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Cuencas hidrográficas e hidrológica y gestión del agua MANEJO INTEGRAL DE CUENCAS Ms. Ing. Wilmer Ugarte López Docente Hidrología de cuencas 2 • Estructura y propiedades del agua • Principios de la dinámica de fluidos • Flujo laminar y turbulento Apertura de canales hidráulicos • Mediciones del caudal utilizando estructuras de medición y control. • Descargas de efluentes en cuerpos de agua de la cuenca. AGENDA *Trabajo colaborativo Al finalizar la sesión, el estudiante identifica y analiza las estructuras de medición y control de caudales en la región La Libertad; realiza la descripción de los principales impactos de la descarga de efluentes en una cuenca y plantea alternativas de solución. LOGRO DE APRENDIZAJE Interés Estructura química y propiedades del agua Madeleine Marlene Aguila Huamani Melany Jazmin Arango Lopez Ariana Ayleen Barja Huaroc Maria Fernanda Calle Sanchez Marilyn Thalia Cardenas Mantilla Magaly Judith Carrasco Gordillo Astrid Kiara Cuellar Norabuena Josep Harold Gervacio Alvarado Cesar Evaristo Hinostroza Veliz Meylin ROse Leon Chuchon Paola Jessica Laccho Fernandez Carlessy Martinez Agama Anali Andrea Moreno Muñoz Victor Leonardo Paredes Castro Brenda Abigail Peralta Diaz Maria Jose Perez Romani Cinthia Lizbeth Quispe Cotrina Misty Ruby Ramos Noriega Nicole Dalia Reyes Quispe Ximena Alejandra Rivera Huaman ROlando Jheferson Rojas Arroyo Brendañy Jimena ROmero Reyes Maria Soledad Roeque Carrillo Olguita Lisbett RUpay Prada Anderson Aldari Siancas Arrunategui Yeni Lucero Torres Tello Daniela Maygretthe Vargas Lazaro Angie Carolina Vasquez Baldera Jesus Alberto Vegas Tamayo Hector Yosmmel Velasquez Arqque Jahaira Jennifer Vittor De la Cruz ¿Cuál es la estructura química del agua? ¿Qué propiedades del agua recuerdas? 1 2 Descubrimiento La molécula de agua está formada por dos átomos de H a un átomo de O por medio, unidos de dos enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa El agua pura tiene un pH neutro de 7, lo que significa que no es ácida ni básica. El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. Descubrimiento El agua se presenta en tres estados: sólida, líquida o gaseosa Estructura del agua En ese momento, cambia de estado. Cuando el agua pasa del estado gaseoso al líquido recibe el nombre de condensación. Por acción del calor o del frío un cuerpo puede modificar su estado. Cuando pasa del estado líquido al gaseoso se produce la evaporación. Para que esto sea posible el agua deberá encontrarse en su punto de ebullicíon que es de 100°C, siempre y cuando se encuentre al nivel del mar. Existen, además de los mencionados, dos procesos más complejos conocidos como sublimación y sublimación inversa, en los que el agua pasa del estado sólido al gaseoso o viceversa. Si una masa de agua líquida se somete a una temperatura de 0° C se congela. Esto se denomina congelación. Por el contrario, si a una masa de hielo se le aplica calor se derrite y se convierte en agua líquida. Esto se conoce como fusión. Descubrimiento Propiedades del agua Disolvente universal • El agua es el líquido que más sustancias disuelve. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. Capacidad disolvente • La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. 1. Acción disolvente Descubrimiento Propiedadesdelagua El esqueleto hidrostático es una cavidad llena de fluido rodeada de músculos, la presión del agua y los músculos que lo bordean sirven para cambiar la forma del cuerpo o producir movimiento. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. 2. Elevada fuerza de cohesión Descubrimiento Propiedadesdelagua 3. Gran calor especifico Absorbe calor: El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. En una célula: Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante. Descubrimiento Propiedadesdelagua 4. Elevado calor especifico y de vaporización Su calor específico y calor de vaporización elevados permiten que el calor liberado en reacciones bioquímicas exotérmicas sea fácilmente absorbido y/o eliminado con pequeña variación de la temperatura del individuo. Descubrimiento Principios deladinámicadefluidos La dinámica de fluidos estudia los fluidos en movimiento y es una de las ramas más complejas de la mecánica. La trayectoria descrita por un elemento de fluido en movimiento se llama línea de flujo. La velocidad del elemento varía en magnitud y dirección a lo largo de su línea de flujo. Descubrimiento Principios deladinámicadefluidos Fluido Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad para analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido. Fluido real Fluido ideal Los efectos de la viscosidad están presentes y esto da lugar al desarrollo de esfuerzos cortantes entre partículas del fluido vecinas cuando están moviéndose a velocidades distintas. Es una sustancia que se deforma continuamente (fluye) bajo la aplicación de una tensión tangencial y mantiene sus partículas unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles; el término engloba a los líquidos y los gases. 1. viscosidad: resistencia que poseen algunos líquidos durante su fluidez y deformación 2. incompresible : cualquier fluido cuya densidad siempre permanece constante con el tiempo, y tiene la capacidad de oponerse a la compresión del mismo bajo cualquier condición. Descubrimiento Fluido ideal Flujo irrotacional:Significa que un elemento de fluido (un volumen pequeño del fluido) no posee una velocidad angular neta; esto elimina la posibilidad de remolinos (El flujo no es turbulento). Flujo incomprensible: Significa que la densidad del fluido es constante. Flujo constante Implica que todas las partículas de un fluido tienen la misma velocidad al pasar por un punto dado. Flujo no viscoso: Implica que la viscosidad es insignificante. El término viscosidad se refiere a la fricción interna, o resistencia al flujo, de un fluido. (Por ejemplo, la miel es mucho más viscosa que el agua.) En un enfoque de dinámica de fluidos simplificado se acostumbra a considerar las siguientes cuatro características de un fluido ideal: Descubrimiento Ecuacióndecontinuidad Es la expresión del principio de conservación de la masa líquida Si no hay pérdidas de fluido dentro de un tubo uniforme, la masa de fluido que entra es igual a la que sale en un tubo en un tiempo. Descubrimiento Ecuación de Bernoulli La conservación de energía, o el teorema general trabajo-energía, lleva a otra relación muy general para el flujo de fluidos. El primero en deducir dicha relación fue el matemático suizo Daniel Bernoulli en 1738. Descubrimiento Flujo laminar Desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continenteSe dice que este flujo es aerodinámico. Ocurre a velocidades relativamente bajas o viscosidades altas. Se llama flujo laminar al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse. Descubrimiento Flujoturbulento Se llama flujo turbulento cuando se hace mas irregular, caótico e impredecible. Las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos. Aparecen a velocidades altas o cuando aparecen obstáculos abruptos en el movimiento de un fluido. Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Correntómetro • Método de medición de velocidad media más usado en cauces naturales; consta de sistema de copas cónicas o de hélice que gira alrededor de eje horizontal, mide velocidad del flujo, a través de velocidad de rotación de hélice, colocada a determinada profundidad. Medición mediante flotador: • El cálculo de la velocidad del agua se basa en medir el tiempo que tarda un objeto flotante en recorrer una distancia conocida. Velocidad = Espacio recorrido / Tiempo empleado. Vertedero • Consistente en una placa o muro sobre el cual fluye líquido a superficie libre. Los vertedores se clasifican en: Vertedores de pared delgada y vertedores de cresta ancha. Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del correntómetro o molinete CONDICIONES Las mediciones con el correntómetro se utilizan para la determinación precisa de la velocidad directa, siempre que no haya demasiada materia suspendida que pueda obturar el medidor. . El tramo o sección a medir debe ser un canal abierto, más o menos recto, de fácil acceso, sin turbulencia. . Se deberá seleccionar tramo uniforme sin interferencia del curso de agua por piedras o algún otro material. Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del correntómetro o molinete Correntómetro Wincha Botas Hoja de Campo Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del correntómetro o molinete Con la ayuda de una wincha o cinta métrica se medirá el ancho de la sección y se dividirá esta cada 10 o 20cm, o incluso divisiones de mayor longitud, dependiendo del ancho de la sección del cauce. En cada una de estas divisiones se medirá el tirante del agua y la velocidad media con el correntómetro, se realizaran por lo menos 5 mediciones por cada punto. Las profundidades en las cuales se mide las velocidades con el correntómetro están en función de la altura del tirante de agua d Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del correntómetro o molinete Los datos de distancia, profundidad o tirante y velocidad media, serán registrados en la hoja de campo, y con estos se hallara el caudal. Con este método, el caudal del agua es obtenido mediante la siguiente fórmula: Donde: Q= caudal A= área de la sección V= velocidad del agua Q = V * A Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del correntómetro Tiempo: 3:04 min URL: https://www.youtube.com/watch?v=IUnLFE_Idn0 https://www.youtube.com/watch?v=IUnLFE_Idn0 https://www.youtube.com/watch?v=IUnLFE_Idn0 Madeleine Marlene Aguila Huamani Melany Jazmin Arango Lopez Ariana Ayleen Barja Huaroc Maria Fernanda Calle Sanchez Marilyn Thalia Cardenas Mantilla Magaly Judith Carrasco Gordillo Astrid Kiara Cuellar Norabuena Josep Harold Gervacio Alvarado Cesar Evaristo Hinostroza Veliz Meylin ROse Leon Chuchon Paola Jessica Laccho Fernandez Carlessy Martinez Agama Anali Andrea Moreno Muñoz Victor Leonardo Paredes Castro Brenda Abigail Peralta Diaz Maria Jose Perez Romani Cinthia Lizbeth Quispe Cotrina Misty Ruby Ramos Noriega Nicole Dalia Reyes Quispe Ximena Alejandra Rivera Huaman ROlando Jheferson Rojas Arroyo Brendañy Jimena ROmero Reyes Maria Soledad Roeque Carrillo Olguita Lisbett RUpay Prada Anderson Aldari Siancas Arrunategui Yeni Lucero Torres Tello Daniela Maygretthe Vargas Lazaro Angie Carolina Vasquez Baldera Jesus Alberto Vegas Tamayo Hector Yosmmel Velasquez Arqque Jahaira Jennifer Vittor De la Cruz 1 2 1 ¿ Como debe ser el tramo del rio en donde se quiere tomar la muestra? ¿Por qué? ¿ Qué consideraciones deben tomarse al medir la velocidad de las subáreas? Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de medicióny control. El método del flotador se utiliza cuando no se tiene equipos de medición y para este fin se tiene que conocer el área de la sección y la velocidad del agua. C O N D I C I O N E S Excesiva velocidad del agua que dificulta el uso del correntómetro. Presencia frecuente de cuerpos extraños en el curso del agua, que dificulta el uso del correntómetro. Cuando peligra la vida del que efectúa el aforo. Cuando peligra la integridad del correntómetro. Cuando no haya forma de usar el correntómetro Método del flotador Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Materiales y Equipos Método del flotador una rama, un trozo de madera que flote libremente en el agua Un reloj o cronómetro. Un objeto flotante, puede ser una botella plástica pequeña Una wincha ó cinta métrica Una regla o tabla de madera graduada Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del flotador Elegir un tramo uniforme del canal Tomar los datos de longitud, ancho (en ambos extremos del tramo) y profundidad (tres veces en cada extremo y en diferentes puntos) En el extremo superior dejar caer un flotador. Para tener mayor exactitud esta operación se deberá repetir 5 veces y se determinara el promedio del tiempo. con estos datos se hallara el volumen de agua Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del flotador A = (A1 + A2)/2 H = (H1 + H2 + H3 + H4 + H5 + H6)/6 T = (t1 + t2 + t3 + t4 + t5) Q = V/ T L: Largo del tramo H: Profundidad promedio de la sección. A: Promedio de anchos. V: volumen final t: Tiempo en segundos del recorrido por el flotador T: Tiempo Promedio del recorrido por el flotador a lo largo del tramo seleccionado. Q: Caudal Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Método del flotador https://www.youtube.com/watch?v=v8v3wL4c2yE&t=25s Tiempo: 5: 04 min https://www.youtube.com/watch?v=v8v3wL4c2yE&t=25s https://www.youtube.com/watch?v=v8v3wL4c2yE&t=25s Madeleine Marlene Aguila … Melany Jazmin Arango Lopez Ariana Ayleen Barja Huaroc Maria Fernanda Calle Sanchez Marilyn Thalia Cardenas Mantilla Magaly Judith Carrasco Gordillo Astrid Kiara Cuellar Norabuena Josep Harold Gervacio Alvarado Cesar Evaristo Hinostroza Veliz Meylin ROse Leon Chuchon Paola Jessica Laccho Fernandez Carlessy Martinez Agama Anali Andrea Moreno Muñoz Victor Leonardo Paredes Castro Brenda Abigail Peralta Diaz Maria Jose Perez Romani Cinthia Lizbeth Quispe Cotrina Misty Ruby Ramos Noriega Nicole Dalia Reyes Quispe Ximena Alejandra Rivera Huaman ROlando Jheferson Rojas Arroyo Brendañy Jimena ROmero Reyes Maria Soledad Roeque Carrillo Olguita Lisbett RUpay Prada Anderson Aldari Siancas Arrunategui Yeni Lucero Torres Tello Daniela Maygretthe Vargas Lazaro Angie Carolina Vasquez Baldera Jesus Alberto Vegas Tamayo Hector Yosmmel … Jahaira Jennifer Vittor De la Cruz 1 2 ¿ Cada cuántos metros se mide la profundidad del río para hallar su área? ¿ De qué valores se haya promedio para calcular el caudal? Descubrimiento Medicionesdel caudalutilizando estructuras de mediciónycontrol. Vertederos Los vertederos son instrumentos efectivos de medición porquesi tienen un tamaño y forma determinados en condiciones de flujo libre y régimen permanente, existe una relación definida entre la forma de la abertura determina el nombre del vertedero. Descubrimiento Aperturadecanaleshidráulicos Canal hidráulico Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de vegetación, canales de centrales hidroeléctricas. Un canal abierto es un conducto en el cual el agua fluye con una superficie libre. De acuerdo con su origen un canal puede se natural o artificial. Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes y estuarios de mareas. Los canales naturales Los canales artificiales Descubrimiento Aperturadecanaleshidráulicos Descubrimiento Descargasdeefluentesencuerposdeaguadela cuenca. Descarga de aguas residuales Inyección de un caudal de aguas de desecho de naturaleza doméstica o industrial, a un alcantarillado o cuerpo receptor. Experiencia Ver video: . Funcionamiento de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales: 1 2 Global ideas Perú: Aguas Residuales Vídeo 1 : https://www.youtube.com/watch?v=3FdDsW9Xplk Vídeo 2: https://www.youtube.com/watch?v=f1JBoJ0O-LI https://youtu.be/3FdDsW9Xplk. https://youtu.be/3FdDsW9Xplk. https://youtu.be/f1JBoJ0O-LI https://youtu.be/f1JBoJ0O-LI Aprendizaje evidenciado Trabajo colaborativo Comentario escrito de los videos Estructuras de medición y control Principales impactos de la descarga de efluentes en una cuenca y alternativas de solución Describir a interpretación personal y su relación con el tema desarrollado. Ejemplo de estructuras de medición y control en la región La Libertad Descripción, infografía, diagrama, tablas comparativas. Instrumento de evaluación Criterios Excelente Bueno Regular Malo Participación Interviene activamente con aportes (realiza preguntas y comentarios) que enriquecen el tema. Interviene a veces, con aportes (realiza preguntas y comentarios) que enriquecen el tema. Interviene a solicitud del docente, pero sus aportes no siempre son relevantes. No interviene. Respeto y comportamiento Respeta las normas de clase, siempre es colaborador y su comportamiento favorece el clima de participación. Respeta las normas de clase; muchas veces es colaborador y su comportamiento favorece el clima de participación. Respeta las normas de clase; a veces es colaborador y su comportamiento a veces favorece el clima de participación. Fomenta comentarios inadecuados que generan conflicto en clase. Asistencia y cumplimiento Asiste puntualmente con antelación a la clase y entrega sus trabajos asignados en la fecha establecida, respetando las indicaciones del docente. Asiste de forma no puntual a las clases y entrega sus trabajos asignados en la fecha establecida, tienen en cuenta las indicaciones del docente. Asiste a las clases de forma intermitente; presenta sus trabajos fuera de fecha, algunas veces toma en cuenta las indicaciones del docente. No se conecta a la clase, no presenta sus trabajos. A C TI TU D IN A L Instrumento de evaluación C O N C EP TU A L Criterios Excelente Bueno Regular Malo Define Muestra clara coherencia al definir la terminología y el tema abordado. Define términos y comenta sobre el tema, con claridad. Define términos y comenta sobre el tema, con algunas dificultades. No logra definir terminología, desconoce el tema tratado. Interpreta Incorpora información adicional al tema, al momento de exponer sus ideas. Presenta similitudes y diferencias de forma clara, con algunos ejemplos. Presenta similitudes y diferencias, con algunos ejemplos; cuando el docente lo solicita. No logra interpretar la información. Argumenta y contextualiza Propone y comenta casos sobre situaciones similares al tema abordado. Propone y comenta casos sobre situaciones similares al tema abordado, cuando el docente lo solicita. Comenta casos sobre situaciones similares al tema abordado; cuando el docente lo solicita. No argumenta. Instrumento de evaluación P R O C ED IM EN TA L Criterios Excelente Bueno Regular Malo Orden y precisión Presenta su trabajo, siempre teniendo en cuenta las indicaciones del docente (Tipo de letra, tamaño de fuente, espaciado, márgenes). La información es precisa de acuerdo al tema solicitado. Presenta su trabajo teniendo en cuenta las indicaciones del docente (Tipo de letra, tamaño de fuente, espaciado, márgenes). La información se extiende a otros temas. Presenta su trabajo, pocas veces teniendo en cuenta las indicaciones del docente (Tipo de letra, tamaño de fuente, espaciado, márgenes). La información presenta ciertas incoherencias. No respeta orden ni precisiones dadas por el docente. Referencias La información es referenciada, respetando al autor. Utiliza la norma APA, con total relación y coherencia. La información es referenciada, respetando al autor. Utiliza la norma APA, con ciertas limitaciones. La información pocas veces es referenciada. Utiliza la norma APA, con imprecisiones. No referencia su trabajo, no usa la norma APA. Referencias Carbajal, A., y Gonzáles, M(2012). Propiedades y funciones biológicas del agua. Departamento de nutrición, facultad de farmacia. Universidad Complutense de Madrid. Recuperado de: https://www.ucm.es/data/cont/docs/458-2013-07-24-Carbajal-Gonzalez-2012-ISBN-978-84-00- 09572-7.pdf. López, M., Romano, E., y Triana, J. (2005). El agua. Universidad de las Palmas de Gran Canaria. Departamento de Química. Recuperado de: https://accedacris.ulpgc.es/bitstream/10553/253/1/495.pdf. FAO (s/f). Estructuras de conducción del agua. Recuperado de: http://www.fao.org/tempref/FI/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6708s/x6708s08.htm. https://www.ucm.es/data/cont/docs/458-2013-07-24-Carbajal-Gonzalez-2012-ISBN-978-84-00-09572-7.pdf https://accedacris.ulpgc.es/bitstream/10553/253/1/495.pdf http://www.fao.org/tempref/FI/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6708s/x6708s08.htm
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