CAPITULO 1ASPECTOS GENERALES                                                                                              ...
1.2.1.1 Ubicación del ár ea de estudioEl paso se ubica en el sector Nor Oeste (N-O) del valle central, enmarcada dentro de...
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1.2.3.2 Canal de conducción pr incipal A – BEste canal nace en la Bocatoma Cebolla Huerta (A), se extiende de Norte a Sud ...
1.4     PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIONEl problema principal es identificado como la falta de conocimiento sob...
a)   La identificación de los puntos más importantes en los cuales los caudales serán medidos. b)   Un inventario comparat...
CAPITULO 2METODOLOGIA                                                                                                 a l ...
2da Etapa                                                                                            Reconocimiento de cam...
Cuadr o N° 2.1 For mular io par a la toma de datos sobr e el posible emplazamiento del medidor   NOMBRE DEL LUGAR:        ...
a)   Revisión de libros relacionados al tema de “estructuras de aforo”:           La revisión bibliográfica se ha realizad...
c)   Calibración Matemática. A través de la modelación matemática se ha verificado con mayor           precisión el compor...
CAPITULO 3MARCO CONCEPTUAL                                                                                                ...
Medición de caudales: La exigencia de los agricultores ha hecho que se confíen más en estructuras fijas(permanentes) de me...
Gama de caudales: El caudal en un canal abierto suele variar con el tiempo. Los límites entre Qmax y Qmin,entre los que pu...
µ y Sf         Y=                                                                            (3.2)              ρr DaDonde...
Los errores de medición de la altura de carga aguas arriba pueden provenir de múltiples causas. Algunas delas más frecuent...
CAPITULO 4COMPARACION DE AFORADORES FIJ OS                                                                                ...
Cd = Coeficiente de descarga       d = Coeficiente que depende del tipo de estructura       H = Nivel de agua en la secció...
linea de energía                                           v                                           h1                 ...
También se debe cumplir la condición de que la pared de aguas abajo del vertedero mantenga una circulaciónde aire adecuada...
3                                  Q = 1.84 Bc h1 2                                                            (4.8)      ...
4.3.2 Ver teder o tr iangularDesarrollado por R. Thompson en 1865 para solucionar el problema de las contracciones lateral...
Para β = 60° → Q = 0.775 h1                                         2.47                                                  ...
g)     Debe haber caída libre del chorro de agua.Ventajas: Las principales ventajas de estos aforadores son:              ...
H = Energía aguas arriba en (m)       B = Ancho de la cresta del vertedero en (m)                                         ...
•   El flujo debe ser modular (libre) para una medida más exacta.               •   La utilización de vertederos de profun...
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  1. 1. CAPITULO 1ASPECTOS GENERALES a l ri1.1 INTRODUCCIONLa cordillera del Tunari es la principal fuente de agua para casi todo el Valle Central de Cochabamba, y enesta se vinieron desarrollando varios sistemas de riego desde la época de la colonia. r TLos sistemas de riego campesino de nuestra región utilizan con frecuencia varias fuentes de agua (ríos,lagunas, pozos) y/o tipos de agua (mit’a, aguas comunes, riadas, etc.) para regar sus tierras. Estas fuentes dan elugar a complejos sistemas de riego, originando la sobreposición de aguas cuya distribución no es fácil decomprender. En la zona de El Paso, existen 9 lagunas que funcionan agrupadas en seis sistemas relativamente ivm.twindependientes utilizando una sola infraestructura de riego con sus propias derechos de agua y normas deoperación. rHoy en día la distribución del agua en los canales de riego del valle central es una tarea dirigida por los Juecesde agua quienes a simple vista (apreciación o tanteo) de la profundidad de agua, realizan la repartición sin Dn.coconocer de forma precisa de medir la cantidad de agua que pasa por los puntos de distribución.La infraestructura de riego de nuestra región, por lo general no posee medidores de caudal, que puedan servir F.zeoa los usuarios en el control y la distribución clara y equitativa del agua. DwwUn aforador o medidor de caudal puede resolver la incertidumbre de saber cuanta agua ingresa a un canaldeterminado. Existe una gran variedad de aforadores capaces de medir caudales con buena precisión, de bajocosto, de uso simple y construcción sencilla. Encontrar el aforador más hábil y versátil que responda a las Pexigencias y necesidades de los usuarios es la tarea más importante trazada en la presente investigación. w1.2 o n ANTECEDENTESComo el tema de la presente investigación lo menciona, la zona de estudio es El Paso y sus sistemas de riegoque actualmente existen. Z eA continuación se describen las características físicas, las fuentes de agua y los sistemas de riegocorrespondientes a la zona mencionada.1.2.1 Descr ipción del ár ea de estudioLa descripción del área de estudio comprende los siguientes puntos: Ubicación, características geográficas ysu sistema de riego actual. -1-
  2. 2. 1.2.1.1 Ubicación del ár ea de estudioEl paso se ubica en el sector Nor Oeste (N-O) del valle central, enmarcada dentro de la provincia Quillacollo(Cantón El Paso), del Departamento de Cochabamba. El área de estudio limita al Norte con la cordillera delTunari (cota 2900 msnm), al Oeste con la zona de Bella Vista, al Sur con la carretera Cochabamba –Quillacollo y Colcapirhua y al Este con la 3ra sección Tiquipaya, así como lo muestra la Figura N°1.1. lLa zona en estudio se encuentra dentro del área de influencia del proyecto Misicuni, y además corresponde alárea de protección de recursos hídricos subterráneos.1.2.1.2 Car acter ísticas geogr áficas ri aLa zona geográficamente se halla situada entre las coordenadas 17° 18’ a 17° 22’ de latitud Sur y 66° 14’ abruta aproximada de 900 ha.1.2.2 Sistema de r iego actual r T66° 18’ de longitud Oeste. Su altitud varía entre 2560 msnm y 2900 msnm. El área cubre una superficie e ivm.twLas comunidades de El Paso, tienen acceso a diferentes fuentes de agua entre las cuales se pueden mencionar:el caudal básico de río, las aguas subterráneas y las aguas de embalse. rEl uso de agua ha originado un complejo sistema de riego tradicional en el cual coexisten diversos sistemassobrepuestos que obtienen agua de diferentes fuentes que riegan a su vez zonas o áreas diferentes. a) Sistema de Aguas del Río Dn.coSe han identificado dos grandes sistemas de acuerdo a las fuentes de agua: b) Sistema de Lagunas F.zeo P Dww1.2.2.1 Sistema de aguas del r íoEste sistema utiliza el agua superficial, producto de las precipitaciones pluviales o de vertientes existentes enla parte alta de las cuencas, las cuales corren por el lecho de los ríos de la zona en estudio. w nPara hacer un análisis de las aguas del río se pueden tomar en cuenta los siguientes factores de diferenciación: o a) los períodos pluviométricos anuales, b) los tipos de agua, Z e c) d) las cuencas o corrientes principales, y los sistemas o zonas de riego. -2-
  3. 3. a l T ri e r r ivm.tw Dn.co F.zeo P Dww w o nZ e -3-
  4. 4. 1.2.2.1.1 Per íodos pluviométr icos anualesEn las aguas del río pueden diferenciarse claramente dos períodos: la época lluviosa y la de estiaje. a) el período lluvioso se caracteriza por la ocurrencia de avenidas y de grandes caudales producto de la intensidad pluvial. Normalmente ocurre entre los meses de Diciembre a Marzo. b) el período de estiaje en el cual ocurre el caudal básico del río producto normalmente de l vertientes y rebalses de lagunas en la cordillera. En esta época se van implementando sistemas a de control de agua basados en los derechos de agua adquiridos a lo largo de la historia y en el ri que se distingue a su vez, dos períodos: • Período de transición, entre los meses de Marzo o Abril a fines de Julio, en el cual los derechos de agua, de los sistemas que usan aguas del río, son relativamente recientes. • r T Período de control estricto en el uso de agua, de principios de Agosto a fines de Noviembre, en el que rigen derechos de agua adquiridos en la época colonial y manejados actualmente por usos y costumbres.1.2.2.1.2 Tipos de Agua e r ivm.twEn lo referente a los tipos de agua, la dinámica histórica de la región y de los derechos de agua han dadoorigen a los siguientes tipos de agua: Aguas comunes (Mit’as comunes), Machu Mit’a, Aguas del Pueblo(Pueblo Yacu) y Machu Yacu. a) Dn.coDurante el período de estiaje existen dos tipos especiales de aguas, denominados chorreras y aguas de robo. Las chorreras son aguas que escurren o filtran de las bocatomas ubicadas aguas arriba. Estas F.zeo chorreras son a su vez captadas río abajo por otras bocatomas. b) Las aguas de robo, son aprovechadas por comunidades ubicadas en la parte inicial de los Dww canales.1.2.2.1.3 Cuencas y Sistemas PPor otra parte, la zona en estudio es influenciada por tres cuencas y sus cauces principales, los cuales son: elrío Chocaya, el río Okhosuro y el río Molle Molle. En estos ríos podemos encontrar diferentes sistemas de w nriego con sus propios tipos de agua. oEl río Chocaya, actualmente se alimenta con las aguas superficiales y vertientes provenientes de la cordilleraque fluyen por su cauce natural. Dentro del área de influencia del río Chocaya se encuentran cuatro sistemas eque permiten el aprovechamiento de las aguas del río, los cuales son: • El sistema El Paso – Bella Vista, Z • El sistema Chocaya, • El sistema Pucara, y • El sistema Puca Puca,Estos sistemas captan la aguas en diferentes puntos (bocatomas) a lo largo del río y forman en su conjunto uncomplejo sistema de distribución de aguas. Los ríos Okhosuro y Molle Molle sirven con sus aguas a dossistemas simples: • El sistema Okhosuro, • El sistema Molle Molle. -4-
  5. 5. Un detalle de los, sistemas de riego, comunidades beneficiadas y tipos de agua clasificadas por zonas sepresentan en el Cuadro 1.1.Cuadr o 1.1 Comunidades beneficiadas con Aguas del Río. Sistemas Comunidades Beneficiadas Tipos de agua Mosoj Rancho Zona El Paso AP, AC. a l ri Aransaya MM, AP, AC. Urinsaya MM, AP, AC. Khorapata MM, AC. Pandoja MM, AC. T Llauquinquiri MM, AC. El Paso - Bella Vista Callajchullpa MM, AC. r Totorcahua MM, AC. Zona Bella Vista e Bella Vista MM, PY, MC, my. Marquina MM, PY, MC. ivm.tw Sanja Pampa MM, PY, MC. Paucarpata MM, MC. r Illitaco MM, MC. Pucara Pucara MM, AC. Dn.co Puca - Puca Puca Puca MM, AC. Chocaya Chocaya MM, AC. Okhosuro Okhosuro MM, AC. F.z Molle Molle Molle Molle MM, AC. eo Fuente: Vargas 1995 Dww Refer encias: MM = Machu Mita AC = Aguas Comunes AP = Aguas del Pueblo MC = Mitas Comunes PY = Pueblo Yacu my = Machu yacu1.2.3 Infr aestr uctur a de r iego P w nLa infraestructura del área de riego presenta una combinación de infraestructura tradicional coninfraestructura moderna recientemente construida por los usuarios en cooperación con INCAS. oLa mayor parte de la red de canales está conformada por canales rústicos de tierra, excepto algunos canales eprincipales. ZUna de las características más llamativas de riego en la zona de El Paso es el carácter de propiedad común delas obras en la zona de riego. Todos los sistemas que existen y operan en la zona utilizan la mismainfraestructura de canales.Según Vargas (1995) las características mas importantes de la infraestructura en el sistema de riegotradicional de El Paso, son: • La infraestructura está diseñada para cumplir funciones múltiples. (conducción, riego a la parcela y drenaje de excedentes.) • La existencia de canales combinados con cursos naturales, (ríos, quebradas, torrenteras, etc.) durante la conducción de las aguas. -5-
  6. 6. • La rusticidad de las tomas de agua, construidas con piedras y que deben ser reconstruidas cada año pasada la temporada de lluvias. • La ausencia de estructuras de aforo, lo que da lugar a la aplicación de técnicas empíricas y tradicionales de medición de caudales que a pesar de sus limitaciones cumple su objetivo desde el punto de vista operativo.Para la mejor comprensión y ubicación de los tramos de canal, la Figura 1.2 muestra las estructuras delsistema de riego de El paso. a l ri A Río Okhosuro Río Malpasomayu T Galería filtrante Galería filtrante I M Río San Miguel J B K L Molle Molle N r 50 Chocaya 41 40 D Canal A 27 e Río Piusi ivm.tw Mosoj Rancho 20 28 r Río Chocaya Canal B Urinsaya 21 29 Dn.co Aransaya REFERENCIAS A Bocatoma Cebolla Huerta 22 B Camara Chillca D Toma Retama I Bocatoma Chocaya Canal C 32 F.z Totorcahua J Camara Chocaya 30 K Bocatoma Okhosuru L Camara Okhosuru eo 23 M Bocatoma Molle Molle Dww N Camara Molle Molle 20 Toma Chirimolle 31 21 Toma Valencia 22 Toma Paso P 23 Toma Pandoja 24 Toma Tupuyan 25 26 25 Toma El Morro 24 26 Toma Baya Pandoja 27 Toma Molle Molle w n 28 Toma Jailla Khorapata Llauquinquiri 29 Toma Calliyan Río Huayculi 30 Toma 221 Yan o 31 Toma Ghonto 32 Toma Cruz Cruz Río Llauquinquiri 40 Toma Calli Esquina 41 Toma NN Río Tacata e 50 Toma Jove Rancho Fuente: Vargas (1995) ZFigur a 1.2 Infr aestr uctur a del ár ea de r iego.1.2.3.1 Bocatoma Cebolla Huer ta (A)Es el punto de adquisición de aguas, tanto de aguas del río como de lagunas para los sistemas de El Paso yBella Vista. Se encuentra en la zona de Liriuni en la ribera Este del río y su uso data desde antes de laReforma Agraria. Al igual que el canal de conducción principal, fue construido por la empresa deelectrificación regional. -6-
  7. 7. 1.2.3.2 Canal de conducción pr incipal A – BEste canal nace en la Bocatoma Cebolla Huerta (A), se extiende de Norte a Sud – Este y tiene una longitudaproximada de 1431 m. La central hidroeléctrica de ENDE, alimenta en períodos no establecidos a lacomunidad de Chocaya y a las zonas de riego de El Paso y Bella Vista.Por otra parte este canal desemboca las aguas a la cámara de distribución Ch’illca (B).1.2.3.3 Bocatoma Chocaya (I) a l riEs la bocatoma más antigua de la zona de captación, construida para dotar de agua a los molinos de la zona deChocaya. Actualmente, y a diferencia de las otras, funciona durante la época lluviosa y capta aguas para elsistema de riego Chocaya.1.2.3.4 Cámar a Ch’illca (B) r TLa cámara Ch’illca se encuentra en la zona de Chocaya en la ribera Este del río. Este es el punto de división ede aguas para las zonas de El Paso y Bella Vista. La estructura actual de los canales de riego es de ivm.twmampostería de piedra con compuertas de metal. r1.2.3.5 Toma Retama (D)La Toma Retama se encuentra en la zona de Mosoj Rancho a corta distancia de la ribera Este del río, es el Dn.copunto de división de aguas para los canales A y B – C. Actualmente su estructura es de mampostería depiedra con compuertas de metal con un buen tiempo de uso.1.2.3.6 Cámar a Chir imolle (20) F.zeo DwwLa cámara Chirimolle también se encuentra en la zona de Mosoj Rancho. Es el punto de división de aguaspara los canales B y C. Su estructura actual es de mampostería de piedra con compuertas de metal.1.3 J USTIFICACION P w o nLos distintos sistemas de riego que usan aguas de los diferentes reservorios de la cordillera, no solo llevan susaguas por el mismo lecho del río, sino también por los mismos canales principales de riego. Este hecho haceque los sistemas de riego coordinen sobre las fechas de las largadas, con el fin de evitar la sobreposición de eaguas. Aún así, existen largadas durante el año en las cuales se sobreponen las aguas provenientes de lacordillera. ZLa sobreposición de las aguas se debe a que la infraestructura de conducción y distribución de los sistemas deriego, es en gran parte la misma para todos los sistemas de riego. Es decir los mismos canales son usadospara transportar las aguas de Machu Mit’a, Aguas Comunes, Aguas del Pueblo, Pueblo Yacu y Machu Yacu.La presente investigación se ha desarrollado con el objetivo de aportar al conocimiento de los caudalescorrespondientes a cada sistema de riego por medio de estructuras adecuadas de aforo, que estén de acuerdocon las exigencias de los usuarios para una distribución clara y justa de las aguas de riego. -7-
  8. 8. 1.4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIONEl problema principal es identificado como la falta de conocimiento sobre aforadores aptos a ser instalados ensistemas similares de riego como El Paso.Debido al problema citado anteriormente el presente trabajo de investigación plantea un estudio de mediciónde agua, mediante aforadores adecuados implantados en los puntos de distribución de agua más importantes lde los sistemas de riego de El Paso.1.5 PREGUNTA CENTRALEl presente trabajo se desarrollará respondiendo a la siguiente pregunta: ri a r reparto de los sistemas de riego de El Paso y cuales serán sus dimensiones? T a) ¿Qué tipo de aforadores serán los más adecuados y aptos para aplicar en los puntos principales de1.5.1 Subpr eguntas e ivm.tw a) ¿En que lugares deberá implementarse aforadores? r b) ¿Qué rango y que proporciones de caudales se tendrán que medir en los puntos de reparto de los sistemas de riego en El Paso durante todo el año.? Dn.co c) ¿Con qué frecuencia será necesario medir el caudal en los puntos preestablecidos de aforo? F.zeo d) ¿Cuál será la precisión deseada en las mediciones?1.6 OBJ ETIVO GENERAL P DwwLa implementación de estructuras de aforo para sistemas de riego por gravedad, típicos de nuestra región,deben ser económicas, de fácil construcción, uso y mantenimiento, por lo tanto el objetivo general planteadopara el presente trabajo de investigación es el siguiente: w o n“La compar ación cualitativa de aptitudes entr e difer entes medidor es del caudal (afor ador es), aplicadoen la zona de r iego de El Paso”, desde los punto de vista: • e técnico, (diseño hidráulico) • económico (bajo costo) Z • • operativo (fácil lectura, operación) constructivo (mas fáciles de reparar y mantener con materiales del lugar)Con estos aforadores se logrará una mejor división del agua según corresponda a cada sistema de riego yademás facilitará el control por parte de los usuarios.1.6.1 Objetivos específicosComo tareas complementarias se han desarrollado los siguientes objetivos específicos: -8-
  9. 9. a) La identificación de los puntos más importantes en los cuales los caudales serán medidos. b) Un inventario comparativo de los diferentes tipos de aforadores. c) La selección de los aforadores aptos en nuestro medio. d) El diseño de los aforadores seleccionados. e) La calibración matemática de los aforadores elegidos. a l T ri e r r ivm.tw Dn.co F.zeo P Dww w o nZ e -9-
  10. 10. CAPITULO 2METODOLOGIA a l ri2.1 INTRODUCCIONCon el presente trabajo se tratará de determinar los aforadores más hábiles que podrán ser implantados en losComparativa entre diferentes aforadores. r Tsistemas de riego de nuestra región. Este trabajo se puede identificar como una Investigación de CalidadLa metodología a seguir involucra cuatro etapas en general. La primera está dirigida a estudiar la zona de eaplicación, donde se incluyen aspectos sociales y económicos. La segunda reúne el inventario de losdiferentes tipos de aforadores. La tercera etapa desarrollará el diseño final del o los aforadores más aptos. ivm.twFinalmente en la cuarta etapa, se elaborará el informe respectivo de esta investigación. El esquema mostradoen la Figura N° 2.1 muestra a grandes rasgos los pasos descritos anteriormente. r2.2 PRIMERA ETAPA: RECONOCIMIENTO DE CAMPO Dn.coSe plantea como principales actividades las siguientes: a) F.zeo Revisar información sobre los sistemas de riego en El Paso. Dww A través de la búsqueda de información sobre los diferentes proyectos realizados por el PEIRAV y los dirigentes de los sistemas de riego. P b) Definir puntos de aforo con la asociación de riego de El Paso. Se realizaran entrevistas con el Presidente y Socios de los Sistemas de Riego para identificar y w n definir puntos de aforo. o Se tomaron en cuenta la ubicación exacta de los aforadores y las condiciones hidráulicas del curso de agua, tanto aguas arriba, como abajo de la misma. Z e Se formularon preguntas relacionadas al actual estado actual del sistema de riego, como las siguientes: • ¿Cuáles y cuántos son los puntos de aforos necesarios para un adecuado control del caudal en los sistemas de riego? • ¿Con qué frecuencia desean medir estos caudales? • ¿Cuales son los caudales máximos y mínimos con los que ellos cuentan actualmente? • ¿Cuáles son los niveles máximos y mínimos de agua, para estos puntos? ¿Cuál será la precisión con la que quieren medir los caudales? • ¿Qué condiciones de medición existen y qué ocurre con el arrastre de sedimentos o cuerpos flotantes? -10-
  11. 11. 2da Etapa Reconocimiento de campo 1ra. Etapa Investigación bibliográfica Inventario de distintos aforadores Revisar información sobre los Clasificación y preselección de los l sistemas de riego en El Paso aforadores existentes a Definir puntos de aforo con la Análisis de aptitud ri asociación de riego de El Paso Selección de los aforadores aptos en el sistema de riego andino. 3ra Etapa Diseño y calibración r T Selección definitiva de los aforadores e ivm.tw para cada punto de reparto y/o medición Diseño preliminar r Dn.co Calibración matemática F.zeo Diseño final P Dww 4ta Etapa Edicion de la investigación Elaboración del documento de tesis w n hasta su presentación finalFigur a N° 2.1 Esquema metodológico. e oEl formulario básico que se ha utilizado para las entrevistas y visitas a los puntos de aforo, se muestra en elCuadro N° 2.1. En este formulario se tomaron nota de las condiciones físicas del medio donde se construiránlos aforadores y sus requerimientos de uso demandados por los usuarios. Z2.3 SEGUNDA ETAPA: INVENTARIO DE AFORADORESEn esta segunda etapa se investigaron teóricamente todos los tipos de estructuras de medición de caudales encanales abiertos. Para esto se ha trazado como principales actividades las siguientes: -11-
  12. 12. Cuadr o N° 2.1 For mular io par a la toma de datos sobr e el posible emplazamiento del medidor NOMBRE DEL LUGAR: FECHA: NECESIDADES HIDRAULICAS l Gama de caudales a medir Altura de agua actual en el canal Qmin= (m3/s) Y2 min = (m) a Qmax= (m3/s) Y2 max = (m) ri DESCRIPCION HIDRAULICA Croquis de la sección transversal del canal Anchura de la solera del canal b= (m) T Profundidad del canal d= (m) Profundida máxima admisible r de agua en el canal Y1 max = (m) e Descenso disponible de la superficie del agua en el emplazamiento H= (m) iv .tw Salto de la solera del canal r en el emplazamiento p= (m) Revestimiento de hormigón Canal de tierra FUNCION DE LA OBRA Perfil longitudinal de la solera. Sólo de medición Regulación y aforo del canal Dn. c om F.zeo PERIODO DE FUNCIONAMIENTO DE LA OBRA Diario Estacional Dww Mensual Permanente DESCRIPCION DEL ENTORNO Canal principal Canal secundario P w n Acequia en finca Acequia en parcela o DESCRIPCION POSTERIOR Plano del emplazamiento Z e Fuente Bos (1986) -12-
  13. 13. a) Revisión de libros relacionados al tema de “estructuras de aforo”: La revisión bibliográfica se ha realizado en los siguientes ambientes • Biblioteca del Laboratorio de Hidráulica l • Biblioteca del la facultad de Agronomía • Biblioteca del PEIRAV b) • • Consulta a las bibliotecas internacionales en la red Internet Consulta a personas entendidas en el tema. Clasificación y preselección de los aforadores existentes. ri a r T En este punto se ha detallado un Inventario de los diversos tipos de aforadores existentes, dando a conocer las ecuaciones que rigen su comportamiento hidráulico, su forma de instalación, sus ventajas y desventajas. c) e Análisis de aptitud de los aforadores para las condiciones identificadas. ivm.tw Se dieron mayor énfasis en los siguientes criterios de selección: r • Técnico, para analizar su comportamiento hidráulico. Se tomó en cuenta la gama de caudales a medir, la geometría y sinuosidad de los canales. Dn.co • Duradero, para que tenga una vida útil de entre 20 a 30 años. • Económico, para determinar cuál es el más barato de construir, previa selección de los más duraderos. F.zeo Dww • Operativo, para que su uso sea sencillo, y no traiga confusiones en su empleo. P En la parte operativa por ejemplo, si se adopta un aforador con regla graduada que dé directamente las lecturas de caudales en litros por segundo, puede traer confusiones a cualquier agricultor, debido a que la regla de mediciones presentará una escala variable (en la parte w n inferior escalas grandes y en la parte superior escalas cada vez más pequeñas). Ese agricultor esperará que la regla sea de escala constante, para cualquier incremento de caudal, cosa que no es cierto. e d) o Selección de los aforadores aptos en el sistema de riego andino, particularmente en la zona de riego de El Paso. Z2.4 TERCERA ETAPA: DISEÑO Y CALIBRACION. a) Selección definitiva de aforadores para cada punto de reparto y/o medición Se ha definido el tipo de aforador dependiendo de la magnitud del caudal, la precisión buscada y de las características hidráulicas que impone el medio donde serán construidos. b) Diseño preliminar de los aforadores seleccionados en los puntos de aforo previamente identificados. Este punto abarca el conocimiento de las dimensiones de los aforadores. -13-
  14. 14. c) Calibración Matemática. A través de la modelación matemática se ha verificado con mayor precisión el comportamiento hidráulico de los aforadores seleccionados.2.5 CUARTA ETAPA: EDICION DE LA INVESTIGACIÓN a) Elaboración del documento de tesis hasta su presentación final. a l T ri e r r ivm.tw Dn.co F.zeo P Dww w o n Z e -14-
  15. 15. CAPITULO 3MARCO CONCEPTUAL a l ri3.1 INTRODUCCIONPara un mejor entendimiento del tema, se exponen a continuación algunos conceptos y términos utilizados ade caudales. r Tlo alargo del documento, como son los conceptos de la gestión de riego y aquellos relacionados a la medición3.2 CONCEPTOS RELATIVOS A LOS SISTEMAS DE RIEGO e ivm.twCuando se habla de sistemas de riego entran en juego términos técnicos muy usados en nuestro medio, los rcuales deben estar muy bien conceptualizados para su correcta utilización, como ser:Puntos de distribución: son los puntos en la red de canales de un sistema de riego, donde se separan los Dn.cocaudales. Por ejemplo si en un canal fluye un caudal (100%) este puede distribuirse en diferentesproporciones (75%, 50%, 25%, etc.). F.zeoUso del agua de riego: Según Olarte (1992) define el uso del agua de riego como la práctica general queadopta un usuario o conjunto de usuarios dentro el contexto físico del recurso. La utilización del agua en lagestión campesina es muy variable, lo cual determina modalidades de uso de diferentes aguas. DwwSistema de riego: Un sistema de riego esta definido como un producto social, históricamente constituido, pero Pnunca totalmente concluido. Aunque el agua de riego sea sometida a las leyes hidráulicas e hidrológicas,cuando la maneja un campesino, obedece más que todo a las leyes y reglas sociales del grupo que laaprovecha. La gestión social del agua descansa particularmente sobre un saber hidráulico y agronómico, w ndesde la evaluación y la captación del recurso, hasta su repartición en las parcelas con dosis y frecuenciasadecuadas a los requerimientos de los cultivos.3.3 e o CONCEPTOS RELATIVOS A LA MEDICION DE CAUDALES ZLa medición de caudales parte de conceptos basados en la hidráulica básica de canales abiertos, como ser:Aptitud: Se define como: la cualidad que hace que un objeto sea apto, adecuado o acomodado para cierto fin.Apto se define como idóneo, hábil para hacer alguna cosa. Sin embargo desde el punto de vista ingenieril ydentro de un marco de los sistemas de riego aptitud es la capacidad de manejar, usar, mantener y ademásservir para propósitos bien definidos.Vertedero: Es una escotadura de forma regular a través de la cual pasa el agua, incluye esta definición a laestructura misma que contiene el dispositivo hidráulico. La altura de agua por encima de la cresta delvertedero se relaciona con el caudal en una curva de calibración. -15-
  16. 16. Medición de caudales: La exigencia de los agricultores ha hecho que se confíen más en estructuras fijas(permanentes) de medición de caudales, y la experiencia ha demostrado que el método más adecuado paracada caso depende de tres factores importantes: • La magnitud del caudal, • La precisión buscada, l • Las condiciones que impone el medio.Las estructuras más importantes de medición de caudales son:a) Estructuras con vertederos de cresta delgada. • Rectangular ria • • • Triangular Trapezoidal (Cipolletti) Circular r Tb) Estructuras con vertederos de cresta ancha e ivm.tw • Aforadores RBCc) Estructuras con conductos medidores a régimen crítico • r Dn.co Aforadores Parshall • Aforadores sin cuello. • Aforadores de garganta larga F.zeoCurva de calibración H-Q: La curva de calibración o relación Altura de agua (H) Vs. caudal (Q), es una Relación Altur a de agua (H) – Caudal (Q)curva característica de una sección de control, la cual se construye realizando mediciones sucesivas de caudal Dwwy altura en una estación y luego se obtiene una gráfica tal como se muestra en la Figura N° 3.1, esta curva se Caudal (m3/s)utiliza para convertir registros de nivel de agua en caudales. P w n Altura de agua (m) e o Z : Se dice flujo modular cuando el flujo es libre, es decir cuando el flujo no está influenciado Flujo modular Figur a N° 3.1por el nivel aguas abajo si la sección de control se encuentra aguas arriba. -16-
  17. 17. Gama de caudales: El caudal en un canal abierto suele variar con el tiempo. Los límites entre Qmax y Qmin,entre los que puede medirse el caudal, dependen de la naturaleza del canal en el que se instala la obra deaforo. Los canales de riego, por ejemplo, necesitan un margen de oscilación considerablemente menor quelos cauces naturales. La amplitud de la gama de variación de los caudales previsibles viene definida por lasiguiente ecuación: Q max γ= Q min (3.1) a l riCapacidad de eliminación de sedimentos: Casi todos los canales abiertos, además de agua, transportansedimentos que, ordinariamente, reciben denominaciones diversas, según la forma o proceso de transporte osegún sea su origen. Estos nombres aparecen ilustrados en la Figura 3.2, y se definen como sigue: Origen de los Carga de finos r T Materiales en e sedimentos suspención transportados Proceso de iv .tw Material de transporte de arrastre de fondo sedimentos r Arrastre de fondos Dn. c om Fuente: Bos (1986) F.zeoFigur a N° 3.2 Ter minología aplicada al tr anspor te de sedimentosArrastre de fondo: Es el transporte de partículas de sedimento que se deslizan, ruedan o rebotan sobre la Dwwsolera del canal, o cerca de ella, generalmente en forma de lecho móvil, semejante a las dunas y crestas dearena. PArrastre de sólidos en suspensión: Por arrastres suspendidos se entiende el transporte de partículas de fondo,cuando la fuerza de la gravedad está contrarrestada por otras fuerzas ascendentes, debidas a la turbulencia de wla corriente de agua. Esto supone que tales partículas pueden dar rebotes más o menos grandes pero, siempre nvuelven a caer a la solera del canal, aunque en ese momento, sin embargo. otras partículas arrastradas puedanencontrarse en suspensión. oCarga sólida total: Dado que no es posible hacer una separación estricta entre el arrastre de fondo y los Z esólidos en suspensión, es frecuente calcular la carga sólida total como la suma de los dos arrastresmencionados.Carga de finos: La carga de finos está compuesta por partículas más pequeñas que el grueso del material delfondo (generalmente menores de 50 µm) y raras veces se encuentran sobre la solera. El volumen de estacarga no se puede calcular y se determina principalmente por las características climáticas y por lascondiciones de erosión de toda la cuenca receptora. Las cargas de finos son las responsables del color delagua.El método más apropiado para impedir la deposición de sedimentos en el tramo del canal de aguas arriba de laobra de aforo, es evitar un descenso del parámetro de corriente Y, el cual se define como: -17-
  18. 18. µ y Sf Y= (3.2) ρr DaDonde: µ = Factor de rugosidad que depende de la forma de la solera del canal, varía entre 0.5 a 1.0. y = Profundidad del agua en (m) a l ri Sf = Gradiente hidráulico ρr = Densidad relativa = (ρs-ρ)/ρ ≅ 1.65 ρs = Densidad de las partículas del sedimento ρ = Densidad del agua r T Da = Diámetro característico de las partículas (m) e ivm.twPara evitar las sedimentaciones entre la sección de medida de la altura de agua y la sección de control, la rcapacidad de evacuación de sedimentos del aforador debe ser mayor que la capacidad de transporte del tramode canal de aguas arriba. Dn.coEl paso de cuerpos flotantes y en suspensión: Los canales abiertos, especialmente los que atraviesan bosqueso zonas urbanizadas, transportan toda clase de cuerpos flotantes o en suspensión. Si estos cuerpos quedanretenidos por la obra de aforo, tanto el canal de aproximación como la sección de control quedan obstruidos, F.zeolo cual reduce la posibilidad de medición de caudales con la instalación y se producen desbordamientos delcanal aguas arriba. DwwEn caso de instalar dos o más vertederos juntos, las pilas intermedias deberán tener al menos, una anchura de0,30 m, con su tajamar redondeado. Los tajamares afilados o las pilas muy estrechas tienden a atrapar loscuerpos transportados por la corriente. PExactitud necesaria en las medidas: La exactitud con la que es posible aforar un caudal mediante una winstalación dada está limitada por la precisión con la que se pueda efectuar una medida. Si se construyen dos nobras de medición idénticas e independientes y se hace pasar por ellas dos corrientes que tengan exactamentela misma altura de carga con respecto al nivel de sus resaltos, lo normal es que los dos caudales medidos seandiferentes. o Z eErrores sistemáticos: Si, por ejemplo, la regla de medición de h1 está colocado demasiado bajo, todos losvalores medidos de h1 serán, sistemáticamente, mayores que los verdaderos, en tanto no se verifique laposición del cero y se corrija la altura de la escala. Cualquier error sistemático puede corregirse, si se llega aconocer.Errores aleatorios: Si dos personas leen el valor de h1 en un limnímetro o en un gráfico del registrador, confrecuencia leerán valores diferentes, e incluso una tercera persona podría leer otro valor distinto. Algunos deestos valores leídos son superiores y otros inferiores al verdadero de h1. Dicho de otro modo, los valoresleídos se distribuyen al azar en torno al verdadero valor de h1.Errores por equivocación: Errores como estos invalidan la medida del caudal y se deben a equivocacioneshumanas, a defectos de funcionamiento de los limnígrafos automáticos o a obstrucciones del curso normal delagua. -18-
  19. 19. Los errores de medición de la altura de carga aguas arriba pueden provenir de múltiples causas. Algunas delas más frecuentes son las siguientes:Colocación del cero: además del error sistemático citado anteriormente, en la colocación del cero de la regla,una cimentación inestable de toda la obra, o simplemente del dispositivo de medida, pueden ser la causa deotro error, por desplazamiento de la posición del cero. Si el terreno donde se construirá la obra de aforo, estásujeto a heladas o se mueve con la humedad del suelo, podría modificar la posición del cero. Para reducir los lefectos de tales alteraciones, se recomienda comprobar su posición, al menos, dos veces al año, por ejemplo,después de una época de grandes heladas, o después de la estación de las lluvias, y antes de la temporada de ariego. También puede alterar la posición del cero la presencia de una capa de hielo sobre el agua. riCrecimiento de algas: Una fuente importante de errores sistemáticos en la determinación de la altura de cargaes la proliferación de algas sobre el fondo y sobre las paredes de la sección de control. La cubierta de algas Tproduce dos efectos: (1) el nivel de referencia del resalto queda elevado por el espesor de la vegetación yorigina un error en la altura de carga, y (2) la capa de algas que recubre las paredes de la sección de controlreduce la superficie mojada. Para eliminar el error debido a las algas adheridas a la superficie de la sección dedesarrollo de las algas pintando la obra con algún producto alguicida marino. e rcontrol, deberá limpiarse periódicamente la sección de control con un cepillo o escobón. Puede reducirse elError en la lectura de la altura de carga: En el error de lectura de la escala de la regla, básicamente influyen ivm.twla distancia entre ésta escala y el observador, el ángulo en el cual se realiza la lectura, la turbulencia del aguay el tamaño de las divisiones de dicha regla. Una escala sucia dificulta la lectura y puede ser causa de errores rimportantes, por lo que las regletas deben instalarse en lugares en los que resulte fácil su limpieza por elobservador. El orden aproximado de magnitud de los errores de lectura en una regleta limnimétrica, con Dn.cograduación en centímetros, es el que aparece en el Cuadro N° 3.1.Cuadr o N° 3.1 Er r or es de lectur a Escala colocada en F.zeo Er r or Sistemático Er r or Aleator io Dww Agua quieta 0 0.003 m Canal con lámina de agua tranquila 0.005 m 0.005 m P Canal con lámina de agua turbulenta w Mayor que una unidad de graduación (> 0.01 m) Mayor que una unidad de graduación (> 0.01 m) o n Fuente Bos (1986)Esto demuestra que las lecturas de la escala, efectuadas con aguas turbulentas, son inexactas. El error esistemático asignado al régimen turbulento se atribuye a la dificultad general de los observadores para darvalores promedios de la fluctuación del agua. Por eso, para obtener lecturas exactas en aguas turbulentas, serecomienda utilizar pocillos de amortiguación. ZErrores relacionados con la construcción: Las dimensiones de la construcción de las obras de aforo debenser lo más ajustadas posibles a las que se dan en los diseños. Cualquier variación de estas dimensionesinfluirá sobre el error entre el verdadero caudal y el que se señalan en el diseño -19-
  20. 20. CAPITULO 4COMPARACION DE AFORADORES FIJ OS a l ri4.1 INTRODUCCIONLa medición de los caudales de agua en los sistemas de riego, son actividades realizadas no solo por los Ttécnicos encargados en su reparto y distribución, sino también por el agricultor común y corriente querequiere conocer acerca de las cantidades de agua que entrega a sus parcelas cultivadas. rSi bien es cierto que el conocer los métodos de medida de caudales de agua es importante para el técnico en emateria de aguas, lo es también para el usuario que desea conocer si los suministros de caudal que precisacoinciden con los requeridos, especialmente en épocas críticas, cuando el agua es escasa. Por ello debe estar ivm.twenterado de los medios más adecuados y versátiles disponibles para esta determinación, de tal manera que lepermita comprobar si esta es correcta. rLas razones por las cuales se debe medir el agua en movimiento, están estrictamente ligadas a las actividadesde riego, al margen de aquellos que se efectúan con fines específicos o en laboratorio y que tienen carácter Dn.coexperimental, así mismo para medir las fuentes de abastecimiento naturales como pozos y manantiales, etc.4.2 OBRAS DE MEDICION. F.zeo P DwwUna obra de medición es una estructura hidráulica fija introducida en el cauce de un canal. La función de laestructura hidráulica es producir un flujo modular, que es caracterizado por una relación conocida entre lamedida de nivel de agua (H) y el caudal (Q). El cambio del nivel es medido por un dispositivo secundarioque puede convertir automáticamente el nivel de agua en caudal. w nEl flujo en estructuras de medición de caudales pueden ser:Por desbordamiento: e a) b) o Vertederos de cresta delgada (Rectangular, triangular, Cipolletti) Vertederos de cresta ancha (Aforadores RBC) Z c) Por compuertas de fondo (orificios)Por contracción: a) Medidores a régimen crítico (Aforador Parshall, aforador sin cuello, aforador de garganta larga)La ecuación de descarga para estas estructuras pueden ser expresadas como: Q = Cd d H u (4.1)Donde: -20-
  21. 21. Cd = Coeficiente de descarga d = Coeficiente que depende del tipo de estructura H = Nivel de agua en la sección aguas arriba. u = exponente que depende del tipo de estructura.Los valores de “u” se muestran en el Cuadro N° 4.1 junto con los caudales máximos en función al tipo deestructura. a lCuadr o N° 4.1 Algunas estr uctur as de medición de caudales Estructura Vertedero de cresta ancha Exponente u 3/2 Min. Perdida de carga > 0.3 * H T ri Rango de caudales q < 5 (m2/s) Romijn Cipolletti Parshall 3/3 3/4 1/6 > 0.3 * H > 1.0 * H > 1.0 * H e r Q = 0.9 (m3/s) q < 0.8 (m2/s) Q < 90 (m3/s) iv .tw Orificio de carga constante 0.5 > 0.3 m Q < 0.3 (m3/s) r Pantalla repartidora 0.5 > 0.4 * H q = 0.2 (m2/s) Fuente Depeweg (1995) Dn. omEl uso de vertederos para efectuar la medida de caudales, consiste en interceptar el curso de agua pararepresarla y obligarla a pasar por la escotadura o vertedero propiamente dicho. En estas condiciones el caudal cdepende de la amplitud de la cresta del vertedero, de la altura de agua sobre la cresta (carga hidráulica) y de la F.zeovelocidad de llegada al vertedor, cuando esta es considerable, por su naturaleza física estos medidores seadaptan a la medida de pequeños caudales (recomendables menores de 500 lt/s).4.3 VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA P DwwUn vertedero de pared delgada es una escotadura en el cual el ancho de la cresta en el sentido longitudinal del w nflujo, es suficientemente pequeño para no influir en el desarrollo del flujo sobre el vertedero. oPara la determinación de la relación altura (H) – caudal (Q), se aplica el teorema de Bernoulli, asumiendo queel vertedero funciona como un orificio con superficie libre. Para ello se deben asumir las siguientes econdiciones : a) La altura de agua sobre la cresta es igual a la altura de energía por la que no existe contracción. Z b) c) Las velocidades y líneas de corriente sobre la cresta son paralelas y casi horizontales La altura de la velocidad de aproximación aguas arriba es despreciable.La velocidad en un punto arbitrario de la sección de control se calcula mediante la ecuación de Torricelli,referida a la Figura 4.1 : 2 v1 v = 2g(h1 + −m ) (4.2) 2g -21-
  22. 22. linea de energía v h1 m l p a ypFigur a 4.1 Per fil longitudinal de un ver teder o de par ed delgada T ri rDonde : e v = velocidad en el punto m de la sección de control ivm.tw g = aceleración de la gravedad r h1= altura de agua sobre la cresta del vertedero v1= velocidad de aproximación m= altura hasta el punto m Dn.co F.zeoEl caudal total se obtiene integrando la ecuación anterior entre los límites m = 0 y m = h1 h ∫0 P Dww Q =(2g ) 0.5 x(h1 −m) 0.5 dm (4.3)Donde x denota el ancho de la garganta del vertedero a la altura del punto m. Finalmente se introduce uncoeficiente de descarga Cd y se obtiene la ecuación general de flujo sobre un vertedero de pared delgada : w o n Q=Cd (2g ) 0.5 h ∫ x(h−m) 0 0.5 dm (4.4) eEl ancho de la cresta del vertedero debe cumplir : Z H1 L >15 (4.5)Donde : H1 = Altura de energía medida desde la base del vertedero L = Espesor de la cresta del vertedero -22-
  23. 23. También se debe cumplir la condición de que la pared de aguas abajo del vertedero mantenga una circulaciónde aire adecuada para lograr un flujo libre de la capa de agua, de lo contrario, además de la distorsión del flujosobre la cresta, es posible ocasionar daños en el material del vertedero si las frecuencias del flujo, del aire y dela pared del vertedero se aproximan.Cabe hacer notar que la Figura 4.1 anterior, muestra el perfil longitudinal de un vertedero de pared delgadacon flujo en condiciones ideales. a lExisten diversas clases de vertederos atendiendo a la forma de la sección de vertido, como ser: rectangular,triangular, trapezoidal (Cipolletti), parabólica, circular o de cualquier otra sección curva, siendo las más riutilizadas las tres primeras debido a la facilidad de su contracción.4.3.1 Ver teder o r ectangularel paso del agua sobre un vertedero rectangular es la siguiente: r TEsta estructura fue ideada y desarrollada por J. B. Francis en 1825. La deducción de las ecuaciones que rigen eSea una sección de control rectangular, x = bc = constante. La ecuación (4.4) se puede escribir de la siguienteforma : iv .tw h ∫ r Q=C d 2g b c h −m dm (4.6) 0Resolviendo : 2 3 Dn. c om F.zeo Q=C d 2g b c h 1 2 (4.7) 3 DwwDonde: Q = caudal medido en (m3/s) P bc= Longitud de la cresta en (m) w n h1 = Altura de agua sobre la cresta del vertedero en (m) o Z e h1 dm m Bc = bcFigur a N° 4.3 Sección tr ansver sal de un ver teder o r ectangularLas formula práctica para un vertedero sin contracciones laterales es: -23-
  24. 24. 3 Q = 1.84 Bc h1 2 (4.8) La contracción en el flujo sobre un vertedero ocurre cuando el ancho de la base del vertedero es menor que el ancho del canal (bc < B). En la Figura 4.4 se muestra el efecto de la contracción en las líneas de flujo. Vertedero a l T ri e r r ivm.tw Dn.co F.zeo P Dww 3 Q = 1.84 (Bc − 0.1* n * h1 ) h 1 2 (4.10) w En los mismos casos anteriores y cuando la velocidad de llegada supera 0.75 m/s, las ecuaciones son:() o n Q = 1.84 Bc h1 + h 0 3 2 (4.11)()() Z e Q = 1.84 Bc − 0.1* n * h1 h 1 + h 0 3 2 (4.12) Donde h0 = Carga de presión asignada por la velocidad de llegada V0 calculada iterativamente, su valor es: V02 h0 = (4.13) 2g -24-Sin contracciónUna contracciónDos contracciones
  25. 25. 4.3.2 Ver teder o tr iangularDesarrollado por R. Thompson en 1865 para solucionar el problema de las contracciones laterales, tiene laventaja fundamental de adecuarse a la medida de caudales muy pequeños por la amplitud de la carga h1 paracaudales pequeños.Para la deducción de la fórmula del vertedero triangular de pared delgada, se tomará en cuenta las variables lmostradas en la Figura 4.5: x= 2m tan β 2Reemplazando en la ecuación (4.4), se obtiene: ri (4.14) a h1 ∫ β Q=C d (2g ) 0.5 (2 tan )m (h −m) 0.5 dm 0 2 r T (4.15)Donde: e Cd = Coeficiente de descarga. β = ángulo de la escotadura r ivm.tw h1 = carga hidráulica del vertedero en m.Resolviendo : Dn.co Q =C d 8 β 2.5 (2g) 0.5 tan h1 F.zeo (4.16) 15 P 2 Dww ß/2 dm h1 w m o n Bc eFigur a 4.5 Dimensiones de una sección de contr ol tr iangular ZLa formula más practica para este vertedor es: β 52 Q = C tan h1 (4.17) 2Si no se considera la velocidad de llegada y de acuerdo al ángulo de la escotadura tenemos las siguientesecuaciones: Para β = 90° → Q =1.34 h1 2.47 (4.18) -25-
  26. 26. Para β = 60° → Q = 0.775 h1 2.47 (4.19) Para β =120° → Q = 2.35 h1 2.48 (4.20) Para β = 22.5° → Q = 0.254 h1 2.43 (4.21)4.3.3 Ver teder o tr apezoidal (Cipolletti) a l riPlanteado por R. Cipolletti en 1874, resulta de la combinación de los vertederos anteriores y la idea esaprovechar la ventaja del vertedero triangular sin necesidad de efectuar correcciones por contracción lateral yla capacidad volumétrica del vertedero rectangular. El vertido de este medidor es igual a la suma de un Tvertedero rectangular y otro triangular con la condición de que sus paredes verticales estén en la proporción4V:1H.La fórmula para un vertedero trapezoidal con relación 4V:1H, es: Q = Cd C v B 2 3 2g h 1 2 e r (4.22) ivm.tw 3Donde: r Dn.co Cd = Coeficiente de descarga. Cv = coeficiente de velocidad. F.zeo 3 Q = caudal en m /s. Dww B = Longitud de la cresta en m. h1 = altura de agua sobre la cresta del vertedero en m. PLa fórmula práctica para este vertedero (con Cv=1 y Cd = 0.63) es: w n Q = 1.86 B h 1 3 2 (4.23) e a) o4.3.4 Algunas consider aciones mínimas sobr e la instalación de ver teder os El vertedero debe colocarse en ángulo recto con respecto a la dirección del flujo. Z b) c) d) El canal debe ser recto por lo menos una distancia igual a 10 veces la longitud de la cresta, aguas arriba del vertedero. La cresta o umbral de los vertederos debe ser horizontal y del mismo espesor en toda su anchura. La distancia mínima del fondo del canal a la cresta debe tener un valor mínimo de 3h1. e) La carga sobre el vertedor debe ser medida por lo menos a una distancia de 4h1 aguas arriba, para evitar el error por remanso. f) El valor de h1 no debe ser menor de 0.06 m. -26-
  27. 27. g) Debe haber caída libre del chorro de agua.Ventajas: Las principales ventajas de estos aforadores son: • La construcción de vertederos es por lo general de bajo costo • Su construcción es sencilla, si se lo hace con material delgado o planchas de metal. • l Los usuarios del agua pueden verificar el suministro de caudalDesventajas: De las características y experiencias de campo, se admite que este medidor no debe usarse pararecomienda su uso en condiciones de velocidad de acceso muy grande. • Para su buen funcionamiento se requiere de una calibración en laboratorio. amediciones de alta precisión toda vez que se han sugerido correcciones por velocidad de acceso, aunque si se ri • • r T Los cuerpo flotantes no pueden pasar con facilidad y pueden causar daños que afectan a la exactitud de la medición del caudal, obstruyendo el flujo y elevando la carga de agua. La medición es imposible cuando el nivel aguas abajo se eleva por encima de la cresta del vertedero. • La perdida de carga es considerable. e ivm.tw • El uso de vertederos como instrumento de medición de caudales, es hoy en día de uso algo restringido, no solo por los problemas de azolve que producen, el represamiento que r ocasionan, pérdidas de carga, efecto de materiales flotantes, la velocidad de llegada, etc., sino más que todo por la dificultad de su calibración.4.4 VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA (RBC) Dn.co F.zeoLlamado también vertedero RBC por las iniciales de los autores de este aforador (Replogle, Bos yClemmens), es una estructura de medición de caudales para puntos donde la perdida de energía es limitada. DwwEstos vertederos se encuentran por lo general en los canales principales, en bifurcación de canales y en aguasdebajo de una compuerta. PUn vertedero de cresta ancha posee una estrecha relación entre el nivel aguas arriba y el caudal. La longitudde la cresta del vertedero en la dirección del flujo es tan larga que permite que las líneas de corriente sobre lacresta sean rectas y paralelas. w o nLa cara aguas arriba influye a la relación altura (H) – caudal (Q). La cara posterior puede ser vertical o puedetener una cierta pendiente. A causa de la inclinación de la rampa en el tramo de convergencia, parte de laenergía cinética, es transformada en energía potencial en la sección aguas abajo. La transición aguas arriba econduce el flujo a la sección de control sin separación ni contracción del flujo. ZLa ecuación de descarga para un vertedero de cresta ancha de sección rectangular es: 2 2 3 Q = Cd * B * g *H 2 (4.24) 3 3Donde: Cd = Coeficiente de descarga Q = caudal en (m3/s) -27-
  28. 28. H = Energía aguas arriba en (m) B = Ancho de la cresta del vertedero en (m) Perfil longitudinal w V1^2/(2*g) h1 a l ri H1 Q h2 Y1 Yc Y2 3 1 p1 LbFigur a N° 4.6 Esquema de un ver teder o de cr esta ancha L r TAlgunas características de estos vertederos son: e ivm.tw • Para un flujo crítico una tabla de calibración puede ser calculada con un error menor del 2 % de caudal. • r La perdida de carga para obtener un flujo modular es más baja que para cualquier otro tipo de estructura. • • Dn.co La gradual transición convergente no tiene problemas con los cuerpos flotantes. Las observaciones de campo muestran que la forma de los vertederos no son obstáculo para F.zeo el transporte de sedimentos. • Para el flujo de la cresta horizontal una tabla de calibración en función a las dimensiones pueden ser producidas. Eso significa que el vertedero puede ser cambiado de forma si esVentajas: • necesario. Dww Los vertederos son macizos. P w n • La lectura de la regla o limnímetro es fácil. • La forma hidráulica es flexible y simple. e o • • • La construcción es simple. Los cuerpos sólidos pasan sin problema. Z La operación es fácil. • Son las más económicas para las mediciones de flujo exactas. • Para funcionar adecuadamente, necesita una pequeña caída de la superficie libre del agua a través de la instalación. • Pueden adaptarse a cualquier forma de canales, sin necesidad de reconstruir los canales. • Mínima profundidad de corriente, comparada con los aforadores de garganta.Desventajas y limitaciones: • La estructura es una obra de medición simplemente. -28-
  29. 29. • El flujo debe ser modular (libre) para una medida más exacta. • La utilización de vertederos de profundidad crítica no es recomendable bajo condiciones de flujo no modular. • Si el aforador no es construido con las dimensiones exactas, entonces será necesario una calibración.4.4.1 Cr iter ios de constr ucción a lLa construcción de un vertedero de resalto como el de la Figura N° 4.6 es sencilla. Este tipo de vertedero de ripared gruesa necesita únicamente que la superficie de su umbral se construya con cuidado. Las demássuperficies pueden dimensionarse y determinarse con una aproximación de alrededor del + 10% sin que afectela calibración más allá del 1%. r TEn construcciones nuevas puede seleccionarse el dispositivo de medida para satisfacer la profundidad normaldel canal de aproximación y puede diseñarse un escalón en el canal que iguale o supere la pérdida de carganecesaria. Esto impedirá que los problemas de sedimentación se agraven. eA pesar de la existencia de los sedimentos que fluyen por la solera del canal, estos se esparcen por la rampa y ivm.twpasan la coronación sin causar problemas importantes.4.4.1.1 Bor do libr e del canal r Dn.coSe recomienda que el Bordo libre del canal sea, al menos, el 20% de y1max, ya que las velocidades de lacorriente en los canales de riego en los que pueden instalarse estos vertederos de resalto varían en un intervalorelativamente estrecho. F.zeoEsto permite un exceso de caudal del 40% antes de llegar al borde superior del canal, sin tener en cuenta elefecto de las olas. Naturalmente, si se espera la existencia de oleaje o grandes elevaciones del nivel del agua, Dwwdebidas al manejo, deben considerarse estas circunstancias en el diseño del Bordo libre. Sin embargo, se debeprocurar evitar estas condiciones, ya que son causa de inexactitud de las medidas del caudal.4.4.1.2 Contr ol de er r or es P wEl control de errores se puede llevar a cabo de las siguientes formas: a) o n La coronación del vertedero es lo suficientemente ancha para que puedan absorberse fácilmente los errores inherentes a las construcciones de hormigón en la anchura de la sección de control, por lo que los canales de hormigón existentes pueden utilizarse para la mayor parte de los Z e b) dispositivos de medida. La longitud de la coronación del vertedero, en la dirección de la corriente, y la pendiente de la rampa de aproximación. dan lugar a un tipo de flujo que puede ser ajustado a modelos matemáticamente exactos (±2%) y resuelto mediante las técnicas informáticas, para casi cualquier forma de sección transversal del canal. c) La colocación exacta de la escala limnimétrica vertical situada aguas arriba del vertedero, son las operaciones de campo más críticas y cuidadosas. -29-

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