Medición de caudales

Medición de caudales

Medición de la escorrentía Fluviometría: medición de la escorrentía superficial. Aforos: medición de caudal. Sección de aforo: lugar donde se mide el caudal.

Medición de un volumen Se coloca un recipiente de capacidad conocida, de modo que recoja todo el caudal de agua que sale de la tubería Este método es aplicable para pequeños caudales en surcos de riego, acequias, vertientes canalizables, emisores de riego presurizado, llaves de paso, etc.

Método del flotador Se lanza un flotador y se mide el tiempo que demora en recorrer una distancia conocida Cuando se mide la velocidad superficial ésta se debe multiplicar por un factor de 0,8 para obtener la velocidad promedio.

MÉTODOS DE RELACIÓN ÁREA-VELOCIDAD El caudal de agua que pasa en un canal o tubería, está dado por el producto del área o sección del conducto por la velocidad de ésta Q = V x A

Se debe tener bastante cuidado en la medición del área, especialmente cuando se trate de canales de sección irregular. Q= A1 V1 + A2. V2 + A3. V3 +...

Por otra parte, el valor de velocidad que se obtenga debe ser representativo, y en cada caso particular deberán efectuarse estas lecturas en tantos puntos en la vertical o profundidades como sea necesario, para encontrar un valor medio lo más aproximado al valor real. Distribución de velocidades de agua en un canal

Método de los puntos: Universidad de Chile. Departamento de Ingeniería Civil. Aforo en un Cauce Natural

MÉTODO DE MÚLTIPLES PUNTOS El método es muy preciso, dependiendo del número de puntos de referencia medidos para el perfil, pero requiere de mucho tiempo.

Método superficial: implica medir la velocidad cerca de la superficie libre y después multiplicarla por un coeficiente que va desde 0,85 a 0,95, dependiendo de la profundidad del agua, de la velocidad, y de la naturaleza del río o canal. La dificultad de determinar el coeficiente exacto limita la utilidad y la exactitud de este método. Método de integración: La velocidad de ascenso o descenso no deberá ser superior al 5% de la velocidad media del flujo en toda la sección transversal y en todo caso deberá estar comprendida entre 0.04 y 0.10 m/s. En cada vertical se realizan dos ciclos completos y, si los resultados difieren de más de 10%, se repite la medición.

Instrumentos

Molinete o correntómetro El molinete es un instrumento que tiene una hélice o rueda de cazoletas, que gira al introducirla en una corriente de agua. El de tipo de taza cónica gira sobre un eje vertical y el de tipo hélice gira sobre un eje horizontal. En ambos casos la velocidad de rotación es proporcional a la velocidad de la corriente; se cuenta el número de revoluciones en un tiempo dado. determinar la relación entre la velocidad de rotación de la hélice y la velocidad del agua.

Instrumentos

Medidores ultrasónicos

Medidores de caudal acústicos que se basan en el efecto Doppler

Permiten obtener mediciones directas de caudal en tuberías desde el exterior. Determina la velocidad con la que se están moviendo las partículas disueltas en el agua Sensor

Corrección de la profundidad por el ángulo. ángulo mayor de 4 con la vertical, se debe realizar una corrección al valor de la profundidad. Análisis de aforo de la Estación Hidrométrica Obrajillo La Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima-Perú

Uso de un ADV

Uso de sensores Doppler para aforo de secciones de control en canales

Secciones de control

VERTEDERO RECTANGULAR Este es el más antiguo y el más usado tipo de canal, principalmente por su simplicidad.

VERTEDERO TRAPEZOIDAL O DE CIPOLLETTI trapecio corrige las contracciones laterales del manto de agua y el caudal es por lo tanto proporcional a la altura de la cresta.

VERTEDERO TRIANGULAR Permite realizar mediciones en rangos más amplios de caudal, hasta 2.500m3/h. Para un vertedero de 90º :

Método de la Canoa Parshall Son adecuado para la medición del caudal en canales de riego o en corrientes naturales con una pendiente suave.

Uso de la Canoa Parshall

Canoa propuesta por Samani & Magallanez

5. Metodología. Diseño de la canoa de aforo Samani- Magallanez B = ancho basal de aforador. d/2 = contracciones del aforador. Bc = ancho de acceso de sección de control. L = largo del aforador. Fig.1 Vista de planta del aforador.

Consideraciones: Ubicación de contracción a 2/3 de inicio aforador. Relación (Bc/B) 0.4 (40%) (Flujo crítico). Largo aforador 1,5 veces la altura de canal de flujo.

Funcionalidad Fig.2 Vista lateral del aforador. Fig.3 Prototipo de aforador.

Dimensiones de aforador tipo: Fig.4 Dimensiones de planta del aforador (cm).

Materiales: Terciado estructural. Baldes plásticos. Tornillos y pegamento. Silicona. Sellador de madera.

Canoas de aforo Se construyen y se usa la ecuación de Manning es un método aproximado e indirecto de conocer el caudal circulante en una sección determinada.

Secciones de aforo en cauces naturales

Tipo de secciones de aforo Artificial. Lugar que ha sido modificado para servir de aforo. Ejemplo: barrera, vertedero, canoas. Natural modificada. Se realiza algún arreglo para mejorar las condición de medición. Natural. Tiene que estar en un tramo de río: libre de obstrucciones distribución uniforme de velocidad no exista efecto de embaucamiento debe existir un control aguas abajo

Elementos Constitutivos de la Estación Hidrométrica

Medición discreta de la altura del agua Regla limnimetrica Se trata de escalas graduadas en centímetros y firmemente sujetas en el suelo. Es necesario que un operario acuda cada día a tomar nota de la altura del agua. Es muy utilizado para el control del flujo en canales

LIMNÍGRAFOS Miden el nivel guardando un registro gráfico o digital del mismo a lo largo del tiempo. El gráfico que proporcionan (altura del agua en función del tiempo) se denomina limnigrama. No solamente evitan la presencia diaria de un operario, sino que permiten apreciar la evolución del caudal dentro del intervalo de 24 horas.

Medición continua de la altura del agua Limnigrafo. Instrumento antiguo que permite obtener un registro continuo de altura que se lleva a registro de caudal con la curva de descarga.

La medición de caudal se hace en forma indirecta: En la sección de control se mide la altura de agua Se utiliza una curva Q = f(h) que se llama curva de descarga. La curva de descarga puede ser la mayor fuente de error para la medición de caudales.

Determinación de la sección transversal y distribución de verticales. La determinación apropiada de la sección transversal es requisito indispensable para una fidedigna medición del caudal circulante,. La sección de aforo debe quedar en lo posible fuera de zonas donde existan ondulaciones visibles del espejo de aguas y de curvas. La sección debe ser despejada a lo menos en dos veces el ancho de la sección de aforo aguas abajo y tres veces aguas arriba. En caso de no poder evitar una curva, se debe disponer la remoción de rocas de fondo, de troncos y de otras alteraciones en el normal escurrimiento del agua. El ancho de las secciones verticales mínimas, no debe ser superior al 10% del ancho de la sección a controlar. Manual de la DGA dice que se deben considerar las siguientes recomendaciones:

Mediante la medición de altura, (continua o discreta) se dispone de un limnigrama, que es un registró de altura de agua Usando la curva de descarga se obtiene el hidrograma, que es el registro de caudal 14 en el tiempo. 12 10 8 6 4 2 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96

Caudal [m3/s] Determinación de la curva de descarga En secciones naturales se realiza una serie de aforos para ajustar una curva del tipo Q = f(h) Curva de Descarga 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Altura [m]

Caudal [m3/s] Determinación de la curva de descarga En secciones artificiales, se pueden utilizar aproximaciones basadas en: Flujo uniforme, (Manning) Curvas de descarga (vertederos, canoas Parshall) Curva de Descarga 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Altura [m]

Problemas con la curva de descarga La curva de descarga es dinámica en el tiempo, hay que realizar aforos periódicos con el propósito de verificar la curva. Período de validez. Intervalo de tiempo dentro del cual la curva de descarga es válida. La estabilidad de la curva depende de la sección de control, algunas causas de cambio son: Grandes crecidas Embaucamiento Crecimiento vegetación La estabilidad de la curva depende de la sección que se elija. Por eso, se han suprimido estaciones fluviométricas como Ñuble en Longitudinal

El Cable carro se usa para realizar aforos en rios

Estaciones Fluviométricas Se debe instalar en una sección estable Debe existir un limnímetro asociado, para mantener un nivel de referencia. Problemas : embancamiento, mugre influencia aguas abajo una crecida muy grande se puede lleva el instrumento.

Caseta del instrumento y limnímetro

En Chile las estaciones las maneja la DGA y están claramente identificadas

Las estaciones se integran con el paisaje

Sección modificada

Estación satelital Transmisor Instrumento Cable carro

Fluviómetro en río Cato, notese la altura del nivel del agua indicada por las franjas azules y blancas pintadas a un metro

Gracias Prof. José Luis Arumí, Ingeniero Civil, Ph.D. Departamento de Recursos Hídricos Facultad de Ingeniería Agrícola Centro CRHIAM Fondap 15130015 Universidad de Concepción, Chile 66