Metodología e instrumentos instrumentos para medición del caudal de un rio Método: Molinete o correntómetro
El molinete o correntómetro es un instrumento de precisión que mide la velocidad del agua agu a en diferentes puntos de medición de una sección de control. Existen dos tipos de molinete: Tipo taza cónica Tipo hélice
El procedimiento consiste en medir y en trazar sobre p apel cuadriculado la sección transversal de la corriente e imaginar que se divide en franjas de igual ancho.
La velocidad media correspondiente a cada franja se calcula a partir de la media de la velocidad medida a 0,2 y 0,8 de la profundidad en esa franja. Esta velocidad multiplicada por la superficie de la franja da el caudal de la franja y el caudal total es la suma de las franjas 1 2 3 4 5 6 7 8 profundidad seccion velocidad del caudal (m/s) (m) ancho(m) area (m2) caudal(m3/s) 0.2D 0.8D media 5x6 4x7 1 0,5 1,3 2,0 2,6 1,30 2 0,8 0,6 0,7 1,7 1,0 1,7 1,19 3 0,9 0,6 0,75 2,0 1,0 2,0 1,50 4 1,1 0,7 0,9 2,2 1,0 2,2 1,98 5 1,0 0,6 0,8 1,8 1,0 1,8 1,44 6 0,9 0,6 0,75 1,4 1,0 1,4 1,05 7 0,55 0,7 2,0 1,4 0,77
En el cuadro se muestra cómo se efectuarán los cálculos con respecto a los datos indicados en la figura de las franjas. En la práctica, se utilizarían más franjas que el número indicado para tener mayor precisión. Para aguas poco profundas se efectúa una única lectura a 0,6 de la profundidad en lugar de la media de las lecturas a 0,2 y 0,8.
El caudal se expresa de la siguiente manera: Q=VxA Donde: Q= caudal (m3/s) V= velocidad(m/s) A= Area de la sección transversal
Método: volumétrico
Este método es mas para calcular los caudales pequeños es la medición directa del tiempo que se tarda en llenar un recipiente de volumen conocido. La corriente se desvía hacia un canal o cañería que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su llenado se mide por medio de un cronómetro. Para los caudales de más de 4 l/s, es adecuado un recipiente de 10 litros de capacidad que se llenará en 2½ segundos. Para caudales mayores, un recipiente de 200 litros puede servir para corrientes de hasta 50 1/s. El tiempo que se tarda en llenarlo se medirá con precisión, especialmente cuando sea de sólo unos pocos segundos. La variación entre diversas mediciones efectuadas sucesivamente dará una indicación de la precisión de los resultados. Método: Químico.
Consiste en hallar el caudal introduciendo en proporción conocida una sustancia química en el agua de la corriente y determinando la cantidad de dicha sustancia que contiene esta en una sección situada suficientemente lejos aguas abajo para asegurar su mezcla perfecta con el agua. La sal común es la sustancia empleada comúnmente. Por conveniencia se disuelve la sal en agua antes de introducirla en la corriente. Representamos por Q el caudal en metros cúbicos por segundo. Si se introducen w kilogramos por segundo de sal después de tener una mezcla perfecta se toma una muestra de la corriente y esta indica que 1 kilogramo de agua contiene n kilogramos de sal, además de la sal que contiene el agua natural
ó La formula anterior no es de fácil aplicación, debido a la dificultad de determinar n con exactitud. El aforo por el método químico es mas adecuado para aguas turbulentas y es dudoso que se pueda aplicar satisfactoriamente a corrientes lentas.
Método: del Flotador
Este método se puede aplicar en los siguientes cas os: Cuando no se tiene un molinete Velocidad del agua muy alta Cuando no se puede acceder a medir ya que es peligroso Los flotadores, que pueden ser objetos flotantes cualesquiera, adq uieren prácticamente la misma velocidad que el agua en contacto con ellos, y se emplean, por tanto, para medir la velocidad en la trayectoria que recorren. Se emplean tres clases de flotadores: de superficie, de subsuperficie, y de bastón o varilla. Cualquier objeto que flote con su centro de gravedad cerca de la superficie libre del agua puede usarse como flotador de superficie. Los flotadores de superficie dan la velocidad cerca de la superficie libre de la corriente. La velocidad media en la vertical se obtiene multiplicando la velocidad en la superficie por un coeficiente (0.80 a 0.95, siendo el promedio 0.85). Un flotador de subsuperficie consiste en uno de superficie unido por un cable a otro sumergido mayor, de tal peso que mantenga tirante el cable sin hundir el flotador de superficie. El flotador de subsuperficie tiene poco valor para aforos de corrientes. Se usa a veces para determinar la velocidad y dirección de las corrientes subsuperficiales en lagos, puertos y otras grandes masas de agua. Los flotadores de bastón o varilla se construyen con palos de madera o cilindros metálicos huecos contrapesados en un extremo de manera que floten aproximadamente en posición vertical con el extremo sin contrapeso saliendo ligeramente d e la superficie del agua. Deben acercarse lo más posible al fondo del cauce sin que lo toquen en ningún punto de su trayectoria. Los flotadores de varilla son más satisfactorios en los canales artificiales o en las corrientes naturales de sección regular. Francis 5 dedujo la siguiente fórmula:
V = velocidad media en la vertical Vr= velocidad media del flotador de varilla D=profundidad del agua D' l= distancia de la parte inferior del flotador al lecho del canal La relación anterior da mayor exactitud con valores pequeños de D'/D y no debe emplearse cuando D' sea mayor de 0.25D.
Método: Canal Parshall Los aforadores Parshall son instrumentos calibrados para la medida del caudal en cauces abiertos. Se describe técnicamente como un aforador de profundidad crítica. Sus principales ventajas son que sólo existe una pequeña pérdida de carga a través del aforador, que deja pasar fácilmente sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguación y que tampoco necesita correcciones para una sumergencia de hasta un 60%. En consecuencia, es adecuado para la medición del caudal en canales de riego o en corrientes naturales con una pendiente suave. El medidor consiste en una sección convergente con el fondo a nivel, una sección de garganta con el fondo con pendiente descendente y una sección divergente con el fondo con pendiente ascendente Gracias a ello el agua escurre a velocidad crítica a través de la garganta.
La sección control del medidor está situada cerca del final de la sección convergente. Los aforadores Parshall están calibrados para una altura piezométrica (ha), medida en un lugar definido de la sección convergente. La altura piezométrica de aguas abajo (h b) se mide en la sección de la garganta. Los aforadores Parshall se construyen de muy diversos tamaños y se clasifican según sea la anchura en la sección de garganta. El Parshall más pequeño tiene una anchura de garganta de 1 pulgada (25,4 mm) y el más grande de 50 pies (15.250 mm.). La ecuación de descarga es de la forma: Donde: K = coeficiente que depende del ancho de la garganta u = coeficiente que varía entre 1,522 y 1,60. ha = altura piezométrica en la sección de control A Cuando la relación de sumergencia (h b/ha) excede el valor de 0,60 en medidores de 3, 6 y 9 pulgadas, entonces la descarga del medidor se reduce debido a la sumergencia. Bajo estas condiciones, las ecuaciones de descarga de los aforadores no son válidas y deben ser reducidas en la variación de la descarga debido a la sumergencia (QE). El caudal corregido (QS) será: QS = Q – QE; QE = reducción de descarga debido a sumergencia.
