METODOS, HIDROMETRIA, Diapositivas de Obras de abastecimiento y saneamiento

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CASA DE ESQUÍ ALPINE

HIDROMETRIA

ING. MANUEL QUELCA TOLINO

CAPITULO I

CASA DE ESQUÍ ALPINE

MEDICIÓN DE

CAUDALES

AFOROS

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AFOROS DIRECTOS

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1. MÉTODO VOLUMÉTRICO

Es aplicable en la medición de

pequeños caudales y se realiza

midiendo el tiempo de llenado ( t )

de un recipiente de volumen

conocido ( V ), donde se colecta la

descarga, como se muestra en la

Figura, determinando el caudal en

al ecuación:

Se deben realizar por lo menos 5 pruebas para obtener un caudal promedio. Nunca se debe

llenar todo el recipiente, sólo hasta cierta altura, por lo que se deberá tener dentro del

recipiente una escala que indique cual es el volumen.

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2. AFORO GRAVIMÉTRICO

Se sigue un procedimiento similar al anterior, pero el volumen colectado de agua en el

intervalo de tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso ( W ) de agua se

transforma a volumen, dividiéndolo entre el peso especifico y del fluido a temperatura de

prueba.

El recipiente vacío debe ser previamente destarado y, una vez lleno, debe pesarse en la misma

balanza. Mediante el método gravimétrico, el caudal aforado se determina con el siguiente

razonamiento:

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En el sitio que se decidió hacer el aforo, se hace un levantamiento topográfico completo de la

sección transversal el cual, dependiendo de su ancho y profundidad, puede hacerse con una

cinta métrica o con un equipo de topografía.

Generalmente las acequias y canales de uso

agrícola no están revestidos. Su sección

transversal, construida en tierra, no es uniforme,

por tanto, la determinación del área debe hacerse

dividiendo el espejo del agua en varios segmentos

iguales, de tal forma que se tenga una serie de

figuras geométricas consistente en triángulos y

trapecios, cuyos lados estarán dados por las

profundidades ( di ) del agua y, las alturas, por la

longitud del segmento ( x/n ), tal cómo se muestra

en la Figura

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El ancho entre ellas no debe ser mayor que 1/

a 1/20 del ancho total de la sección. El caudal

que pasa por cada área de influencia “ Ai” no

debe ser mayor que el 10% del caudal total.

Área total:

De donde:

y generalizando la expresión para ( di ) tirantes, tenemos que:

En la

cual:

x = Anchura del espejo de agua

n = Número de segmentos en que se divide el espejo

di = Tirante de agua, se debe observar ( n -1) tirantes, para( n )

segmentos en una sección.

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Luego se determina la velocidad superficial promedio:

Como la velocidad superficial es mayor que la velocidad promedio del caudal, es necesario

corregir la medición del flotador multiplicándola por un coeficiente que varía de 0.65 a 0.80;

misma que debe ser de 0.65 para pequeños caudales (acequias) y de 0.80 para grandes

caudales (ríos, diques y canales). Donde:

Finalmente, al multiplicar el área de la sección transversal ( A ) por la velocidad promedio del

flujo ( V promedio ), se obtiene el caudal ( Q ) para la corriente aforada.

El caudal total se podrá determinar como la sumatoria de los caudales parciales ( Qi ), de la

siguiente manera:

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c) Cálculo de velocidad con molinete

La medida exacta de la velocidad se realiza con un

molinete (Los modelos modernos indican directamente la

velocidad, convierten automáticamente el número de

vueltas en velocidad del agua, los modelos mas antiguos

muestran solo el numero de vueltas, necesitamos un reloj

para leer nro. de vueltas/minuto y con una sencilla

ecuación propia de cada aparato, se convierte nro.

vueltas/minuto en velocidad, m/segundo), se mide la

velocidad de la corriente en varios puntos de la misma

vertical y en varias verticales de la sección del cauce. A la

vez que se miden las velocidades se mide la profundidad

en cada vertical y la anchura exacta del cauce y, lo que

nos permite establecer la sección con bastante precisión.

4. AFORO POR

TRAZADORES

Esta técnica se usa en aquellas

corrientes que presenten dificultades

para la aplicación del método área

velocidad o medidas con estructuras

hidráulicas, como en corrientes muy

anchas o en ríos torrenciales.

Se basan en la inyección de una

sustancia detectable , colorante o

sustancia radiactiva que es medida

aguas abajo del punto de inyección.

Existen 2 métodos:

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a) Método de Inyección continua

A un cauce de caudal (Q) se añade un

pequeño caudal continuo (q) de una disolución

de concentración (C 1 ). Supongamos que el río

ya tenía una concentración (C 0 ) de esa misma

sustancia. Se cumplirá que:

Como:

Despejando el caudal (Q) tenemos:

Donde: Q = Caudal de la corriente aforada ( l/s o en m

3 /s ).

q = Caudal del trazador o de la solución salina aplicada ( l/s o en m

3 /s).

C

1

= Concentración del trazador o de la sustancia química en la solución.

C

2

= Concentración del trazador o sustancia química después de la aplicación.

C

0

= Concentración del trazador o de la sustancia química antes de la aplicación.

Las precauciones que es preciso adoptar son:

1. El trazador no debe de ser destruido ni retenido entre los dos Tramos
2. La concentración C 2

debe ser uniforme y estable.

3. La distancia entre los dos tramos debe ser suficiente para que se uniformice el trazador.

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Resolviendo la ecuación para (Q) se tiene:

Las características que los trazadores deben cumplir

son:

I. Ser inalterables durante el período de medidas.

II. No ser ni tóxicos ni contaminantes para las personas y el medio ambiente.

III. Ser solubles o miscibles en agua.

IV. Fáciles de medir en cuanto a su concentración.

V. Ser baratos.

Dentro de los trazadores químicos más utilizados de encuentran el Cloruro Sódico, el

Dicromato Sódico y la Rodamina B.

Dentro de los trazadores radiactivos destacan el Sodio 24, el Fósforo 32, el Cromo 51 y

el Bromo 82.

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AFOROS INDIRECTOS

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1. ESCALAS LIMNIMÉTRICAS

Se trata de escalas graduadas en centímetros y firmemente sujetas en el suelo. En cauces muy

abiertos suele ser necesario instalar varias de manera que sus escalas se sucedan

correlativamente. Es necesario que un operario acuda cada día a tomar nota de la altura del

agua.

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2. VERTEDEROS DE AFOROS

Sin duda alguna son los más sencillos y utilizados para medir el

caudal de agua en canales abiertos. Según la forma que se obligue

a adoptar a la sección de la vena líquida que circule por él, se

clasifican en rectangulares, trapezoidales y triangulares.

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 depresión 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 seis veces la carga

(altura) máxima a la que puede llegar el vertedero.

La forma más conveniente de realizar las mediciones es clavando una estaca en el fondo del

canal o acequia aguas arriba del vertedero, (a la distancia señalada de por lo menos 6

veces la carga de agua a medir) , sobre la cual se fija una reglilla graduada en

centímetros, cuidando que su origen, el cero, quede a la altura de la cresta del vertedero

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2.1. VERTEDEROS TIPO V (TRIANGULARES)

Dentro de los vertederos triangulares, el utilizado más

comúnmente es el que tiene 90° en su vértice inferior, o

sea, la escotadura forma un ángulo recto, tal como se

muestra en la Figura. Es posible determinar las

descargas en vertederos triangulares con ángulos

diferentes. Este tipo de vertederos es bastante eficiente, pero sin

embargo presenta una gran pérdida de carga; motivo

por el cual se recomienda especialmente para

caudales pequeños (menores de 110 l/s), ya que en

estos niveles de gastos de agua, su precisión es mayor

que la de otros tipos de vertederos.

La forma básica para determinar el valor de una descarga a través de un vertedero triangular

con cualquier ángulo es el siguiente:

Do

nde:

Q: Caudal (m

3 /seg)

H: Altura sobre el vertedero (m)

θ: Angulo del vertedero triangular