Vertederos de aforo

La medición del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser exacta debido a que el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relación entre nivel y caudal. Los canales de corrientes naturales están también sometidos a cambios debidos a erosión o depósitos. Se pueden obtener cálculos más confiables cuando el caudal pasa a través de una sección donde esos problemas se han limitado. Para ello se podría simplemente alisar el fondo y los lados del canal, o recubrirlos con mampostería u hormigón o instalar una estructura construida con ese fin. Existe una amplia variedad de esos dispositivos, la mayoría idóneos para una aplicación particular. A continuación se describe una selección de los dispositivos que son fáciles de instalar y de hacer funcionar con referencia a manuales adecuados para estructuras más caras o complicadas.

En general las estructuras a través de la corriente que cambian el nivel de aguas arriba se denominan vertederos y las estructuras de tipo canal se denominan aforadores, aunque esta distinción no siempre se cumple. Una distinción más importante es entre dispositivos estándar y no estándar. Un vertedero o aforador estándar es el que se construye e instala siguiendo especificaciones uniformes y cuando el caudal puede obtenerse directamente de la profundidad de la corriente mediante el empleo de diagramas o tablas de aforo, es decir, cuando el aforador ha sido previamente calibrado. Un vertedero o aforador no estándar es el que necesita ser calibrado individualmente después de la instalación mediante el empleo del método velocidad/superficie como cuando se establece el aforo de una corriente. Existe un conjunto tan amplio de dispositivos estándar que es preferible evitar las estructuras no normalizadas salvo para hacer cálculos aislados de los caudales de la corriente utilizando el método velocidad/superficie en un puente o un vado o una alcantarilla.

La mayor parte de los vertederos están concebidos para una descarga libre sobre la sección crítica con el fin de que el caudal sea proporcional a la profundidad de la corriente en el vertedero, pero algunos vertederos pueden funcionar en una situación denominada sumergida o ahogada, en el que el nivel de aguas abajo interfiere con la corriente sobre el vertedero. Algunos tipos de vertederos se pueden corregir mediante la sumersión parcial, pero esto constituye una complicación poco conveniente que requiere medidas adicionales y más cálculos, por lo que se la debe evitar siempre que sea posible (Figura 26). Otra variación que también es preferible evitar, es la del vertedero sin contracción, que es un vertedero instalado en un canal del mismo ancho que la sección crítica (Figura 27).

Vertederos de pared aguda

Los dos tipos más comunes son el vertedero triangular (con escotadura en V) y el vertedero rectangular como se muestra en la Figura 28. Debe haber una poza de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y

lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente tal como se muestra en la Figura 29. A esto se denomina contracción final, necesaria para aplicar la calibración normalizada.

Para determinar la profundidad de la corriente a través del vertedero, se instala un medidor en la poza de amortiguación en un lugar en el que se pueda leer fácilmente. El cero del medidor fija el nivel en el punto más bajo de la escotadura. El medidor debe instalarse bastante detrás de la escotadura para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma.

FIGURA 26 - Corriente libre y corriente sumergida sobre un vertedero de pared aguda

CORRIENTE LIBRE

CORRIENTE SUMERGIDA

FIGURA 27 - Corriente libre con contracción final y corriente controlada con contracción en el vertedero en un canal

FIGURA 28 - Medición del caudal con vertederos de pared aguda

(a) vertedero con escotadura en V de 90°

(b) vertedero con escotadura rectangular

FIGURA 29 - Los vertederos con pared aguda deben tener el extremo agudo aguas arriba

Los vertederos con escotadura en V son portátiles y sencillos de instalar de manera temporal o permanente. La forma en V significa que son más sensibles a un caudal reducido, pero su ancho aumenta para ajustarse a caudales mayores. El ángulo de la escotadura es casi siempre de 90°, pero se dispone de diagramas de calibración para otros ángulos, 60°, 30° y 15°, cuando es necesario aumentar la sensibilidad. En el Cuadro 4 Figuran los valores del caudal a través de pequeños vertederos con escotadura en V de 90°.

Para caudales mayores el vertedero rectangular es más adecuado porque el ancho se puede elegir para que pase el caudal previsto a una profundidad adecuada. En el Cuadro 5 se indican los caudales por metro de longitud de la cresta, por lo que se puede aplicar a los vertederos rectangulares de cualquier tamaño.

Otros vertederos con pared delgada

En algunos vertederos se combinan las características de la escotadura en V y de la escotadura rectangular. El vertedero Cipolletti tiene una cresta horizontal como una escotadura rectangular y lados en pendiente, sin embargo, para instalaciones sencillas, esto no aporta ninguna ventaja con respecto a la escotadura rectangular (Figura 30).

El vertedero compuesto se utiliza a veces cuando hace falta una medición sensible de caudales reducidos a través de la escotadura en V y se necesitan también mediciones de caudales grandes a través de la escotadura rectangular. El diseño y la calibración más complicadas implican que este tipo de vertedero se limite a estudios hidrológicos complejos (Figura 31).

Vertederos de pared ancha

En las corrientes o ríos con gradientes suaves, puede resultar difícil instalar vertederos con pared aguda que requieren un rebose libre de aguas abajo. La otra posibilidad está constituida por los vertederos que pueden funcionar parcialmente sumergidos. Sirva de ejemplo el vertedero triangular del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos representado en las Fotografías 24 y 25. Se trata de un vertedero casi normalizado en el sentido de que se dispone de tablas de aforo (USDA 1979), pero el aforo está influido por la velocidad de llegada y la calibración debe verificarse por medio de mediciones efectuadas con un molinete. Otro ejemplo, que podría igualmente denominarse aforador o vertedero, se indica en la Fotografía 26 y requiere igualmente la calibración con un molinete.

CUADRO 4 - Caudales por encima de un vertedero de escotadura en V de 90° (de USDI 1975)

Carga(mm)

Caudal(l/s)

40 0,441

50 0,731

60 1,21

70 1,79

80 2,49

90 3,34

100 4,36

110 5,54

120 6,91

130 8,41

140 10,2

150 12,0

160 14,1

170 16,4

180 18,9

190 21,7

200 24,7

210 27,9

220 31,3

230 35,1

240 38,9

250 43,1

260 47,6

270 52,3

280 57,3

290 62,5

300 68,0

350 100,0

CUADRO 5 - Caudales por encima de un vertedero rectangular con contracciones finales (de USDI 1975)

Carga(mm)

Caudal (l/s) por metro de longitud de cresta

30 9,5

40 14,6

50 20,4

60 26,7

70 33,6

80 40,9

90 48,9

100 57,0

110 65,6

120 74,7

130 84,0

140 93,7

150 103,8

160 114,0

170 124,5

180 136,0

190 146,0

200 158,5

210 169,5

220 181,5

230 193,5

240 205,5

250 218,5

260 231,0

270 244,0

280 257,5

290 271,0

300 284,0

310 298,0

20 311,5

330 326,0

340 340,0

350 354,0

360 368,5

370 383,5

380 398,0

FIGURA 30 - Un vertedero Cipolletti

FIGURA 31 - Un vertedero compuesto

CANALETA PARSHALLEl canal Parshall es un sistema que se aplica para la medición de caudales. Por tanto, se instala en canales abiertos, dejando libre tanto la entrada como la salida, para que no haya ningún tipo de problemas en el desarrollo de la actividad. El canal o canaleta Parshall tiene la misión de medir el caudal por el efecto ventura en canales abiertos. Esto se puede medir bien por mediación de regletas graduadas, colocadas en el interior del equipo, obteniendo el resultado mediante fórmula matemática, o bien mediante unos sensores independientes al equipo colocados en la parte superior.La canaleta presenta una forma abierta, compuesta por una sección convergente, una garganta y una sección divergente. Puede ir anclada a la obra mediante orejetas con tirafondos o bien embebido en obra. Normalmente, el material empleado para su fabricación es acero inoxidable AISI-304 o AISI-316.El fluido entra en el equipo por la boca de entrada (sección convergente), en la que se encuentra una de las regletas graduadas, indicando un nivel en la misma y sigue circulando por el canal hasta llegar a la garganta donde, al final de ésta, encontramos otra regleta que aporta otro nivel.

No sólo se instala en EDARS o ETAPS (Estaciones depuradoras o estaciones potabilizadoras), sino que también cuenta con aplicaciones en sectores diversos, como el de alimentación, donde resulta muy útil para calcular el flujo, el paso de los productos o el fluido en cualquier cantidad. Pero su uso más frecuente suele encontrarse en ríos, canales de irrigación y/o de desagüe, vertidos de fábricas, entre otros.La canaleta Parshall ofrece importantes ventajas como la pérdida menor de carga, no influyendo la velocidad del agua o fluido a controlar, ya que se aproxima a la estructura. De esta forma, se puede operar en un rango más amplio de fluidos.Principales ventajas en su uso:

indicador sencillo de nivel. Ligero y resistente. Fácil instalación. Resistente a la corrosión (acero inoxidable). Se moldea en una sola pieza aportando seguridad.

Por todo ello, presentamos este sistema como una de las mejores alternativas.

El principio básico se ilustra en la Figura 32. El aforador está constituido por una sección de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso en pendiente hacia aguas abajo y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba. Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de divergencia.

Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afectar el caudal a través de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional al nivel medido en el punto especificado en la sección de convergencia (Fotografía 27 y Figura 32). La relación del nivel del agua aguas abajo (Hb en la Figura 32) con el nivel aguas arriba Ha se conoce como el grado de sumersión; una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere corrección alguna hasta un 70% de sumersión. Si es probable que se produzca un grado de sumersión mayor, Ha y Hb deben registrarse, como se indica en la Fotografía 28.

La dimensión de los aforadores con un ancho de garganta de uno a ocho pies se indica en el Cuadro 6 y en la Figura 33. Los caudales de un aforador de un pie se muestran en el Cuadro 7. Los manuales citados en la sección Otras obras de consulta dan dimensiones y Cuadros de aforo para aforadores menores o mayores y factores de corrección para una sumersión superior al 70%.

Para fabricar los canales de aforo Parshall se han utilizado muy diversos materiales. Se pueden prefabricar a partir de láminas de metal o madera o se pueden construir sobre el terreno con ladrillo y argamasa utilizando un armazón de metal prefabricado para garantizar mediciones exactas (Fotografía 29). Si hacen falta varios aforadores,

se pueden moldear en hormigón empleando tableros reutilizables. Se pueden tomar medidas eventuales de la profundidad del caudal a partir de un puesto de aforo establecido en el muro del canal o, si se requieren registros constantes, es posible instalar en una poza de amortiguación colocada en una situación específica un registrador de flotante.

FIGURA 32 - Canal de aforo Parshall (dibujado a partir de Scott y Houston 1959)

CUADRO 6 - Dimensiones de algunos canales de aforo Parshall (de USDA-SCS 1965)

Ancho de la Garganta "W"(pies)

A(pies, pulgadas)

B C D

1 3-0 4-4 7/8 2-0 2-9 1/41½ 3-2 4-7 7/8 2-6 3-4 3/82 3-4 4-10 7/8 3-0 3-11 ½3 3-8 5-4 3/4 4-0 5-1 7/84 4-0 5-10 5/8 5-0 6-4 1 /45 4-4 6-4 ½ 6-0 7-6 5/86 4-8 6-10 3/8 7-0 8-97 5-0 7-4 ½ 8-0 9-11 3/8

8 5-4 7-10 1/8 9-0 11-1 3/4Dimensiones tal como se indican en la Figura 33.Dimensión A = 2/3 (W/2 + 4)Para estos límites de ancho de garganta las dimensiones siguientes son constantes:E = 3-0, F = 2-0, g = 3-0, K = 3 pulgadas, N = 9 pulgadas, X = 2 pulgadas, Y  = 3 pulgadas

FIGURA 33 - Dimensiones de un canal de aforo Parshall (de USDA-SCS 1965)

CUADRO 7 - Caudales en un canal de aforo Parshall de un ancho de garganta de 304,8 mm (12 pulgadas)

Carga(mm)(Ha en la Figura 32)

Caudal(l/s)

30 3,340 5.250 7,360 9,670 12,180 14,990 17,8100 20,9110 24,1120 27,5130 31,1140 34,8150 38,6160 42,6170 46,7180 51,0190 55,4200 59,8225 71,6250 84,0275 97,1300 110,8325 125,2350 140,1

CANALETA WSC

Las canaletas WSC (Washington State College) es otro aforador de profundidad crítica de un diseño similar al Parshall, que resulta particularmente útil como aforador portátil para mediciones eventuales de pequeños caudales en corrientes o canales sin revestir (Chamberlain 1952).

Existen muchas versiones de mayor tamaño y variaciones del principio del aforador de Washington. Por lo común se suelen construir in situ en lugar de prefabricarse y son particularmente útiles para corrientes rápidas de montaña (Goodell 1950) o en condiciones semitropicales en

las que pueden ocurrir inundaciones repentinas con mucha carga (Gwinn 1964). Una dimensión intermedia de un aforador de tipo Washington, diseñado para ser utilizado en Nuevo México, puede medir caudales de hasta 6 m³/s con un fuerte arrastre de fondo (Aldon y Brown 1965). No existen aforadores estandarizados y se tienen que calibrar utilizando el método velocidad/superficie examinado en la sección  Método velocidad/superficie.

ibro de streeter a aprtir de la pag 186(pdf no el libro )arturo rocha pag 257(libro)sta pag hay algo de pozos.....pero iwal yo t envio luego mas infohttp://es.scribd.com/doc/71422389/Medicion-de-caudales-en-pozos