METODOS DIRECTOS

AFORO VOLUMETRICO:Es aplicable en la medicin de pequeos caudales y se realiza midiendo el tiempo de llenado (t) de un recipiente de volumen conocido (V), donde se conecta la descarga, como se muestra en figura1.1 determinando el caudal con la ecuacin: Q=

AFORO GRAVIMETRICO: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) del agua se transforma a volumen, dividindolo entre el peso especfico (w) del fluido a la 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 se determina con el siguiente razonamiento:

De donde: Y por tanto: O tambin:

AFORO QUMICO O DEL TRAZADOR:Se aade forma continua y constante una concentracin conocida (C1) de una sustancia qumica o radioactiva a la corriente cuyo caudal (Q) desea determinarse. Por la estequiometria de las reacciones qumicas, cuando un caudal constante (q) de una solucin salina es descargada dentro del caudal (Q), conteniendo las mismas constituyentes a la concentracin (C2), la mezcla resultante de caudales (Q + q) alcanzar una concentracin (C) proporcional a las concentraciones iniciales (C1 y C2) de los caudales antes del mezclado, como la indica la siguiente expresin:

O sea:

De lo cual se obtiene:

Dnde:Q= caudal de la corriente aforada en l/s o en m3/seg.q= caudal del trazador o de la solucin salina aplicada, en l/s o en m3/seg.C1= concentracin del trazador o de la sustancia qumica en la solucin.C2= concentracin del trazador o de la sustancia qumica antes de la aplicacin.C= concentracin del trazador o de la sustancia qumica despus de la aplicacin.

Para el aforo qumico se emplea generalmente la sal de cocina, la cual se disuelve a razn de 260 g/l de agua antes de introducirla en la corriente.

METODOSAREA-VOLUMEN

METODO DEL FLOTADORAl igual que los molinetes, tubo Pitot, mtodo de la trayectoria y trazadores, se utiliza para medir la velocidad, no el caudal directamente. Los flotadores proporcionan una medicin aproximada de la velocidad del flujo y se utilizan cuando no se requiere gran exactitud.Los flotadores se utilizan en el aforo de surcos, acequias, canales, ros y diques. Durante la medicin se registran el tiempo que tarda un pequeo flotador en recorrer una distancia conocida (usualmente de 10 metros), marcada previamente sobre un tramo recto y uniforme, tal como se indica en la fig. 2.3.

El flotador es soltado repetidas veces cronometrando el tiempo de recorrido, para obtener un promedio. Luego la velocidad superficial se determina dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo promedio.

Generalmente las acequias y canales agrcolas no estn revestidos. Su seccin transversal construida con tierra no es uniforme, por tanto, la determinacin del rea debe hacerse dividiendo el espejo del agua en varios segmentos iguales, de tal forma que se obtenga una serie de figuras geomtricas consistentes en triangulas y trapecios, cuyos lados estarn dados por las profundidades (di) del agua y las alturas por la longitud del segmento (x/n) tal como se muestra en la figura 2.4.

rea total: A= A1 + A2 + A3 + A4

De donde: y generalmente la expresin para (di) tirantes tenemos:

En la cual:x = anchura del espejo del aguan = nmero de segmentos en que se divide el espejo.di = profundidad del agua o tirante y se debe observar (n-1) tirantes, para (n) segmentos en una seccin.

Entre los objetos que pueden servir como buenos flotadores se encuentran una bola de caucho, un trozo de madera, un limn, una hoja seca o un envase platico tapado.Al multiplicar el rea de la seccin transversal (A) por la velocidad promedio del flujo (v), se obtiene el caudal (Q) para la corriente aforada

METODO DEL MOLITE O CORRENTOMETROEs un pequeo instrumento constituido por una ruedecilla con aspa, la cual, al ser sumergida en una corriente gira proporcionalmente a la velocidad de la misma.Existen dos tipos de molinetes, el de cazoleta y el de hlice (fig. 2.6), los cuales pueden ser montados sobre una varilla para el aforo de corrientes superficiales.

AFORO DE LA DESCARGA LIBRE EN TUBERIAS, POR EL METODO DE LA TRAYECTORIALa descarga libre de una tubera horizontal o inclinada, fluyendo, llena o parcialmente llena, puede ser conocida aplicando el mtodo de la trayectoria, basada en el principio fsico de la cada libre de los cuerpos. Dicho principio establece que la proyeccin horizontal (x) del chorro es proporcional a la velocidad de salida (v) y al tiempo (t) que tarda el agua en alcanzar un punto definido sobre su trayectoria. En cambio la proyeccin vertical (y) es el resultado de la aceleracin que sufre el chorro en cada libre por efecto de la gravedad, como se indica en la fig. 2.9.

Despreciando la resistencia ofrecida por el aire, la velocidad de salida esta dad por:

Donde el tiempo, expresado en funcin de la proyeccin vertical, ser equivalente a:

Y al sustituir esta expresin en la anterior, se llega a la siguiente ecuacin para el calcula de la velocidad de flujo que involucra las proyecciones x y y:

Luego para conocer el caudal descargado (Q), se multiplica la velocidad de salida por el rea transversal de la tubera, perpendicular a la direccin de flujo, siguiendo el procedimiento de clculo indicado a continuacin:

Donde:Q = caudal aforado en l/sK1= constante igual a 1739,4 para obtener el caudal descargado en l/s.= dimetro interno de la tubera, a flujo completo.

En la prctica generalmente se mide las tuberas en pulgadas y las proyecciones x y y en centmetros; se requiere para este caso una modificacin para la ecuacin obteniendo:

Cuando la descarga de la tubera es parcial, la velocidad del chorro se sigue calculando a partir de las proyecciones x y y, de acuerdo con la expresin ; pero el rea parcialmente ocupada por la vena liquida, se determina mediante la siguiente formula:

Donde:Ap = rea parcialmente ocupada por la descarga de la tubera=angulo formado en el centro de la tubera con respecto a los limites del espejo del agua, contacto con las paredes internas del ducto; medido en radianes y grados, respectivamente.

La circunferencia completa de la tubera tiene 360 = + 2= 2 radianes, de donde = 360 - , estando el angulo en funcin del coseno definido por el triangulo rectngulo de hipotenusa r y cateto (r-b), de acuerdo con:

Lo cual implica que = arco coseno, y por tanto: = 360 - 2 arco coseno

METODO DEL TUBO DE PITOTUn tubo Pitot es un pequeo tubo acodado en forma de L, con ambos extremos abierto, usado principalmente para medir la velocidad del agua en tuberas. Cuando el tubo es sumergido en un caudal, con el extremo inferior encarando la corriente y el otro extremo abierto a la atmosfera, una pequea columna se eleva por dentro del tubo, por encima de la superficie agua; la altura de dicha columna es equivalente a la carga por velocidad o sea, .Un solo tubo no permite una apreciacin exacta de la altura de la columna de agua, por lo cual se combinan dos tubos, como se muestra en la fig. 2.11. la diferencia de altura entre ambas columnas (h1 - h2) es igual a dos veces la carga por velocidad o, ; como se demuestra a continuacin:En la figura 2.11 se tiene:h1 =carga por presin + carga por velocidadh2= carga por presin carga por velocidad, cuya diferencia es igual a: h1 - h2 = 0 + 2

Lo cual implica que: h = h1 - h2 = =

de donde la velocidad de flujo:

Ya que la mayora de los tubo Pitot miden la velocidad solamente en un punto de la seccin transversal de la tubera, se debe aplicar algn procedimiento para obtener la velocidad media y d all el caudal.El mtodo ms simple, pero menos seguro es colocar el tubo Pitot en el centro de la tubera, donde la velocidad es mxima y aplicar un coeficiente para obtener la velocidad media. Pero debido a que la relacin entre velocidad mxima y media es afectada por muchos factores, no es posible obtener mediciones precisas.Puede obtenerse mayor exactitud tomando la velocidad en dos puntos, uno a cada lado del centro de la tubera, en posiciones la velocidad sea aproximadamente igual a la velocidad media. Estos dos puntos se localizan a 3/8 del dimetro interno, por encima y por debajo del centro de la tubera, o sea a del radio del ducto.

METODOS QUE UTILIZANCONTRACCIONES

MEDIDORES VENTURIComo se puede apreciar en la fig. 3.1, un medidor Venturi se compone de tres partes: 1. El cono de entrada; donde el dimetro de la tubera se reduce gradualmente.2. La seccin contrada o garganta3. El cono de salida o difusor; donde el dimetro aumenta gradualmente hasta igualar el dimetro de la tubera aforada.En el cono de entrada, el caudal normalmente conducido a baja velocidad y alta presin, es acelerado gradualmente y parte de su energa de presin cambia a energa cintica, llegando a la garganta con una condicin hidrulica de alta velocidad y baja presin. La cada de presin, o pierda de carga piezometrica entre la tubera de entrada y la seccin contrada de la garganta, es medida en un manmetro diferencial.

La funcin del cono de salida es desacelerar suavemente al fluido y llevar la presin tan cerca como sea posible de su valor de entrada. Esta re transformacin de energa nunca se logra completamente, debido a la inevitable perdida de carga por friccin que siempre ocurre cuando el fluido pasa atreves de un Venturi.

DESCARGA EN VERTEDEROS

Sin duda alguna son los ms sencillos y utilizados para medir el caudal de agua en canales abiertos.Segn la forma que se obligue a adoptar a la seccin de la vena liquida que circule por l, se clasifican en rectangulares, trapezoidales y triangulares.

Distintos tipos de vertederosLa 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 seis veces la carga (altura) mxima a la que puede llegar el vertedero.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 de por lo menos seis veces la carga de agua a medir), sobre la cual se fija una reglilla graduada en centmetros, cuidando que su origen, el cero, que de a la altura de la cresta del vertedero.

ESQUEMA DE MEDICION DE LA CARGA DE AGUA QUE PASA POR UN VERTEDERO.A. VERTERO RECTANGULAR:

El vertedero rectangular es uno de los ms sencillos para construir y por este motivo, es justamente uno de los ms usados a nivel predial. La precisin de la lectura que ofrece est determinada por su nivel de error que flucta entre 3 y 5%.

Q= Gasto descargado por la escotadura en m3/segL: Longitud efectiva de la cresta en mH: Carga por velocidad en mC: Coeficiente experimental que engloba a las constantes numricas y al coeficiente de friccin.

B. VERTEDEROS TRIANGULARES:

Dentro de los vertederos triangulares, el utilizado ms comnmente es el que tiene 90 en su vrtice inferior, o sea, la escotadura forma un Angulo recto, tal como se muestra:

Es tipo de vertederos es bastante eficiente, pero sin embargo presenta una gran prdida de carga, motivo por el cual se recomienda especialmente para canales pequeos(menores de 110 l/s), ya que en estos niveles de gastos de agua, su precisin es mayor que la de otros tipos de vertederos.

VERTEDEROS TRAPEZOIDALESEste es un vertedero en forma trapezoidal en su abertura, tal como lo indica su nombre, tambin conocido como vertedero Cipolleti, en honor a su inventor, El ingeniero Cesare Cipolleti.Esta estructura requiere que el talud de sus lados sea 1:4. Este vertedero es de construccin mas dificultosa que los otros dos vistos anteriormente y no ofrece ventajas significativas que lo hagan destacar, razn por la cual es menos utilizado que los anteriores.

L= Longitud real de la cresta en m.

OTRO DISPOSITIVO

SIFONESNo es una estructura de seccin contrada, sin embargo, por ser la ltima en tratar y en objeto de ahorrar espacio, se incluye dentro de esta categora bajo el subttulo de Otros dispositivosLos sifones se utilizan en riego por superficie para pasar el agua desde una acequia o canal hacia un surco o melga. Tambin se han usado con xito para medir el agua aplicada.Un tubo encorvado, de aluminio o plstico, funciona como un sifn cuando es adecuadamente cebado (llenado con agua) y colocado sobre el borgo de un dique o canal, de tal forma que uno e los extremos se mantengan sumergidos en el agua y el otro descargue en el surco o a la entrada de la melga.