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UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN E.A.P INGENIERIA CIVIL

UNIVESIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y ARQUITECTURAE.A.P. INGENERA CIVILPRACTICA N 2 DEL CURSO DE HIDROLOGIA GENERAL (MTODOS DE AFORO)

CURSO:HIDROLOGIA GENERALDOCENTE: ING. JOHN WILLIAMS CHAMOLI FALCONINTEGRANTES: CERVANTES EUSEBIO, Elvis A.

HUANUCO PERU2014

INTRODUCCIONDesde hace varios siglos el ser humano ha tenido la necesidad de medir el comportamiento fsico del agua en movimiento o en reposo. Es por ello que se ha inventado muchos mtodos para el clculo del caudal, ya que dicho valor obtenido sirve para realizar obras hidrulicas, etc.El siguiente informe tiene como finalidad resumir y explicar los diferentes mtodos usados para medir o aforar el agua de un rio, etc.

MEDICION DEL CAUDALSe denomina caudal enhidrologa, al volumen de agua que circula por el cauce de unroen un lugar y tiempo determinados. Se refiere fundamentalmente al volumen hidrulico de laescorrentade unacuenca hidrogrficaconcentrada en el ro principal de la misma.Por lo tanto se dice que el caudal es la cantidad de agua que pasa por un punto o seccin de un canal, acequia, perforacin de agua subterrnea o surco durante un determinado intervalo de tiempo. As por ejemplo un caudal de 10 litros/segundo, significa que pasan 10 litros de agua por una punto o seccin del canal durante 1 segundo. El caudal suele medirse en litros/segundo, la equivalencia con m3/segundo es la siguiente: 1000 l/s = 1Son varios los mtodos que se pueden emplear para aforar, estando la mayora de ellos basados en la determinacin del rea de la seccin mojada transversal y la velocidad media, para lo cual se utiliza la frmula clsica:Q = A x v

Donde:Q = caudal en m3/s.A = rea de la seccin mojada transversal en m2.v = velocidad en m/s.

Entre los mtodos ms utilizados para medir caudales se encuentran los siguientes:

a) Mtodo volumtricob) Mtodo del flotador (seccin mojada y velocidad media)c) Mtodo de aforo por compuertad) Mtodos de aforo de caera de pozos agua subterrneae) Mtodos mediante estructuras de medida (vertederos y aforadores)f) Mtodo de la seccin y la pendiente g) Molineteh) Medidor ultrasnico i) Aforo qumicoj) Aforo por resalto K) Mtodo del aforo Gravimtrico.

METODOS DE AFORO PARA EL CALCULO DE CAUDAL DE AGUA METODO VOLUMETRICO:Este mtodo permite medir pequeos caudales de agua menores de 20 litros/segundo, como son los que escurren en surcos de riego o pequeas acequias.

MATERIALES:

Balde Cronometro Personal que conozca el mtodo

PROCEDIMIENTO:

- Inicialmente, se realiza una inspeccin al sitio a investigar; das antes de la prueba.

- El funcionario, debe mantener el cronometro en cero, luego en la salida del flujo constante de la tubera o canal, se coloca el recipiente, simultneamente se activa el cronometro; este proceso finaliza en el momento en que el flujo llegue a la marca del recipiente y se desactiva el cronometro inmediatamente.

- El resultado de este procedimiento es volumen llenado entre el tiempo de llenado (Q = v/t); el mismo, debe ser repetido de tres (3) a cinco (5) veces, de esta manera se verifica si el flujo es constante o variable.

- Con los datos tomados de tiempo y el delta de volumen de agua escogido se obtiene el caudal que est recorriendo.

Ejemplo:

Se quiere medir el caudal de agua que entrega un sifn de riego a un surco. Para ello se practica el aforo volumtrico con un balde de 10 litros.

Se efectan 3 mediciones tomado el tiempo en que llenamos el balde

Tiempo (segundos)Medicin

81era

72da

7.53era

7.5Promedio

Tiempo promedio = (8 + 7 + 7.5)/3 = 7.5 seg.

Tambin:

-Volumen del Balde: 18 litros.-Tiempo promedio que demor en llenarse: 5 segundos.

Dividiendo el volumen de agua recogido en el recipiente por el tiempo (promedio) que demor en llenarse, se obtiene el caudal en litros por segundo.

METODO DEL FLOTADOR:

Este mtodo se utiliza tanto para conocer el agua que circula en canales como en acequias de riego, dando slo una medida aproximada de los caudales. Se presenta como una metodologa sencilla de campo.

MATERIALES:

Wincha de 50 m. Wincha de 5 m. Cordel Objeto flotador (bola de tecknoport) Cronometro Cuaderno de apuntes.

PROCEDIMIENTO:

Delimitar una zona de ro para el aforo, en nuestro caso fue de 10 m. Marca con un cordel a cada extremo del ro en la respectiva seccin. Lanzar el objeto flotador y tomar los tiempos en 10 repeticiones en que se demora en recorrer la distancia de 10 m. Finalmente tomar los datos de las secciones del ro en el punto inicial y en el punto final.

Ejemplo:

Calcular el caudal del rio Huacarmayo por el mtodo del flotador.

1. LONGITUD DE AFORO

Se tomara una longitud, para hacer las pruebas de tiempo. Es nuestro caso ser una longitud de 10 metros.BA10 metros

2. LONGITUD DE AFOROSe lanz el objeto flotante (bola de tecknoport), y se tom el tiempo de 10 repeticionesNTIEMPO (s)

119.25

218.16

315.34

415.31

516.06

616.78

717.47

815.06

914.97

1015.72

SUMA164.12

PROMEDIO16.412

3. LONGITUD DE AFORO

La velocidad es la divisin de la distancia entre el tiempo que toma en recorrerla.V=d/tEn este caso tendremos:V=0.60931026m/s

4. SECCIONES DEL RIO

En este caso tomaremos 2 secciones cada una al extremo de nuestra distancia de referencia.

SECCIN A: Para obtener el rea de la seccin A, se procedi a medir la profundidad del ro a cada 20 centmetros, incluyendo una altura de la lnea de referencia hasta el nivel ro. Obtenindose los siguientes valores:

Obtenindose:

SECCIN B:Para obtener el rea de la seccin B, se procedi a medir la profundidad del ro a cada 20 centmetros, incluyendo una altura de la lnea de referencia hasta el nivel ro. Obtenindose los siguientes valores:

Obtenindose:

4.1 SECCIONES DEL RO

4.2 SECCIONES DEL RO

A1 =1.354m2

A2=0.912m2

Luego obtenemos un promedio de las reas:A = (A1 + A2)/2 = 1.113 m2

5. CALCULO DEL CAUDAL

Se obtendr el caudal al multiplicar l rea promedio por la velocidad y un coeficiente de correccin de la velocidad.

COEFICIENTE DE CORRECCIN:

CAUDAL Se tendra:

Q=AxVx0.25

Q=Q=1.113*0.60931026*0.250.17258713m3/sm3/s

Q=172.6l/s

FINALMENTE SE OBTIENE UN CAUDAL:

Q=172.6 l/s

METODO DEL AFORO POR COMPUERTA:

Las compuertas que comnmente son utilizadas para dotar el agua de riego pueden considerarse como un orificio en los cuales es factible poder medir el caudal que dejan pasar. Este mtodo no es muy conveniente cuando el nivel de agua aguas arriba y debajo de la compuerta vara mucho en el tiempo, ya que no podremos medir un caudal que sea representativo o estable para el cauce de riego que estamos evaluando.

Existen 2 maneras de analizar, una cuando la compuerta es libre y otra cuando la compuerta es ahogada.

MATERIALES:

Wincha. Cuaderno de apuntes.

PROCEDIMIENTO:

Calcular las medidas de la compuerta, la abertura y el ancho Obtener las medidas de las alturas, aguas arriba de la compuerta y aguas debajo de la compuerta. Realizar los clculos necesarios aplicando la frmula de dicho mtodo y as calcular el caudal.

COMPUERTA LIBRE

COMPUERTA AHOGADA

TENER EN CUENTA:

Q = caudal que pasa a travs de la compuerta a = abertura de la compuerta l = ancho de la compuerta h1 = altura de agua aguas arriba de la compuerta en metros h2 = altura aguas debajo de la compuerta en metros c = coeficiente de gasto

Qu es el coeficiente de gasto y que valores tiene?El coeficiente de gasto en un valor adimensional menor que la unidad que produce una disminucin del caudal terico o prctico. Esta disminucin se debe a distintos factores. El primer factor es la contraccin de la vena lquida. Esta se produce a la salida del orificio como consecuencia del rozamiento de la vena lquida y deformacin de los filetes lquidos al chocar con la arista interna y de las paredes. El otro factor es la velocidad, como el rea de la vena lquida es de menor dimensin que el rea real, la velocidad terica que debera producir el lquido a la salida es mayor que la velocidad real de esta. Es as que el efecto de estos dos factores es lo que denominamos coeficiente de gasto de la compuerta. Los valores que puede tomar son los siguientes:

* Cuando la compuerta trabaja como libre:

c = 0.68 Cuando la solera del canal coincide con la parte inferior de la compuerta y los costados del canal (sin contracciones).

c = 0.65 Cuando coincide con el fondo pero no con los costados (contraccin lateral).

* Cuando la compuerta trabaja ahogada:

c = 0.73 Sin contracciones en el fondo y bordes. c = 0.67 Con contracciones en los tres lados.

Qu otra precaucin hay que tener en el aforo por compuerta?

Cuando la velocidad de llegada supera 0.5 metros/segundo hay que modificar el clculo, agregando una sobrecarga de la velocidad de llegada de la siguiente manera:

Ejemplo:Se quiere conocer el caudal que ingresa por una compuerta de tornillo a una propiedad agrcola. La compuerta se encuentra ubicada en forma paralela al cauce de riego que dota la propiedad y se encuentra trabajando en forma ahogada y no posee contracciones en el fondo ni en los bordes. La compuerta tiene una abertura de a = 0.50 m y el ancho de la misma es de, l = 1m, h1 = 0.70 y h2 = 0.65.

Solucin:Nos dice que la compuerta se encuentra trabajando en forma ahogada, entonces:

Dadas las condiciones en que opera la compuerta se mide la altura o carga de agua, aguas arriba de la compuerta y aguas debajo de la compuerta.

a = 0.50 m l = 1 mh1 = 0.70 m h2 = 0.65 m

Entonces:

h1 h2 = 0.70 0.65 = 0.05

Velocidad de llegada: < 0,5 m/seg

Tambin:

c = 0.73, debido a que no existe contracciones en el fondo y bordes.

Por lo tanto, en la frmula:

Q = c*a*l*4.43*

Q = 0.73*0.5*1*4.43*

Por lo tanto: Q =0.36 m3/seg

METODO DE AFORO DE CAERIAS DE POZOS DE AGUA SUBTERRANEA:

Pueden ser:1.1 Pozo surgente con salida vertical:Se determina en forma muy aproximada el caudal de un pozo surgente con salida de agua vertical.Se mide la altura mxima a que llega el agua en la boca del cao, como se puede observar en la figura. Se toma en cuenta el dimetro interior del cao de descarga en pulgadas.

El caudal el litros por minuto se busca en la Tabla II.6 de acuerdo a la altura y dimetro medido en campo.

Para las distintas dimensiones de caos y distintas alturas de agua, se puede determinar el caudal mediante la siguiente frmula:

Q = caudal en litros por minutosd = dimetro interior del cao de descarga en pulgadas h = altura del agua en el cao de descarga en cmC = coeficiente variable de 0,87 a 0,97 por caos de 2 a 4 pulgadas de dimetro y de 15 hasta 60cm de altura.

Ejemplo:Con un cao de d = 8 y una altura de agua h = 28 cm tendremos un caudal de: Q = 4605 litros/minutos*para resolver este ejemplo solo se utiliza la tabla que esta en la parte de arriba.1.2 Pozo con salida horizontal e inclinada:Pueden darse dos situaciones: cao con salida horizontal e inclinada que fluye lleno y cao de salida horizontal e inclinada que no fluye lleno. Otro mtodo prctico de aforo de un pozo es a travs del nomograma de aforo en condiciones de cao lleno. Pozo con salida horizontal e inclinada que fluye llenoEn una vara de lago menos que un metro, se suspende una plomada que debe tener exactamente 31 cm (Figura II.9). La vara se acerca cuidadosamente al cao de descarga donde mana el agua cuyo caudal se desea medir. Luego, la vara debe ser deslizada adelante o hacia atrs, hasta que la punta de la plomada toque el agua que sale del cao. En ese momento se determina la distancia a (Figura II.9), la misma se mide desde el extremo del cao de descarga y el punto donde se encuentra atada la plomada.

La frmula para conocer el caudal es la siguiente:

Q = caudal en litros por minuto.a = distancia en centmetros desde el extremo del cao de descarga y el punto donde se encuentra atada la plomadaK = coeficiente que depende del dimetro interno del cao de descarga. (Tabla II.7)

Ejemplo:Determinar el caudal que eroga un pozo de 7 de dimetro interno, el mismo tiene la descarga en forma horizontal y fluye lleno de agua. La lectura de regla con plomada dio una distancia desde el extremo del cao de descarga y el punto donde se encuentra atada la plomada de 35 cmK= 59.61 (Tabla II.7)

Pozo con salida horizontal e inclinada que no fluye lleno:

Primero se hacen todos los pasos como si el cao de descarga estuviera trabajando lleno. Luego procederemos a medir el espacio que llamaremos f, tambin se debe medir el dimetro exterior del cao de descarga d. Si dividimos el valor de f sobre d, obtendremos el porcentaje libre del cao de descarga.

Con el valor obtenido se busca en la Tabla II.5 el factor de correccin que multiplicado al caudal obtenido como si el cao fluyera lleno dar como resultado el caudal real en litros por minuto que eroga el cao de descarga que no fluye lleno.

Ejemplo:Se desea conocer el caudal que eroga un pozo que posee un cao de descarga horizontal y que no fluye lleno.

El cao posee d = 15 cm de dimetro exterior se mide su porcin libre f = 3 cm, dividiendo f/d = 0.2 = 20 %, para lo cual y mediante la Tabla II.8 el factor de correccin correspondiente es 0,858.

Solucion:

Calculamos el caudal como si el cao de descarga fluyera lleno, para nuestro ejemplo: Dimetro interno = 7K= 59.61 (Tabla II.7)

Aforo de un pozo a travs del nomograma de aforo (cao lleno):Para determinar el caudal que eroga un pozo utilizando el nomograma de aforo, se debe conocer la distancia en metros del piso o superficie del agua embalsada, al centro del cao a y la distancia de la salida del chorro hasta el centro del lugar en que cae b.

Conociendo el dimetro de cao de descarga podremos conocer el rea del mismo mediante:

Los valores de a y b se miden a campo. Una vez obtenidos todos los datos en el nomograma se procede de la siguiente manera:

a) El valor de a se ubica sobre la lnea correspondiente.b) Se prolonga una lnea que corte al valor de b medida.c) Se contina la lnea hasta cortar la lnea de velocidad (metros por segundo), de esta manera determinaremos la velocidad en metros por segundo del agua en la salida del cao de descarga.d) Unir el punto de la velocidad obtenida con el rea del cao calculado anteriormente.e) La lnea resultante del paso anterior contar en un punto a la lnea de caudal, ese valor ser el que est erogando el pozo con los datos medidos de campo.

(Fuente: Aforo en pequeos canales de riego Ings Agrs Fernndez y C.J Gras)

Ejemplo:Se desea conocer el caudal que eroga un pozo de 8 de dimetro que fluye lleno y cuyo cao de descarga se encuentra en forma horizontal. El valor de a = 1 m y b = 0,5 m

El rea del cao segn dimetro en de A = 324 cm2

Entrando por el nomograma se determina que el caudal es: Q = 30 litros/segundo

Si el cao de descarga no trabajara lleno, se puede utilizar el mismo nomograma pero calculando el rea segn Tabla II.9

METODO MEDIANTE ESTRUCTURAS DE MEDIDA (VERTEDEROS Y AFORADORES):1.3 AFORADORES:Los aforadores son estructuras en donde se puede determinar en forma indirecta el caudal conociendo la altura de agua de una acequia o cauce de riego.Uno de los tantos tipos de aforadores muy prctico es el aforador de cresta ancha, el mismo se basa en la elevacin de fondo del canal para conseguir que los filetes de agua sean paralelos (rgimen laminar), para de esta manera poder establecer una relacin unvoca entre la altura de agua y el caudal que est circulado por la acequia o cauce de riego. Esta relacin es la que representa la curva de gasto propia de cada aforador.

De esta manera conociendo la altura de agua en el canal o cauce de riego podremos determinar el caudal que circula por ella.Las ventajas de este tipo de aforadores son: El error de medicin es menor del 2 % Se puede construir en canales o acequias de cualquier dimensin. Deja pasar los sedimentos. Los cuerpos flotantes que trae el agua causan pocos problemas. Es de construccin econmica.Qu datos son necesarios para construir un aforador?1. Ancho de la acequia2. Caudal mximo a medir

Para conocer el caudal mximo que puede llenar la acequia o cauce de riego se afora la misma con el mtodo del flotador anteriormente explicado en condiciones de mximo caudal transportado por el cauce de riego.

Dnde conviene ubicar el aforador?Aguas arriba del aforador debe existir un tramo recto de una longitud 10 veces mayor que el ancho de la acequia donde se quiere instalar el aforador. La acequia debe tener una ancho uniforme, una pendiente uniforme no menor al 1 % (desnivel de 1 metro en 1000 metros de largo). Si sobre la acequia existiera algn salto, el aforador debe ubicarse antes de este.

Qu medidas debe tener el aforador?Como mencionramos anteriormente debemos conocer el ancho de la acequia y el caudal mximo a medir, con estos valores podemos entrar a la Tabla II.11 y seleccionar el aforador con sus correspondientes dimensiones.

Tabla II. para la construccin de un aforador de cresta ancha

Cmo construyo mi aforador?En el lugar seleccionado para colocar el aforador, se debe construir una acequia de hormign, con el fondo a nivel cero de paredes verticales, lograremos de esta manera tener una seccin uniforme. Con las medidas del ancho de la acequia y el caudal mximo a medir, en la Tabla II.11, seleccionamos el aforador y con ello sus dimensiones.Se inicia con la construccin del fondo, el mismo debe estar a nivel cero y ser algo ms ancho que la acequia, para que una vez construidas las paredes, tenga el ancho deseado. El largo del fondo y de las paredes se obtiene de la Tabla II.11. Tanto el fondo como las paredes deben tener una terminacin perfectamente lisa. El escaln de resalto debe construirse segn los datos obtenidos en la Tabla II.11. Para la construccin del resalto basta con colocar un encofrador y rellenar el escaln con hormign. La parte superior del resalto debe tener nivel cero en todos los sentidos.Una vez fraguado el resalto, se construye la rampa con el largo indicado en la Tabla II.11. Al igual que para las paredes y el resalto, la rampa debe tener una terminacin perfectamente lisa.

Cmo coloco la escala del aforador?La escala se coloca sobre una de las paredes a una distancia Lc (que para cada caso se encuentra en detalle en la Tabla II.11), se instala perfectamente nivelada, donde el cero de la escala se encuentra al mismo nivel del resalto.

Cmo obtengo mi curva de gasto?Para conocer la curva de gasto individual de cada aforador, se toma la Tabla II.12. Los caudales de esta tabla estn expresados para 1 metro de ancho del aforador, los valores ledos deben multiplicarse por el ancho real de este.

1.4 VERTEDEROS:Qu es un vertedero?Los vertederos son estructuras que se instalan en los canales o acequias (en condiciones especiales) en forma perpendicular a la corriente, de manera que toda el agua pase por la abertura del vertedero forme un salto al caer, la altura de agua tomada aguas arriba del vertedero nos permitir determinar el caudal que circula por el cauce o acequia de riego.

Los tipos ms comunes de vertedero son:rectangular, trapecial (Chipolleti) y triangular.

Con qu materiales se construyen?Para la escotadura, se puede usar chapa de hierro de 3 a 4 mm, colocada sobre un marco de hormign estable en la acequia.Qu condiciones especiales debe tener la acequia en donde se instala el vertedero?Se debe ensanchar el cauce arriba de la ubicacin del vertedero, de manera que se produzca una disminucin de la velocidad de llegada del agua para que esta adquiera valores inferiores a 0,5 m3/seg.

Cmo se determina el caudal que circula por la acequia o cauce de riego?Se determina midiendo la altura de agua sobre la cresta del vertedero que a travs de una frmula especfica para cada tipo de vertedero nos permitir obtener el caudal correspondiente. Para que estos vertederos trabajen bien necesitan buena pendiente.La carga o altura de agua que pase sobre la cresta del vertedero debe medirse a una distancia aguas arriba tal, que no sea afectada por la depresin de la superficie del agua que se produce al aproximarse a la cresta. Esto se consigue haciendo las mediciones a una distancia de por lo menos cuatro veces la carga (altura) mxima a la que puede llegar el vertedero h.La forma ms conveniente de realizar las mediciones es clavando una estaca en el fondo del canal o acequia aguas arriba del vertedero, (a la distancia sealada), sobre la cual se fija una reglilla graduada en centmetros, cuidando que su origen, el cero, quede a la altura de la cresta del vertedero. Vertedero trapecial: (Chipolleti)Es un vertedero con forma trapezoidal en su abertura, tal como lo indica su nombre, se lo conoce como vertedero Cipoletti en honor a su inventor, el Ingeniero italiano Cesare Chipolleti. Esta estructura requiere que el talud de sus lados sea 1:4 (Figura II.17).La frmula para calcular el caudal es la siguiente:

vertedero Chipolleti

Podemos simplificar esta frmula para determinar de una manera ms sencilla el caudal, utilizando la Tabla II.13, de la siguiente manera:

Con la Tabla II.13 y conociendo las dimensiones de b para cada vertedero en particular podremos armar su respectiva curva de gasto y tabla de altura caudal correspondiente. Haremos el ejemplo para un vertedero cuyo valor de b = 0,50

Vertedero rectangularEste tipo de vertedero es el ms fcil de construir por ello ha sido uno de los ms usados a nivel de finca. La precisin de la lectura que ofrece est determinada por su nivel de error, que flucta entre un 3 y 5%.Para calcular el caudal o gasto, se pueden utilizar diferentes ecuaciones empricas; en este caso slo mencionaremos la de Francis, que es la ms utilizada:

vertedero rectangularPara facilitar el clculo se puede proceder de la misma manera que para los vertederos trapeciales, si b = 0.5 se puede utilizar la Tabla II.10, ya que la frmula de vertedero trapecial y rectangular son muy parecidas. Vertedero triangular:El ms utilizado es el que en su escotadura forma un ngulo recto (90). Este tipo de vertederos es bastante eficiente, pero sin embargo presenta una gran prdida de carga; motivo por el cual se recomienda especialmente para caudales pequeos (menores de110 l/s), ya que en estos niveles de gastos de agua, su precisin es mayor que la de otros tipos de vertederos.La frmula ms utilizada para el clculo del caudal o gasto es la de King:

Para simplificar los clculos el gasto o caudal de los vertederos triangulares (90 y 60) puede determinarse por la Tabla II.15.

Ventajas y desventajas de los vertederos:El uso de vertederos como aforadores de agua ofrece las siguientes ventajas:

Exactitud (3 5 %) Simplicidad y sencillez de construccin No se obstruyen con cuerpos flotantes DuracinEntre las desventajas podemos anotar: Necesidad de saltos grandes de aguas, con la consiguiente prdida de altura, lo que hace que su empleo en terrenos nivelados sea casi impracticable. Acumulacin de grava, arena y limos aguas arriba del vertedero, lo que resta exactitud a las mediciones y obliga a una continua limpieza y manutencin.

METODO DE LA SECCION Y PENDIENTE:

Si se considera que en un cauce el flujo es normal, es decir que la pendiente del cauce es aproximadamente igual a la pendiente de la lnea de energa del agua, entonces puede hacerse una estimacin del caudal, conociendo las condiciones del cauce, como la pendiente, el rea hidrulica y un coeficiente de rugosidad o de resistencia al flujo. Estas condiciones pueden darse en canales o acequias pequeas, en cauces rectos, donde no se observen remansos.Para calcular la velocidad del agua por este mtodo se recurre a la ecuacin de Chezy, de modo que el caudal ser:

Dnde:C: es el coeficiente de ChezyR: el radio hidrulico de la seccinS: la pendiente del cauce.Generalmente se usa el valor dado por Manning para el coeficiente c por lo que se tiene:

Dnde:n: es el denominado coeficiente de rugosidad, que es un coeficiente de resistencia al flujo y depende de las condiciones del cauce. Al sustituir este valor en la ecuacin del caudal se tiene:

Coeficientes de rugosidadLos coeficientes de rugosidad n, propuesto por Horton, para ser utilizados en la frmula de Manning son los siguientes:

METODO DE CORRENTOMETRO O MOLINETE :En este mtodo, la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado correntmetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Un tipo bien conocido es el denominado molinete de Woltmann.Existen varios tipos de correntmetros, siendo los ms empleados los de hlice de los cuales hay de varios tamaos; cuanto ms grandes sean los caudales o ms altas sean las velocidades, mayor debe ser tambin el tamao del aparato. Cada correntmetro debe tener un certificado de calibracin en el que figura la frmula necesaria para calcular la velocidad del agua sabiendo el nmero de vueltas o revoluciones de la hlice por segundo. Estos correntmetros se calibran en laboratorios de hidrulica; una frmula de calibracin, como la empleada en nuestro estudio, es la siguiente:v = a n + bDonde:v: es la velocidad del agua, expresada en m/s.n: es l nmero de vueltas de la hlice por segundo.a: es el paso real de la hlice en metros.b: es la llamada velocidad de frotamiento en m/s.Como el correntmetro mide la velocidad en un punto determinado, para obtener la velocidad media de un curso de agua se debe, en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o ms puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del agua.Las profundidades en las cuales se miden las velocidades con el correntmetro se hallan en funcin de la altura del tirante de agua d, siguiendo los parmetros establecidos en la siguiente tabla:Tirante de agua (d) Profundidad de lectura del correntmetroCm Cm< 15 d / 215 < d < 45 0,6 d> 45 0,2 d y 0,8 d0,2 d, 0,6 d y 0,8 dEn general, la velocidad media a lo largo de un tirante se determina tomando la media de las velocidades a 02 y 08 del tirante, segn las recomendaciones del Departamento de Investigaciones Geolgicas de los Estados Unidos, esto es, aplicando la frmula:V (Velocidad a 02 del tirante + Velocidad a 08 del tirante).Conocidas ya las profundidades de lectura, se calcula el rea de la seccin transversal mojada, que se utilizar para el clculo del caudal. As, como siempre:Q = v x A,Donde:v = velocidad determinada con el correntmetro o molinete.A = rea de la seccin mojada transversal correspondiente.La distribucin de velocidades en una corriente libre resulta muy importante cuando se desea determinar el caudal usando un medidor de velocidad, que es un instrumento construido de tal manera que la velocidad angular de su elemento giratorio (hlice o sistema de labes) es proporcional a la velocidad de la corriente. Un ejemplo caracterstico es el del molinete de Woltmann, anteriormente citado. Mediante un circuito elctrico, los valores de la velocidad son registrados en un cuentarrevoluciones. Las isotacas -curvas similares a las de nivel en topografa- que unen los puntos de igual velocidad en una seccin transversal, suelen obtenerse por interpolacin a partir de las medidas puntuales realizadas con el medidor de velocidad.Materiales: Correntmetro o Molinete de 5 capas Cinta o Metro Varilla de 50cm de largo Contador de sonido. CronometroEl lugar que se escoja para establecer una estacin de aforo debe reunir ciertos requisitos. A saber:1. El tramo del ro que se escoja para medir el caudal del agua circulante debe ser aproximadamente recto, en una distancia de 150 a 200 metros, tanto aguas arriba como aguas abajo de la estacin de aforo. En este tramo recto, no debe confluir ninguna otra corriente de agua, ni existir prdidas o derivaciones del recurso.2. La seccin de control debe estar ubicada en un tramo en el cual el flujo sea calmado y, por lo tanto, libre de turbulencias, y donde la velocidad de la corriente est ubicada dentro de un rango que pueda ser registrado por un correntmetro.3. El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales, de piedras grandes, bancos de arenas, etc., para evitar imprecisiones en las mediciones de agua. Estos obstculos hacen ms imprecisas las mediciones en pocas de estiaje.4. Tanto agua abajo como aguas arriba, la estacin de aforo debe estar libre de la influencia de puentes, presas o cualquier otra construccin que pueda afectar las mediciones.5. El sitio debe ser de fcil acceso para realizar las mediciones.Procedimiento:1. La seccin transversal del ro donde se va a realizar el aforo se divide en varias subsecciones. El nmero de subsecciones depende del caudal estimado que podra pasar por la seccin: en cada subseccin, no debera pasar ms del 10% del caudal estimado que pasara por la seccin. Otro criterio es que, en cauces grandes, el nmero de subsecciones no debe ser menor de 20.2. El ancho superior de la seccin transversal (superficie libre del agua) se divide en tramos iguales, cuya longitud es igual al ancho superior de la seccin transversal dividido por el nmero de subsecciones calculadas.3. En los lmites de cada tramo del ancho superior del cauce, se trazan verticales, hasta alcanzar el lecho o fondo. La profundidad de cada vertical se puede medir con la misma varilla del correntmetro que est graduada. Las verticales se trazan en el mismo momento en que se van a medir las velocidades.4. Con el correntmetro se mide la velocidad a dos profundidades en la misma vertical a 0.2 y a 0.8 de la profundidad de la vertical, para lo cual se toma el tiempo que demora el correntmetro en dar 100 revoluciones y se calcula el nmero de revoluciones por segundo; con este dato, se calcula la velocidad del agua en cada una de las profundidades utilizando la frmula correspondiente, segn el nmero de revoluciones por segundo (n). En el caso de la medicin de la velocidad en una parte del tramo final estudiado del ro Ebro (Tortosa-Amposta), se emplean las siguientes frmulas:v = 0,2590n + 0,005 cuando n es > 1,51v = 0,2517n + 0,016 cuando n es < 1,51

5. Se obtiene la velocidad promedio del agua en cada vertical. La velocidad promedio del agua en cada subseccin es el promedio de las velocidades promedio de las verticales, que encierran la subseccin. En nuestro caso, ver anexo 2.3.6. El rea de cada subseccin se calcular fcilmente considerndola como un paralelogramo cuya base (ancho del tramo) se multiplica por el promedio de las profundidades que delimitan dicha subseccin.7. El caudal de agua que pasa por una subseccin se obtiene multiplicando su rea por el promedio de las velocidades medias registradas, en cada extremo de dicha subseccin.8. El caudal de agua que pasa por el ro es la suma de los caudales que pasan por todas las subsecciones. Ver, al respecto, el captulo

Ejemplo:Calcular el aforo de un rio, por el mtodo del aforo del correntmetro:Datos obtenidos de campo:

Este sera el esquema de las medidas realizadas:

Perfiles de flujo:

Los perfiles del flujo se trazan estimando los valores, siguiendo los extremos de los vectores velocidad, pero la forma curvada del perfil hay que intuirla.De los 5 perfiles obtenemos las superficies, por la escalatilizada cada cm2 equivale a 0.2m/s en horizontal por 0.1 de profundidad en vertical, es decir:1cm2= 0.2m/s x 0.1m = 0.02m/s2Multiplicando por el factor de 0.02 se obtiene la tercera columna.

Ahora calculamos el caudal:Con los valores de (m2/s) hallados en el apartado anterior, representamos el grafico siguiente:

Se trata de la planta del cauce, el eje horizontal indica el ancho y la longitud de cada perfil, en la vertical se observa la magnitud de cada perfil de flujo. Luego este grafico lo multiplicamos por una escala que este caso es de 0.05m/s y obtenemos el caudal.Superficie = 46.58cm2Valor de cada cm2=0.5x 0.05m2/s = 0.025m3/sCaudal = 0.025 x 46.58cm2 = 1.16m3/s

METODO DEL MEDIDOR ULTRASONICO:Principio de operacin

El medidor calcula el gasto o caudal en funcin de dos variables principales:

a) rea hidrulicab) Velocidad media

Cada una de estas variables no se miden directamente, se miden a travs de otras variables fsicas. El proceso completo se observa en la figura. En este esquema las flechas representan frmulas que se aplican para obtener cada variable subsecuente. Lo que mide el aparato es: el efecto doppler, la temperatura y la diferencia del voltaje de una corriente elctrica.

Medicin del rea hidrulica

El medidor de efecto doppler calcula el rea hidrulica en funcin del tipo de seccin (datos a ingresar en el aparato) y la profundidad del agua. Para medir la profundidad utiliza un transductor, que es un dispositivo que proporciona una salida elctrica en respuesta a una magnitud fsica que se desea medir. En este caso se desea medir la profundidad del agua y lo que realmente se mide es la presin de la misma.

Esto es debido a que mientras ms profundidad de agua se tenga mayor presin se presentar. El agua ejerce una presin sobre un material especial sujeto a una corriente elctrica: dicho material suele ser silicio incorporado a un diafragma. Cuando el diafragma est plano sin presin presenta cierta resistencia al paso de la corriente, y cuando est deformado presenta otra. Esta diferencia de resistencia es la que registra el aparato y la trasforma por medio de frmulas, primero a presin y despus a profundidad de agua. Una vez obtenida la profundidad se calcula posteriormente el rea hidrulica.

Medicin de la velocidad

El aparato utiliza el llamado efecto doppler para medir la velocidad en la corriente. El efecto doppler es una alteracin de la frecuencia de las ondas, en funcin del movimiento, ya sea del receptor o del emisor de las ondas. El medidor de ultrasonido utiliza la alteracin de las ondas de sonido. Le ultrasonido es un sonido con frecuencia ms alta que la perceptible por el odo humano. El medidor tiene unos emisores de onda de ultrasonido y unos receptores de las mismas. Primero el emisor enva una onda a una determinada frecuencia y el receptor capta las ondas que son reflejadas por el agua. Si el agua est esta en movimiento, las ondas reflejadas tendrn una frecuencia diferente a la emitida, la diferencia de frecuencia indica al dispositivo la velocidad de la corriente.

Medicin de la temperatura

El medidor registra la temperatura del agua por medio de un termmetro. Este variable es necesaria para corregir el valor de la velocidad del sonido en le agua ya que el medidor realiza los clculos para una velocidad de referencia con una temperatura de 20C.

Tipos de medidores:

En funcin de cmo se enva el rayo se diferencian dos tipos de medidores ultrasnicos:

a) Dopplers perfiladores b) Dopplers continuos

Dopplers perfiladores:

El medidor divide la seal reflejada en intervalos regulares que corresponden a diferentes profundidades de agua. La velocidad se calcula a partir de la seal reflejada en cada intervalo. El resultado es un perfil o distribucin de velocidades a lo largo de la direccin del rayo de ultrasonido. Este tipo de dopplers tienen emisores en la parte frontal y posterior. Adems los intervalos entre la emisin de un rayo y otro son tan cortos que la velocidad reportada es la de un pequeo volumen de agua (cilindros de 5 cm de largo por 5 mm de dimetro). Los datos de velocidad de los dos rayos acsticos se manejas por medio de frmulas matemticas para describir las velocidades en toda el rea hidrulica de la seccin transversal. Las frmulas empleadas utilizan algunos artificios para interpolar los puntos medidos, de tal manera que el resultado es la descripcin de todas las velocidades en la seccin transversal.

Salto hidrulico

Antes del medidor: si se tiene un salto hidrulico antes el medidor, este debe estar a por lo menos30 veces la profundidad del canal. Dicho salto hidrulico genera una gran cantidad de burbujas que pueden alterar las mediciones.

Ancho mximo del canal:

Las restricciones relacionadas con el rea hidrulica, se consideran por medio del ancho de la superficie del agua. Si la seccin es muy ancha se pueden tener errores ya que es muy posible la presencia de velocidades que estn fuera del alcance de la zona de influencia del medidor y su magnitud no es igual a la velocidad inferida. Se presentan las siguientes condiciones:

Canal regular: si el canal es regular (rectangular, trapecial, etc) no debe tener un ancho mayor a diez veces la profundidad

Canal irregular: Si el canal es irregular (en tierra), no debe tener un ancho mayor a cinco veces la profundidad.

Ventajas y desventajas de este tipo de medidor

Ventajas:

a) No es necesario tener otro elemento de medicin.b) Se puede instalar en sitios donde otros no funcionaran.c) Tiene un amplio rango de funcionamientoc) Es posible el envo de informacin por medio de medios de transmisin remota. d) La informacin pasa directamente a archivos de computadora.e) No es necesario tomar lecturas diariamente. Desventajas:a) Costo elevado.b) En caso de fallas slo el fabricante sabe que hacer. c) Son fcil presa del vandalismo. c) Se requiere secar los canales para su instalacin.d) Se debe manejar un programa de cmputos para sacar la informacin.

METODO DEL AFORO QUMICO:

El mtodo qumico es un mtodo muy preciso para conocer el caudal que circula por un cauce. Se utiliza para medianos a chicos caudales y cuando la seccin del cauce es muy irregular.

Se basa en la medicin de la Conductividad Elctrica (CE) del agua que circula por el cauce. Como se sabe la CE es directamente proporcional al contenido salino del agua.

MATERIALES:

Conductmetro porttil Balde de 10 litros aprox. y tarro adicional Botella de Mariotte o instrumental que asegure un caudal constante (pequeo) Probeta graduada de 500 mililitros Bolsas de sal domstica (cloruro de sodio) Cronometro.PROCEDIMIENTO:

Se prepara una solucin salina homognea (agua del lugar + sal de cloruro de sodio) Se coloca en la botella de Mariotte. Se asegura una estructura para un caudal constante Se elige un lugar donde aplicar el caudal. En nuestro caso en el punto 3: boca de registro con tapa circular metlica. Se eroga un caudal constante y se mide (probeta y cronmetro). Al inicio y final del aforo. Se deja caer ese caudal sobre el punto 3 y se mide la CE con el conductmetro en el punto 4. Se observa que la CE del agua que circula comienza a aumentar hasta alcanzar un valor constante y decae cuando se deja de aplicar el caudal en el punto 3. Se toma un volumen conocido de la solucin salina y se coloca en el balde. Se le agrega agua del canal que se quiere aforar, midiendo la conductividad elctrica de la nueva solucin salina del balde. Se mide CE y volumen agregado hasta que la CE sea igual al valor mximo Se calcula el caudal del canal con la frmula: Q = (y/x)*q donde:y = Volumen de agua del cauce agregada al balde hasta alcanzar la CE mxima del canal x = Volumen de solucin salina agregada al baldeq = caudal medio erogada por la botella de Mariotte (promedio de valor inicial y final)

Ejemplo:

Calcular el caudal de riego, si al medir la conductividad elctrica (C.E) al inicio fue de 1,5 dS/m y al final aumenta hasta 2,3 dS/m. Datos:* 200 ml de solucin salina

Solucin:

La conductividad elctrica (C.E) la calculamos de la siguiente manera:

* Se saca una muestra de agua del sitio de estudio* Con el GLX (aparato de medida de la C.E) y el sensor se procede a calcular, tambin tiene que ver l temperatura y el PH.

El procedimiento es que el GLX se le conecta al sensor, luego introducimos el sensor a dicha muestra de agua tomada, seguido se le hace una calibracin con sales especificados que el fabricante especifica.

Los 200 ml de la solucin salina que se colocar en el balde vienen a ser el valor de X.X = 200ml

Luego se le agrega 10.2 litros de agua al balde, hasta que la C.E baje hasta 2.3 dS/m. Entonces: Y = 1200 ml

El caudal erogado por la botella de Mariotte fue de: inicio = 270 ml/min y final 240 ml/min. Caudal promedio: 255 ml/min.

POR LO TANTO:

- y = 10.200 mililitros - x = 200 mililitros - q = 255 ml/min.

Respuesta:

Q = (y/x)*q = (10.200 ml/200 ml)*255 ml/min. = 13.005 ml/min. Q = 0,22 L/s

METODO DEL AFORO POR RESALTO:La determinacin del aforo se basa en el Teorema de Bernoulli. Es un mtodo prctico para el aforo de regueras o cauces pequeos, donde se pueda interponer en fondo del mismo algn escaln que no sea llevado por la corriente pero que eleve el pelo de agua.

MATERIALES:

Wincha Elemento que haga de escaln, comnmente una roca con sus respectivas dimensiones, ya que otros seran muy livianos y el caudal se los llevara. Libreta de apuntes

PROCEDIMIENTO:

Ubicar un punto inicial y un punto final. Se procede a medir el ancho de dicha seccin inicial y final Luego se calcula las medidas de las alturas de las secciones indicadas anteriormente. Aplicamos la frmula de Bernoulli entre dichos puntos. Con la frmula de Bernoulli calculamos el caudal.

Ejemplo:

Calcular el caudal por el mtodo de aforo por resalto, sabiendo que

Solucin:

De la figura:

Z1 = 0.49 mZ2 = 0.45 mL = 0.8 m (Ancho)P1/p*g = P1/p*g = 0 (cero, por ser un rea libre)

METODO DE AFORO GRAVIMETRICO Este mtodo permite medir pequeos caudales de agua, como son los que escurren en surcos de riego o pequeas acequias.Se sigue un procedimiento similar al del mtodo volumtrico, pero el volumen colectado de agua en el intervalode tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso (W) de agua se transforma a volumen, dividindolo entre el peso especficodel fluido a temperatura de prueba.El recipiente vaco debe ser previamente destarado y, una vez lleno, debe pesarse en la misma balanza. Mediante el mtodo gravimtrico, el caudal aforado se determina con el siguiente razonamiento:

MATERIALES:

Balde Cronometro Balanza Personal que conozca el mtodo

PROCEDIMIENTO:

- Inicialmente, se realiza una inspeccin al sitio a investigar; das antes de la prueba.

- El funcionario, debe mantener el cronometro en cero, luego en la salida del flujo constante de la tubera o canal, se coloca el recipiente, simultneamente se activa el cronometro; este proceso finaliza en el momento en que el flujo llegue a la marca del recipiente y se desactiva el cronometro inmediatamente.

- El resultado de este procedimiento es el peso llenado, en el mismo tiempo de llenado en cada prueba que se hace que se hace.

- Con el peso y el volumen obtenido en cada prueba obtenida, procedemos a hacer el clculo con las formulas ya conocidas.

Ejemplo:

Se quiere medir el caudal de agua que entrega un sifn de riego a un surco. Para ello se practica el aforo gravimtrico con un balde.

Se efectan 3 pruebas tomado el tiempo en que llenamos el balde

CONCLUSIONES Se han presentado las formas prcticas para poder medir el agua que tenemos disponible en cada riego, rio, canal, etc.

Tambin se pudo observar que los mtodos dependen mucho de la topografa y del relieve que presenta dicha rea en estudio.

El mtodo volumtrico, gravitacional y el del flotador son mtodos muy buenos y accesibles para obtener datos con una buena precisin.

El hecho de que el mtodo del flotador y otros mtodos sean sencillos, no quieren decir que no son confiables, ya que se utiliza stos debido a diversos factores como son, la zona de estudio, topografa, cantidad de agua, etc.

Los mtodos a utilizar dependen mucho de los recursos con que uno cuente, ya que si se tiene ms recursos se facilitara el proceso de aforo.

HIDROLOGIA ING. JHON WILLIAMS CHAMOLI FALCON