CARRERA PROFESINAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

TEMA: HIDROLOGIA HIDROMETRICA

DOCENTE: ING: JOSE MAMANI GOMEZ

ASIGNATURA: HIDROLOGIA Y MENEJO DE CUENCAS.

PRESENTADO POR:

ANEL VERONICA GUTIEREZ TITO.

FRANCISCO SAMUEL MONTOYA RIOS.

.

SEMESTRE – VI

TURNO: NOCHE

AÑO: 2012

2

I. TABLA DE CONTENIDO

1.1 INDICE GENERAL

I. TABLA DE CONTENIDO ........................................................................................................................................................................... 2

1.1 INDICE GENERAL ........................................................................................................................................................................... 2

1.2 INDICE DE CUADROS ................................................................................................................................................................... 2

1.3 INDICE DE FIGURAS ..................................................................................................................................................................... 2

II. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................................................................ 4

2.1.- ANTECEDENTES. .................................................................................................................................................................................. 4

2.2.- JUSTIFICACIÓN. .................................................................................................................................................................................... 5

2.3.- IMPORTANCIA. ....................................................................................................................................................................................... 6

III. OBJETIVOS ........................................................................................................................................................................................... 6

IV. REVISION BIBLIOGRAFICA ............................................................................................................................................................... 7

4.1 DEFINICIONES ................................................................................................................................................................................ 7

4.2 FORMAS PARA DETERMINAR EL CAUDAL ............................................................................................................................. 8

4.3 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN CONDUCTOS ABIERTOS ........................................................................................ 12

4.4 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN POZOS .......................................................................................................................... 16

4.5 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN TUBERÍAS .................................................................................................................... 16

4.6 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN CANALESCON MEDIDORES DE RÉGIMEN CRÍTICO ........................................ 20

4.7 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN CASO DE NO TENER EQUIPOS PRECISOS. ....................................................... 23

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................................................................................ 28

VI. LITERATURA CITADA ....................................................................................................................................................................... 29

1.2 INDICE DE CUADROS Tabla 1: Ventajas de los diferentes caudalímetros .................................................................................... 17 Tabla 2: Tabla de valores de (k) y (m) para la ecuación ............................................................................. 21 Tabla 3: Dimensiones y capacidad de canaletas Parshall, para distintos anchos de garganta, w. ............ 23 TABLA 4: Valores del factor K de corrección de velocidad ........................................................................ 27

1.3 INDICE DE FIGURAS ILUSTRACIÓN 1: Volúmenes del paralelepípedo y del cilindro. ................................................................... 8 ILUSTRACIÓN 2: El tramo entre A A' y B B' es el que mejor se adapta para una buena medición de caudal. ........................................................................................................................................................ 10 ILUSTRACIÓN 3: División de la sección transversal de un río. ................................................................... 10 ILUSTRACIÓN 4: Molinete. ......................................................................................................................... 12 ILUSTRACIÓN 5: Características del vertedero. ......................................................................................... 13 ILUSTRACIÓN 6: Vista frontal de un vertedero rectangular. ..................................................................... 14

3

ILUSTRACIÓN 7: Vista frontal de un vertedero triangular. ........................................................................ 15 ILUSTRACIÓN 8: Medidor Venturi. ............................................................................................................. 18 ILUSTRACIÓN 9: Medidor Pitot .................................................................................................................. 19 ILUSTRACIÓN 10: Medidor de orificio. ...................................................................................................... 20 ILUSTRACIÓN 11: Medidor Parshall. .......................................................................................................... 22 ILUSTRACIÓN 12: Medición del caudal por el método del recipiente ....................................................... 24 ILUSTRACIÓN 13: Selección del Tramo para la medición del caudal ......................................................... 25 ILUSTRACIÓN 14: Esquema para la medición de la velocidad del rio ........................................................ 26 ILUSTRACIÓN 15: Medición del ancho del rio ........................................................................................... 26 ILUSTRACIÓN 16: Medición de las profundidades del rio ......................................................................... 27

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II. INTRODUCCIÓN

Gran parte de los problemas de la administración del agua radica en la deficiencia de

controles del caudal en los sistemas de riego.

La Hidrometría se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de

agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería; pertenecientes

a un pequeño o gran sistema de riego en funcionamiento.

En la distribución de agua ya sea por canales abiertos, ríos o tuberías la hidrometría

tiene una función principal, a lo que es medir y registrar los caudales de los ya

mencionados sistemas que son recibidos, enviados o derivados a los usuarios del vital

líquido a través de los sistemas. Para describir cuales son las aplicaciones de la

hidrometría primero se tiene que definir el concepto, como: hidrometría es una parte de

la hidrología que mide el volumen de agua que circula por una sección de un conducto

en un tiempo dado. El nombre deriva del griego hydro (agua) y metron (medida).

Además de medir la cantidad de agua que fluye por una sección de un determinado

río, canal o tubería también se ocupa de tratar los sistemas de riego o distribución de

agua en una ciudad recopilando datos para un eficiente distribución. Este documento

trata de explicar brevemente lo que es la aplicación en hidrometría, dejando al lector o

evaluador una noción clara de lo que son las medidas hidrométricas que se

presentarán en páginas posteriores del mismo documento

2.1.- ANTECEDENTES. La Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento (LAN) contemplan que la Comisión

Nacional del Agua (CONAGUA) debe publicar en el Diario Oficial de la Federación

(DOF), la disponibilidad de las aguas nacionales, por acuífero en el caso de las aguas

subterráneas, de acuerdo con los estudios técnicos correspondientes y conforme a los

lineamientos que considera la Norma Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000 “Norma

Oficial Mexicana que establece el método para determinar la disponibilidad media

anual de las aguas nacionales”. Esta norma ha sido preparada por un grupo de

especialistas provenientes de la iniciativa privada, instituciones académicas,

asociaciones de profesionales, organismos de los gobiernos de los estados y

municipios, y de la CONAGUA.

5

El método que establece la NOM indica que para calcular la disponibilidad de aguas

subterráneas deberá de realizarse un balance de las mismas, donde se defina de

manera precisa la recarga de los acuíferos, y de ésta deducir los volúmenes

comprometidos con otros acuíferos, la demanda de los ecosistemas y los usuarios

registrados con derechos vigentes en el Registro Público de Derechos del Agua

(REPDA)

El cálculo de la disponibilidad obtenida permitirá una mejor administración del recurso

hídrico subterráneo ya que el otorgamiento de nuevas concesiones sólo podrá

efectuarse en acuíferos con disponibilidad de agua subterránea. Los datos técnicos

que se publiquen deberán estar respaldados por un documento en el que se sintetice

la información necesaria, en donde quede claramente especificado el balance de

aguas subterráneas y la disponibilidad de agua subterránea susceptible de

concesionarse, considerando los volúmenes comprometidos con otros acuíferos, la

demanda de los ecosistemas y los usuarios registrados con derechos vigentes en el

REPDA. La publicación de la disponibilidad servirá de sustento legal para fines de

administración del recurso, para la autorización de nuevos aprovechamientos de agua

subterránea, para los planes de desarrollo de nuevas fuentes de abastecimiento, y en

las estrategias para resolver los casos de sobreexplotación de acuíferos y la

resolución de conflictos entre usuarios.

2.2.- JUSTIFICACIÓN. En la actualidad la demanda del recurso hídrico en la cuenca es cada vez mayor. La

principal consecuencia de este incremento en la demanda, es la escasez del agua

principalmente en las épocas de estiaje; la cual a su vez genera conflictos entre los

usuarios de la cuenca y problemas en la eficiente distribución del recurso hídrico. He

aquí que surge la necesidad de conocer y cuantificar los recursos hídricos en la

cuenca El presente estudio evaluará las condiciones hidrológicas y meteorológicas de

la cuenca, con el fin de conocer su comportamiento y caracterizar cada una de las

variables del ciclo hidrológico. Una vez realizado este proceso, se determinará el

Balance Hídrico de la cuenca, que nos permitirá conocer la disponibilidad del recurso

hídrico durante todos los meses del año así como su uso y distribución en la cuenca.

6

2.3.- IMPORTANCIA.

La función principal de la hidrometría es proveer de datos oportunos y veraces que una

vez procesados proporcionen información adecuada para lograr una mayor eficiencia

en la programación, ejecución y evaluación del manejo del agua en un sistema de

riego.

El uso de una información ordenada nos permite:

a. Dotar de información para el ajuste del pronóstico de la disponibilidad de agua.

Mediante el análisis estadístico de los registros históricos de caudales de la fuente

(río, aguas subterráneas, etc.), no es posible conocer los volúmenes probables de

agua que podemos disponer durante los meses de duración de la campaña

agrícola. Esta información es de suma importancia para la elaboración del balance

hídrico, planificación de siembras y el plan de distribución del agua de riego.

b. Monitorear la ejecución de la distribución. La hidrometría proporciona los resultados

que nos permiten conocer la cantidad, calidad y la oportunidad de los riegos;

estableciendo si los caudales establecidos en el plan de distribución son los

realmente entregados y sobre esta base decidir la modificación del plan de

distribución, en caso sea necesario.

c. Además de los anteriormente la hidrometría nos sirve para determinar la eficiencia

en el sistema de riego y eventualmente como información de apoyo para la solución

de conflictos.

III. OBJETIVOS

• Conocer los conceptos básicos de la hidrología hidrometrica

• Conocer los alcances de la hidrología hidrométrica como herramienta para poder medir diferentes tipos de caudales utilizando una gran variedad de métodos y equipos.

7

IV. REVISION BIBLIOGRAFICA

4.1 DEFINICIONES A. Hidrología: Es la ciencia que estudia el agua, y sus manifestaciones en la

atmosfera, sobre y debajo de Ia superficie terrestre; sus propiedades y sus

interrelaciones con la naturaleza. VERA (2002)

B. Hidrología Hidrométrica: Más comúnmente llamada HIDROMETRIA. La

palabra hidrometría proviene de las voces griegas hydro (agua) y metría

(medición). La palabra hidrometría significa pues, “medición del agua”.

La hidrometría permite determinar el caudal del agua que fluye en un

riachuelo, rio, tubería o canal, así como determinar la cantidad de agua que

produce un pozo, la que llega a una planta de tratamiento o sale de ella, la

que se consume en una ciudad, industria o residencia, etc. TECSUP (2006)

C. Caudal: Cuando se mide el agua que pasa por un riachuelo o río, por una

tubería, por una sección normal de una corriente de agua, o cuando se mide

el volumen del agua que produce un pozo o una mina o la que entra a —o

sale de— una planta de tratamiento, en una unidad de tiempo, se conoce el

caudal.

Por ejemplo, se dice:

• El caudal de un riachuelo o río es de tantos metros cúbicos de agua por día

(m3/día);

• El caudal de una tubería es de tantos litros por segundo (L/seg);

• El caudal de un pozo o de una mina es de tantos litros por minuto (L/min);

• El caudal de entrada en una planta de tratamiento —esto es, el afluente—

es de tantos litros por segundo (L/seg);

• El caudal que sale de una planta de tratamiento —esto es, el efluente— es

de tantos metros cúbicos por día (m3/día).

El caudal se define, entonces, como el volumen del líquido que pasa por una

sección normal de una corriente de agua en una unidad de tiempo VEN

(1994)

8

4.2 FORMAS PARA DETERMINAR EL CAUDAL El caudal se puede determinar de dos formas. TECSUP (2006):

• Sobre la base del tiempo necesario para alcanzar determinado volumen. Esta

forma se conoce como volumen y tiempo.

• Sobre la base de la velocidad y la sección transversal del conducto de agua.

Esta forma se conoce como velocidad y sección.

4.2.1 VOLUMEN Y TIEMPO Por definición, el caudal es igual a:

Dónde:

Q = caudal

V = volumen

t = tiempo para alcanzar el volumen V.

El tiempo lo podemos medir, pero ¿cómo calculamos el volumen?

• DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN Imaginemos que el líquido que fluye por un conducto de una determinada

sección y durante un tiempo determinado se congela. La figura

geométrica obtenida ocupa cierto espacio que representará el volumen.

Los volúmenes de las principales figuras geométricas son:

ILUSTRACIÓN 1: Volúmenes del paralelepípedo y del cilindro.

9

Donde:

V = volumen de la figura geométrica.

a = ancho del paralelepípedo.

h = alto del paralelepípedo.

I = largo del paralelepípedo.

d = diámetro delcilindro.

L = longitud del cilindro

• VELOCIDAD Y SECCIÓN

Esta forma para determinar el caudal consiste en definir la velocidad del

agua y. el área de la sección transversal del conducto abierto o cerrado

donde se quiere medir el caudal.

Con los valores de velocidad y la sección transversal se obtiene el caudal

aplicando la siguiente fórmula:

Q = v*S

Donde:

Q = caudal

v = velocidad del agua en el punto donde se quiere determinar el

caudal

S = secci6n calculada

La sección transversal del conducto y la velocidad del agua pueden ser

calculadas.

Determinación de la sección transversal (S)

Elección del trecho del curso de agua

Para efectuar una buena medida del caudal de un curso de agua, se

debe elegir un trecho que sea lo más recto y largo posible y que esté

libre de obstáculos.

10

ILUSTRACIÓN 2: El tramo entre A A' y B B' es el que mejor se adapta para una buena

medición de caudal.

Cálculo del área de la sección transversal En la mitad del trecho escogido, se tiende una cuerda en forma

perpendicular al curso de agua. La cuerda debe estar marcada cada

cierta distancia, en función del ancho el río.

Así, por ejemplo, las marcas pueden corresponder a 1/10, 1/15 ó 1/20

partes del ancho del curso de agua, pero, en todo caso, la distancia entre

las marcas debe permitir que se obtenga el perfil del fondo del curso de

agua de la manera más real posible.

ILUSTRACIÓN 3: División de la sección transversal de un río.

La profundidad del agua en cada una de las marcas de la cuerda

extendida se dibujan en un plano tal como se muestra en la ilustración 3

y, a continuación, se determina el área de cada una de las pequeñas

secciones aplicando las fórmulas para determinar el área del rectángulo,

el triángulo o el trapecio.

A continuación se suman las áreas unitarias y se determina la sección

transversal de todo el curso de agua.

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Cálculo de la velocidad La velocidad se determina con la ayuda de flotadores y un cronómetro.

Para calcular la velocidad, debemos seleccionar dos puntos A y B. la

distancia entre ambos puntos debe ser de 20, 50 Ó 100 metros.

El flotador se coloca en el centro de la corriente aguas arriba del punto A

y se determina el tiempo que demora en llegar hasta el punto B•

La distancia de A a B, dividida entre el tiempo promedio (en segundos)

Que demoró el flotador en hacer el recorrido, dará como resultado la

velocidad superfidal del agua (v).

Es necesario hacer por lo menos tres mediciones y obtener el tiempo

promedio de desplazamiento de los flotadores.

La velocidad promedio del agua también se obtiene multiplicando la

velocidad superficial por 0,8. Se aplica este factor porque la velocidad del

agua no es uniforme en toda la sección transversal del curso de agua.

Como se ha indicado anteriormente, la fórmula para el cálculo del caudal

utilizando el área de la sección transversal de un conducto abierto o

cerrado y el tiempo es:

Q=S* v ó Q=S*E/t

Donde:

S = área de la sección transversal.

v = tiempo de desplazamiento entre dos puntos determinados.

E = distancia comprendida entre los puntos de observación.

t = tiempo demandado por el flotador en recorrer la distancia.

Otra manera de medir la velocidad de los cursos de agua es mediante el

empleo del molinete. El molinete es un aparato compuesto por una

turbina que combina su movimiento giratorio con un indicador registrador.

12

El número de rotaciones de la turbina en un determinado tiempo define la

velocidad de la corriente de agua. Sobre la base de las tablas

suministradas por el fabricante, es posible determinar la velocidad del

curso de agua en un punto definido de la sección transversal.

ILUSTRACIÓN 4: Molinete.

En este caso, se acostumbra hacer mediciones de velocidad en

diferentes puntos de la sección transversal del curso de agua, a

diferentes anchos y profundidades, para obtener la velocidad promedio

del curso de agua. En tal caso, no es necesario introducir ningún factor

de corrección.

4.3 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN CONDUCTOS ABIERTOS (CANALES Y RÍOS)

4.3.1 VERTEDEROS Los vertederos son dispositivos muy usados para medir caudales en conductos

libres (canales y ríos) y consisten básicamente en una lámina metálica o de

madera donde se ha practicado una escotadura de determinada forma

geométrica, por la cual se escurre el líquido.TECSUP (2006)

Existe una variedad de formas geométricas para la construcción de la

escotadura del vertedero. Pueden ser de forma rectangular, triangular y

trapezoidal.

Las principales características de un vertedero son las siguientes:

13

ILUSTRACIÓN 5: Características del vertedero.

Donde:

Altura (w). Es la distancia entre el fondo del canal de aproximación y la cresta

del vertedero. .

Carga hidráulica (h). Es la altura de agua sobre la cresta del vertedero medida

aguas arriba del vertedero.

Cresta. Es el punto más bajo de la escotadura; en el vertedero triangular la

cresta es el vértice inferior del triángulo y en el vertedero rectangular, es el

borde horizontal.

Lámina de agua. Es la vena líquida que pasa por encima del vertedero.

Por otra parte, en función del espesor de la pared de los vertederos, podemos

diferenciar vertederos de pared delgada y de pared gruesa.

a) VERTEDERO RECTANGULAR DE PARED DELGADA Es el vertedero cuya sección de escurrimiento del agua está conformada por

un rectángulo y construida en una lámina metálica de pared delgada cuyos

bordes interiores están achaflanados a fin de obtener un flujo de agua con el

mínimo de contracciones. Estos vertederos son las estructuras más usadas

en la medición de caudales por su exactitud de medida.

14

ILUSTRACIÓN 6: Vista frontal de un vertedero rectangular.

La expresión usada para calcular el caudal en este tipo de vertedero es la

siguiente:

Q= 1,84 L H1,5

Donde:

Q = caudal en m3/s.

L = longitud de la cresta en m.

h = Carga hidráulica sobre el vertedero en m.

b) VERTEDERO TRIANGULAR (ÁNGULO RECTO) DE PARED DELGADA Es el vertedero cuya sección de escurrimiento del agua es un triángulo

invertido construido en una lámina metálica de pared delgada cuyos bordes

interiores están achaflanados a fin de obtener un flujo de agua con el

mínimo de contracciones. Estos vertederos son apropiados para medir

caudales pequeños. En éstos se toma en cuenta solamente la carga

hidráulica (h) y el ángulo de abertura del vertedero. Por razones prácticas,

algunos de estos vertederos tienen 60º de abertura y otros 90º

15

ILUSTRACIÓN 7: Vista frontal de un vertedero triangular.

La ecuación para obtener el gasto en un vertedero triangular es

Q = CH5/2

Donde: .

Q = Gasto (ml/s).

H = Carga hidráulica sobre el vértice (m).

C = Coeficiente de descarga según ángulo (adimensional).

El coeficiente C depende, entre otros factores, del ángulo de abertura del

triángulo. Se acostumbra utilizar los siguientes coeficientes:

Para 60º C = 0,81

Para 90º C = 1,40

4.3.2 UBICACIÓN DEL VERTEDERO EN UN CURSO DE AGUA Al igual que en el caso de la elección del trecho para determinar la velocidad en

un curso de agua, en el presente caso, el trecho donde se pretenda instalar el

vertedero debe ser lo más recto posible y libre de turbulencias. El vertedero se

coloca en forma transversal a la corriente de agua con la ayuda de estacas de

madera o fierro.

Se debe tener cuidado de que el agua no fluya por el fondo o los lados del

vertedero; es decir, que toda el agua discurra por la escotadura del vertedero y

que caiga libremente sin que exista represamiento después de la caída.

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El punto de medición de la altura de agua sobre la cresta del vertedero se debe

efectuar aguas arriba y a una distancia mayor que cuatro veces la carga de

agua (véase la ilustración 5). Al efecto, se clava una estaca de madera y se

marca un punto referencia I con respecto al nivel de la escotadura para

determinar la altura de agua sobre la cresta del vertedero. La medición se

realiza una vez que el flujo del agua se ha normalizado.

Los vertederos pueden utilizarse con un dispositivo denominado limnígrafo, que

mide automática mente la carga hidráulica de un vertedero.

4.4 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN POZOS Para determinar el caudal de un pozo, se calcula el tiempo (medido con

cronómetro) que demora en llenarse un recipiente de capacidad definida; por

ejemplo, de 200 litros.

Para ello, se hace funcionar la bomba y cuando el líquido empieza a fluir de

manera uniforme, se coloca el recipiente debajo del chorro e inmediatamente se

pone en funcionamiento el cronómetro para determinar el tiempo de llenado del

recipiente. El caudal se determina dividiendo el volumen entre el tiempo que

tomó el llenado del recipiente.

4.5 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN TUBERÍAS La determinación del caudal en tuberías se puede efectuar por medio de

caudalímetros de tipo volumétrico o de velocidad, medidores Venturi, de orificios

y Pitot, entre otros.

4.5.1 CAUDALÍMETROS

El caudalímetro es un medidor de caudal muy utilizado en la determinación del

consumo en la vivienda o del caudal en las redes de distribución, plantas de

tratamiento, salidas de pozos, etcétera. Permite medir el caudal de forma

constante.

Los caudalímetros son del tipo volumétrico o de velocidad.

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a. Caudalímetros de velocidad Estos medidores poseen una turbina que gira según el flujo o escurrimiento del

agua. La velocidad de rotación de la turbina es proporcional a la velocidad del

agua.

El número de giros de la turbina se transmite a un sistema de relojería que

registra el volumen de agua que ha fluido por el medidor.

b. Caudalímetros volumétricos Estos medidores poseen un disco que se desplaza circularmente según la

cantidad de agua que fluye por la recámara del medidor, haciendo girar el

sistema de relojería para acumular la cantidad de agua que ha fluido por su

interior.

Las ventajas y desventajas de cada tipo de caudalímetro se indican en el cuadro

siguiente.

Tabla 1: Ventajas de los diferentes caudalímetros

Tipo Sensibilidad y precisión

Calidad del agua

Costo

Volumétrico Alta sensibilidad Excelente Elevado

Velocidad Menos sensibles

y precisos

No muy buena Más económico

4.5.2 MEDIDOR VENTURI Este dispositivo está constituido por tres partes: una tobera convergente, un

tramo recto y una tobera divergente. Al tramo recto que une las secciones

divergentes y convergentes se le denomina garganta o estrangulamiento (véase

la figura 1.8).

Las diferentes secciones del medidor Venturi inducen una pérdida de carga

proporcional al caudal. Por ello, para medir el caudal, basta determinar la

diferencia de presiones existente entre un punto situado aguas arriba de la

sección convergente y el estrangulamiento.

18

Este medidor es uno de los dispositivos de mayor uso y precisión para medir el

flujo de líquidos en tuberías a presión.

ILUSTRACIÓN 8: Medidor Venturi.

La ecuación para determinar el caudal es:

Donde:

H = Diferencia de altura de la columna de agua en los puntos de medición.

S1 y S2 = Sección del medidor en los puntos 1 y 2.

g = Aceleración de la gravedad {9,8 m/s2}.

v = Velocidad media del agua.

Normalmente, el fabricante proporciona tablas específicas para cada medidor,

en donde se correlaciona la diferencia de las columnas de agua o de presión

con el caudal.

4.5.3 MEDIDOR PITOT El medidor Pitot es un dispositivo que sirve para medir caudales que fluyen por

tuberías y está compuesto por dos tubos; uno de ellos está con el extremo

curvado mirando hacia la dirección de la corriente de agua y el otro en sentido

opuesto. Estos tubos permiten medir la presión dinámica y la presión estática

del agua. La diferencia de altura de ambas columnas de agua permite

determinar la velocidad del líquido en la tubería (figura 1.9).

19

ILUSTRACIÓN 9: Medidor Pitot

Fórmula de aplicación:

Donde:

g = aceleración de la gravedad

S = sección de la tubería

h = diferencia de altura en los puntos de medición

4.5.4 MEDIDOR DE·ORIFICIO El medidor de orificio consta de una placa metálica con un orificio aI centro, que

se coloca en el interior de la tubería y origina una caída de presión. Esta se

mide con ayuda de manómetros o tubos piezométricos: La diferencia de altura

de ambas columnas de agua permite determinar la velocidad del líquido en la

tubería (figura 1.10).

20

ILUSTRACIÓN 10: Medidor de orificio.

El caudal se determina por medio de la ecuación:

Donde:

Ao = Área del orificio.

C = Coeficiente experimental (para un orifido de pared delgada es

aproximadamente igual a 0,61).

9 = Aceleración de la gravedad (9,8 m/s2).

h = Diferencia de altura en los puntos de medición.

4.6 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN CANALESCON MEDIDORES DE RÉGIMEN CRÍTICO

4.6.1 CANALETA MEDIDORA PARSHALL Este dispositivo tiene un estrechamiento o garganta (w) que produce la

formación del resalto hidráulico, que se manifiesta en la caída del nivel del agua.

La carga o columna de agua en un punto situado aguas arriba de la garganta es

proporcional al caudal.

21

En la ilustración 11 se muestran la planta y la sección de un medidor Parshall y

en el cuadro 2 las dimensiones físicas del medidor para diferentes anchos de

garganta.

La determinación del caudal se realiza a través de la determinación del tirante

de agua en el pozo de medidón y aplicando la siguiente ecuación:

Los valores de (K) Y (m) espeáficos para cada ancho de garganta de Parshall

se pueden obtener del siguiente cuadro.

Tabla 2: Tabla de valores de (k) y (m) para la ecuación

ANCHO DE LA GARGANTA

PARSHALL (w) k m

(pul) (pies) (m)

3” 0,075 3,704 0,645

6” 0,150 1,842 0,636

9” 0,229 1,486 0,633

1’ 0,305 1,276 0,657

1 ½’ 0,460 0,966 0,650

2’ 0,610 0,795 0,645

3’ 0,915 0,608 0,639

4’ 1,220 0,505 0,634

5’ 1,525 0,436 0,630

6’ 1,830 0,389 0,627

8’ 2,440 0,324 0,623

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ILUSTRACIÓN 11: Medidor Parshall.

Donde

w = Tamaño del canal.

A = Longitud de las paredes laterales de la sección convergente.

B =Longitud axial de la sección convergente.

C = Ancho del extremo aguas abajo del canal.

D = Ancho del extremo aguas arriba del canal.

E = Profundidad del canal.

F = longitud de la garganta.

G = longitud de la sección divergente.

K = Diferencia de elevación entre el extremo inferior del canal y la cresta.

M = longitud del piso de la entrada.

N = Profundidad de la depresión en la garganta debajo de la cresta.

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P = Ancho entre los extremos de las paredes curvas de entrada.

R = Radio de las paredes curvas de la entrada.

X = Distancia horizontal desde el punto bajo en la garganta hasta el punto de

medida Hb.

Y = Distancia vertical desde el punto bajo en la garganta hasta el punto de

medida Hb.

Como complemento de la figura anterior, se tabulan las dimensiones y la

capacidad de canaletas Parshall para distintos anchos de garganta W, en

fundón de las letras indicadas en la ilustracion 11 y en el cuadro que se

presenta a continuación.

Tabla 3: Dimensiones y capacidad de canaletas Parshall, para distintos anchos de garganta, w.

4.7 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN CASO DE NO TENER EQUIPOS PRECISOS. Es recomendable realizar las mediciones del caudal del río, caño, quebrada o

manantial en diferentes épocas para tener registros delos valores mínimos, máximos e

intermedios y conocer más de cerca el comportamiento de la fuente en diferentes

épocas.

Es importante, además, establecer la “historia” de la fuente, en lo posible, por medio

del diálogo con los vecinos de la localidad, o también, por datos de organismos

especializados.

24

Para efectuar la valoración del caudal a nivel local, cuando no se dispone de equipos

de precisión, ni se considera pertinente su uso, es conveniente utilizar dos métodos

reconocidos y ampliamente difundidos: el método del recipiente y el método del

flotador que a continuación se describen.

4.7.1 MEDICIÓN DEL CAUDAL POR EL MÉTODO DEL RECIPIENTE Esta es una forma sencilla de medir el caudal de pequeñas fuentes de agua. Se

fundamenta en el uso de valores promedio de las variables a determinar. El

método consiste en medir el tiempo de llenado, con el agua de la fuente, de un

recipiente de volumen conocido. En consecuencia, para realizar la medición se

necesita:

• Un balde o caneca de capacidad (volumen en litros) conocida.

• Un reloj o cronómetro.

• Tejas de zinc o plásticas para la conducción del agua.

Se debe ubicar el tramo más adecuado para realizar la medición y luego

encausar la fuente para que la totalidad del agua caiga en el recipiente, de

conformidad con la representación de la ilustración 12.

ILUSTRACIÓN 12: Medición del caudal por el método del recipiente

4.7.2 MEDICIÓN DEL CAUDAL POR EL MÉTODO DEL FLOTADOR. En este método, de igual manera, se utilizan los valores promedio de las

variables determinadas.

25

Para adelantar los procedimientos se requieren los siguientes materiales y

equipos:

• Un objeto flotante, puede ser una bola de ping-pong, una botella plástica

pequeña, una rama, un trozo de madera que flote libremente en el agua.

• Un reloj o cronómetro.

• Un decámetro o cinta medidora.

• Una regla o tabla de madera graduada.

a. Primer paso. Seleccionar el lugar adecuado.

Se selecciona en el río un tramo uniforme, sin piedras grandes, ni troncos de

árboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias, ni impedimentos,

como se representa en la ilustración 13

ILUSTRACIÓN 13: Selección del Tramo para la medición del caudal

b. Segundo paso. Medición de la velocidad

En el tramo seleccionado ubicar dos puntos, A (de inicio) y B (de llegada) y

medir la distancia, por ejemplo 12 metros (cualquier medida, preferiblemente,

del orden de los 10 metros, ilustración 14).

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Una persona se ubica en el punto A con el flotador y otra en el punto B con el

reloj o cronómetro. Se medirá el tiempo de recorrido del flotador del punto A al

punto B.

Se recomienda realizar un mínimo de 3 mediciones y calcular el promedio.

ILUSTRACIÓN 14: Esquema para la medición de la velocidad del rio

c. Tercer paso. Medición del área de la sección transversal del río.

En el tramo seleccionado, ubicar la sección o el ancho del río “L” que presente

las condiciones promedio y en la que se facilite la medición del área transversal.

Un método práctico, con aceptable aproximación para calcular el área

transversal, es tomar la altura promedio.

Esto consiste en dividir el ancho del río, en, por lo menos, tres partes y medir la

profundidad en cada punto para luego calcular el promedio (ilustraciones 15 y

16).

ILUSTRACIÓN 15: Medición del ancho del rio

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ILUSTRACIÓN 16: Medición de las profundidades del rio

Luego se halla la altura promedio

Hm=(h1+h2+h3+….hn)/n

Con este valor y el valor del ancho del rio calculamos el área de sección

transversal

At=Hm x L

Teniendo el valor del área transversal y la velocidad se procede a calcular el

caudal mediante la siguiente ecuación

Qr=kxAtxV

Donde K es una constante que tiene los siguientes valores

TABLA 4: Valores del factor K de corrección de velocidad

Tipo de canal o rio Factor K

Canal revestido en concreto,

profundidad dela agua >15cm 0,8

Canal de tierra, profundidad del agua

>15cm 0,7

Rio o riachuelo, profundidad del agua >

15cm 0,5

Rios o canales de tierra, profundidad

del agua < 15cm 0,25-0,5

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V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Las herramientas proporcionadas por la hidrología hidrométrica permiten medir los diferentes flujos de agua en diversas situaciones.

• Es una herramienta muy útil para el estudio de cuencas y un posterior manejo de manera adecuada

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VI. LITERATURA CITADA

• VERA, L, E. (2002), Analisis de aforo de la Estacion hidrométrica

Obrajillo, Lima

• TECSUP VIRTUAL-CEPIS. (2006). Tratamiento de agua para consumo

humano. Lima. CEPIS

• VEN TEC CHOW. (1994). Hidrología Aplicada. Bogotá.

• PRADA, A. (2004) ¿Cómo medir el caudal y la carga de contaminantes

de una fuente hídrica?, Bogotá