P r o g r a m a I n t e g r a l R e d A g u a

3Medición del caudalManual Piragüero

Créditos

Libro ArteDiseño y diagramación

Alejandro González ValenciaDirector general

Juan David Ramírez SotoSubdirector de Calidad Ambiental

Comunicaciones CorantioquiaSubdirección de Calidad AmbientalUniversidad de MedellínInvestigación y textos

Manuela Valencia TamayoIlustraciones

Primera EdiciónMedellín, Colombia2014

Manual piragüero 3 - Medición del caudalISBN: 978-958-57280-7-3

CorantioquiaCarrera 65 No. 44A – 32Medellín, ColombiaPBX + 57 (4) 4938888www.corantioquia.gov.co

Distribución gratuitaPermitida la reproducción parcial o total de esta publicación con fines pedagógicos citando las respectivas fuentes.

Publicación elaborada en papel ecológico que en su fabricación ha tomado en cuenta medidas concretas para evitar impactos ambientales sobre el patrimonio natural.

La cantidad de agua en el territorio

El agua es un elemento de la naturaleza fundamental para el sostenimiento y reproducción de la vida en el planeta.

Conocer la cantidad de agua que pasa por nuestras quebradas, ayuda a descubrir y estar al tanto de ciertos fenómenos que ocurren o que pueden ocurrir cuando se presenta una alta o baja cantidad de agua y, con base en este conocimiento, tomar medidas para la prevención de desastres o aminorar la vulnerabilidad ante el riesgo.

La información de la cantidad de agua es además importante para conocer la disponibilidad de la misma, mediante un análisis estadístico de los registros históricos de caudales de nuestros ríos, quebradas, riachuelos, bocatomas, pozos, aljibes y manantiales, etc. Esta información es significativa para la estimación de la cantidad de agua que entra y sale de una cuenca, la planificación de siembras, para predecir inundaciones o sequías y para planificar la distribución del agua para los diferentes usos.

¿Qué es el caudal?

El caudal de agua es el volumen, por ejemplo la cantidad de litros, que pasa por una sección específica de la quebrada, río o arroyo en un tiempo determinado, por ejemplo segundos.

Métodos para medir el caudal

La medición del caudal, a lo que también llamamos aforo, se puede desarrollar de diferentes formas y su elección depende del objetivo del monitoreo, la facilidad de acceso o tiempo con que se cuente y, por supuesto, de las características de la fuente superficial que se pretenda medir, sus formas y movimientos. Las características del sitio y las condiciones ambientales al momento de su realización, también son fundamentales para definir cómo se hará la medición del caudal en ese momento específico. Dentro de los diferentes métodos o tipos de aforo se encuentran los siguientes:

1. Medición de caudal por el método volumétrico:

¿Cuánta agua sale por la llave de tu casa?¿Cuánto se demora en llenarse el tanque de

almacenamiento de agua?

Este método se aplica cuando la corriente presenta una caída de agua, en la cual se pueda poner un recipiente con volumen conocido.

Los materiales que necesitamos:

1.Reloj o cronómetro.2.Un recipiente del cual conozcamos su capaci-dad (balde de 10 o 20 litros con graduaciones de 1 litro, o caneca de 55 galones con graduacio-nes de 1 a 5 galones). Se utiliza un balde para cau-dales bajos o una caneca cuando se se manejen caudales mayores.3.Bolsas, tubos, o lámi-nas de zinc para encau-sar el agua

Medición del caudal porel método volumétrico

1

2

3

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

¿Cómo se mide?

El recipiente se coloca bajo la corriente de tal manera que reciba todo el flujo de agua; al mismo tiempo se activa el cronómetro. En este proceso el cronómetro inicia en el instante en que el recipiente se introduce a la corriente y se detiene en el momento en que se retira de ella, o el balde se llena. Es importante cronometrar varios tiempos de llenado, para estimar un valor promedio.

Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que pasa por la corriente. Se debe evitar la pérdida de agua en el momento de aforar.

El caudal se calcula de la siguiente manera:

Volumen de agua capturado (en litros)Tiempo de llenado del balde (en segundos)

LS

Caudal =

Q = V / t

=

Q = Caudal en litros por segundo, l/sV = Volumen en litros, lT = Tiempo en segundos, s

El método volumétrico es el más fácil de usar, siempre y cuando el suelo donde se disponga la caneca sea firme y no permita que ésta se hunda o se mueva. Dentro de los principales problemas que se pueden presentar está la manipulación de las canecas por su peso exagerado.

Tubo Nivel del agua

Endicamientodel surco

Recipiente calibrado

Excavación para el recipiente

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que pasa por la corriente. Se debe evitar la pérdida de agua en el momento de aforar.

2. Medición de caudal por el método área-velocidad o flotadores:

En este método, se mide la velocidad del agua en una sección de la quebrada o río.

El método de flotadores es sencillo, pero inexacto.

Los materiales que necesitamos:

1.Un objeto flotante, que sea arrastrado por la corriente del agua y no por el viento, puede ser una bola de ping-pong, una botella plástica pequeña, una rama, un trozo de madera que flote libremente en el agua.Se recomienda que este objeto vaya sumergido la mitad por debajo de la lámina de agua ( 50%).2.Un reloj o cronómetro.3.Una cinta métrica.4.Una regla o tabla de madera graduada.5.Una cuerda, estacas y un machete, este último por si es necesario retirar maleza o vegetación que impida el libre movimiento del objeto flotante.

1. 2. 3. 4.

5.

¿Cómo se mide?

Paso 1: seleccionar el lugar adecuadoSe selecciona en el río o quebrada, un tramo uniforme, sin piedras grandes ni troncos de árboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias, que sea recto.

A.

B.

Sitio adecuado10-20 metros

Inadecuado

Esquema para la medición de la velocidad de la corriente del río.

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

Se elige en el centro del cauce un sitio inicial A y uno final B, a lo largo de la corriente (río o quebrada) el cual se llamará distancia, longitud o largo.

Paso 2: medición de la velocidad

Es la relación entre la distancia que recorre el agua en un tiempo determinado. Por ejemplo, si el agua recorre un metro cada 10 segundos, entonces la velocidad que lleva es de 1 metro/segundo

Para su medición en campo, una persona se ubica en el punto A con el flotador y la 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 diez mediciones y calcular el promedio.

La velocidad de la corriente de agua del río o quebrada se calcula con base en la siguiente ecuación

10 segundos

10 metros

Distancia (en metros, m)Tiempo (en segundos, s)

msVelocidad (V) = =

Esquema para la medición de lavelocidad de la corriente del río.

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

B.

Paso 2: medición de la velocidad

Es la relación entre la distancia que recorre el agua en un tiempo determinado. Por ejemplo, si el agua recorre un metro cada 10 segundos, entonces la velocidad que lleva es de 1 metro/segundo

Para su medición en campo, una persona se ubica en el punto A con el flotador y la 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 diez mediciones y calcular el promedio.

La velocidad de la corriente de agua del río o quebrada se calcula con base en la siguiente ecuación

10 segundos

10 metros

Distancia (en metros, m)Tiempo (en segundos, s)

msVelocidad (V) = =

Esquema para la medición de lavelocidad de la corriente del río.

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

B.

Paso 3: medición del área de la sección

Para determinar el área de una sección se debe realizar el siguiente procedimiento:

• Ubica los extremos de la sección en ambas orillas.• Amarra una cuerda de dos estacas ubicadas en los extremos de la sección.• Mide el ancho superficial.• Divide en varias partes iguales (fajas) la sección (mínimo tres partes).• Mide la profundidad del agua para cada faja.• Registra los datos en el formato de campo .• Calcula el área para cada faja.• Suma el área de todas las fajas.

Área = Área faja 1 + Área faja 2 + Área faja 3…

Perfil de la sección

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

Para calcular el área de las fajas, utiliza la fórmula para cada figura. Las figuras geométricas que se forman en la sección pueden ser:

Triángulo rectángulo: Es aquel que tiene un ángulo recto y el área es igual al producto de sus catetos divididos en dos, “Base por Altura” siendo estos los catetos. La ecuación utilizada para hallar el área es:

A=Base x Altura

2

A= b x c2

A= b x a

A. area en mb y c. catetos en m

Esquema de unTriangulo Rectángulo.

b

90º

a

c

Area = Base * Altura = m2b

b

a a90º

2

Rectángulo: es igual a base por altura.

Trapecio: Es igual a la suma de la base mayor y la base menor por la altura, y dividido por dos:

A= AE +EB +DC 2

A=(Base mayor + Base menor) Altura = m

2*

2

base menor

base mayor

D

h

C

A E B

Esquema de un Trapecio.

AE Distancia punto A a E

EB Distancia punto E a B

DC Distancia punto D a C

h

h Altura

TriánguloRectánguloTrapecio

Utiliza este espacio para realizar las operaciones necesarias para calcular el área de la sección que mediste:

Caudal (Q)= Área de la sección (A) * Velocidad (V)

NOTA: Se recomienda realizar la división de la sección en fajas iguales, si la sección es menor a dos metros debemos dividirla en cuatro o más fajas iguales y si es mayor, realizamos la faja cada metro, entre más fajas realicemos es más preciso este método.

Finalmente, para conocer el caudal, se multiplica el área de la sección y la velocidad promedio:

Las unidades de este cálculo serán en m /s (metros cúbicos por segundo) y se pasa a L/s (litros por segundo) multiplicando el resultado por 1000.

ms

LS

o “Un metro cúbicocontiene 1000 litros”

Área de sección

Ancho de la faja

Extremo

Profund

idad

Extremo

Ilustración adaptada de: Evaluación de recursos hidroeléctricos, programa de energía. Infraestructura y servicios básicos. LIMA LTDG, 2014.

Fajas de la sección

Algunas variables que afectan el caudal de las fuentes de agua:

•El clima: en temporada de lluvias, el caudal incrementa, y en temporada de sequía tiende a disminuir.

•La permeabilidad del suelo: si el suelo es permeable, absorbe y retiene una gran cantidad de agua, que luego aflorará a través de los manantiales a muchos kilómetros de distancia. En suelos impermeables el agua escurre de manera superficial. •La vegetación: evita el desplazamiento rápido de las aguas por las laderas, siendo excelente para disminuir las crecidas violentas y torrenciales de los ríos y quebradas.

•El hombre: altera el comportamiento natural de los ríos y quebradas a través de la construcción de represas y embalses, de la extracción de material de aluvión, del depósito y acumulación de residuos sólidos, entre otros.

Un pequeño diccionario piragüero

Caudal: es el volumen de agua que pasa por una sección de un río o quebrada por unidad de tiempo, por ejemplo la cantidad de litros de agua, que pasa por segundo en una sección de la quebrada, río o arroyo.

Aforar: es medir la cantidad de agua que lleva una corriente en un tiempo determinado, es decir, medir el caudal del agua.

Volumen: es la magnitud física de un cuerpo en tres dimensiones: largo, ancho y alto. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro cúbico (m ).

Velocidad: es la distancia, longitud o largo recorrido por un objeto (en nuestro caso el agua) en un tiempo determinado.

Tramo: es la distancia o longitud seleccionada en el río o quebrada donde se realiza el aforo.

Sección: corte imaginario transversal sobre el ancho de la quebrada o río donde se hace la medición del área.

Faja: es la división en longitudes iguales de la sección donde se realiza la medición.

Bibliografía

CORANTIOQUIA. Contando lluvias.[video] 2011. Disponible en: www.corantioquia.gov.co

Diccionario de la Real Academia de la Lengua Española. [En línea] Disponible en: www.rae.es

“EVALUACION DE RECURSOS HIDROENERGETICOS” del Programa de Energía, Infraestructura y Servicios Básicos del ITDG, Lima, Perú. 2004. [En línea] Disponible en: www.itdg.org.pe

CORANTIOQUIA y la comunidad de algunas zonas de su jurisdicción han logrado avanzar en la construcción de la primera red de monitoreo a escala local operada directamente por las personas de cada municipio.

Con los datos recogidos se está fortalenciendo la red de información en temas referentes al recurso hídrico en el territorio antioqueño. Hemos aprendido muchísimas cosas nuevas, sobre todo, que cuando nos unimos y todos aportamos, podemos obtener resultados sorprendentes y viajar a través del agua y de la vida de un modo más alegre y confiable. Así, transmitiendo el conocimiento y el trabajo hecho por todos, ayudamos a fortalecer y construir la cultura del agua.

En Piragua generamos información importante en torno a nuestro recurso hídrico y la compartimos

con los demás miembros de la Red.

Notas Piragüeras

Notas Piragüeras

Notas Piragüeras

Notas Piragüeras

P r o g r a m a I n t e g r a l R e d A g u a

www.corantioquia.gov.co

9 789585 728073