquen una solución a este problema. Para lograr esto, en esta investigación se pretende hacer uso del teorema de Bernoulli para diseñar, construir y evaluar un correntómetro que utilice la carga de velocidad para su medición en un punto.

El presente trabajo de investigación se realizó en los laboratorios de hidráulica de campo de la carrera de Ingeniería Agrícola en la Facultad Agropecuaria y de Recursos Naturales Renovables de la Universidad Nacional de Loja que se sitúa en la ciudad Universitaria “Guillermo Falconí Espinosa”, sector la Argelia, siendo el objetivo principal de esta investigación, Contribuir al manejo eficiente del agua a través del aforo en los canales de riego, para lo cual se propuso los siguientes objetivos específicos: 1). Construir un correntómetro utilizando el principio del tubo de Pitot para el aforo de caudales en canales abiertos 2). Evaluar la profundidad a la que se encuentra la velocidad media del flujo de agua de acuerdo al revestimiento del canal 3). Evaluar el funcionamiento del correntómetro en el aforo de caudales comparado con el método volumétrico.

La metodología usada fue la siguiente: previo a la construcción y el diseño del correntómetro, en el laboratorio de hidráulica se observó el comportamiento de la carga de velocidad y de la carga piezométrica en los tubos de Pitot y piezómetrico, respectivamente esto con el fin de tener argumentos para el diseño y construcción, estas experiencias preliminares permitió la construcción del dispositivo.

Para encontrar la profundidad a la que se encuentra la velocidad media de acuerdo al revestimiento del canal, primero se conoció la velocidad real del flujo en el canal aforando los caudales de estos con el método gravimétrico y aplicando la fórmula de la continuidad se despejó la velocidad media del flujo, para luego dividir la sección del canal en líneas horizontales y verticales como una grilla y medir la carga de velocidad con el dispositivo en cada punto de la grilla, la carga de velocidad se la transformó en velocidad de flujo y con esta información se dibujó las líneas isotacas para ubicar la velocidad media que según la U.S. Geological Survey, se encuentra a 0,6 h desde la superficie en el eje de simetría del canal, esta velocidad se comparó con la velocidad media obtenida mediante el método gravimétrico, al no ser iguales las velocidades medias de los métodos del correntómetro con la del gravimétrico se aplicó un coeficiente de corrección (Kd) que se obtuvo de dividir la velocidad calculada por el método gravimétrico con la velocidad que salió de las líneas isotacas a la profundidad 0,6 h.

La confiabilidad del correntómetro fue estimada calculando la velocidad media del flujo con el dispositivo calculando el caudal y multiplicando por el coeficiente (Kd) , para luego comparar con los valores obtenidos mediante el método volumétrico, aplicando la Fórmula: .

Finalmente se concluyó que el correntómetro funciona con una precisión de 95,5% en el canal de hormigón y en el de tierra 97,5%, al calcular la velocidad del flujo utilizando la medición de la carga de velocidad. También este dispositivo utiliza materiales accesibles y de bajo costo para su construcción. Los coeficientes de descarga del dispositivo son diferentes para los canales de hormigón y de tierra, siendo estos 0,74 y 0,56 respectivamente.

Entre las principales recomendaciones está investigar cómo cambia el coeficiente del correntómetro Kd en función del calado y de la rugosidad de las paredes del canal.

Palabras claves: correntómetro, calado, carga de velocidad, velocidad media, coeficiente.