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Hidrometría Medición de caudales en cauces naturales, acequias, canales, drenes, cañerías. Utilización de instrumental y estructuras
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Temario • Recorrido del agua
• Aforo
– Volumétrico
– Estructuras
• Perímetro cerrado – Orificios
– Compuertas
– Sifón
• Perímetro abierto – Vertederos
– Conducto aforador Parshall
– Determinación en caños
– Determinación en cursos libres
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Recorrido del agua
• CAPTACION DE LA FUENTE: río, canal, reservorio, etc.
• CONDUCCION: canales, tuberías, acequias.
• DISTRIBUCION: entrega volumétrica a nivel distrito, sección, toma.
• APLICACIÓN: según sistemas de riego.
• ELIMINACION: desagüe y drenaje.
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Obras de aforo y partición
Vertedero triangular, Cuenca Exp. Las Delicias, Santa Fé, Argentina
Aforador de resalto en Canal Playas, Valle de Ullum, San Juan, Argentina
Compuertas, Valle de Ullum, San Juan, Argentina
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Aforo, descarga o gasto: medición del agua que escurre en conductos
Parámetro de
medición
Relación utilizada
Volumen y tiempo Q = Volumen / tiempo Recipientes de área y/o volumen conocidos
Flotadores
Velocímetros eléctricos
mecánicos
Orificios circulares
rectangulares
Vertederos Francis
Cipolletti
Thompson
Conductos Parshall
Resalto
Sifones
Regla "L" para uso en cañerías
Elementos, estructuras y dispositivos.
Velocidad y
sección
Velocidad y
sección
Determinación
directa de la
velocidad
Determinación
indirecta de la
velocidad
Q = velocidad * sección
ghsQ 2
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Aforo, descarga o gasto: medición del agua que escurre en conductos
Parámetro de
medición
Relación utilizada
Volumen y tiempo Q = Volumen / tiempo Recipientes de área y/o volumen conocidos
Flotadores
Velocímetros eléctricos
mecánicos
Orificios circulares
rectangulares
Vertederos Francis
Cipolletti
Thompson
Conductos Parshall
Resalto
Sifones
Regla "L" para uso en cañerías
Elementos, estructuras y dispositivos.
Velocidad y
sección
Velocidad y
sección
Determinación
directa de la
velocidad
Determinación
indirecta de la
velocidad
Q = velocidad * sección
ghsQ 2
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Aforo en cursos libres
• Determinando velocidad y sección
• Determinando velocidad de escurrimiento
• Medición del área de una sección transversal
• Medición del nivel de agua
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Perfiles de velocidad
Superficie del
agua
Maxima Velocidad
Maxima velocidad
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h (m)
Velocidad en función de la profundidad
Velocidad m/s
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Caudal en función del nivel en un río
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Aforo en cursos libres
• Determinando velocidad y sección
– Q (m³/s) = a (m²) . v (m/s)
• Determinando velocidad de escurrimiento
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(feet)
(seconds)
Estimación de la velocidad superficial con flotador
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Batimetría
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Velocidad en cursos
• Máxima: entre 5% y 25% de la profundidad.
• Media:
– 0,6 de profundidad
– El promedio de las velocidades a 0,2 y a 0,8 de la profundidad.
– 0,85 de la velocidad superficial
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Instrumentos hidrométricos
• Móviles (flotadores)
– vm = 0,85 vel. Superficial
• Boya lastrada a 0,2 de h
• Fijos (velocímetros o molinetes hidráulicos)
– Entre 0,1 y 2,5 m/seg
h
h`
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Limnímetro
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![Page 29: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/29.jpg)
Limnígrafo
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Hidrometría
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Estructuras de aforo
• Orificios: perforaciones o aberturas de forma geométrica conocida y perímetro cerrado
– Sección: Fija o variable
– Pared • delgada (abertura > 2 espesor) ideal aforo
• gruesa (abertura < espesor/3)
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Pared Delgada: La napa toca una arista
Pared Gruesa: La napa toca un plano
Umbral del vertedero
Líneas de flujo o napa de agua
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Estructuras de aforo
• Orificios: perforaciones o aberturas de forma geométrica conocida y perímetro cerrado
– Sección: Fija o variable
– Pared • delgada (abertura > 2 espesor) ideal aforo
• gruesa (abertura < espesor/3)
– Tirante de la descarga: libre o sumergida
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Carga en orificio descarga libre
Orificio circular (frente) Orificio circular (corte longitudinal)
Orificio rectangular (frente) Orificio rectangular (corte longitudinal)
h
h
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Descarga libre
Descarga sumergida
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Carga en orificio descarga sumergida
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Estructuras de aforo
• Orificios: perforaciones o aberturas de forma geométrica conocida y perímetro cerrado – Sección: Fija o variable – Pared
• delgada (abertura > 2 espesor) ideal aforo • gruesa (abertura < espesor/3)
– Tirante de la descarga: libre o sumergida – Ecuación básica (Torricelli) – Ventajas:
• construcción sencilla, • precisión (del 3 al 5 % de error funcionando libremente) • perdidas de carga no muy grandes
– Desventaja: obturación
ghscQ 2
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Compuertas
• Es un tipo de orificio donde se suprime una parte del perímetro por el fondo del canal
• Sección variable
• Descarga libre o sumergida
ghbacQ 2
a h
H1 H2
h
H
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![Page 43: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/44.jpg)
Sifón
• Hidráulicamente es un orificio
• Puede trabajar libre o sumergida
• De ½” a 2”
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![Page 46: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/46.jpg)
![Page 47: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/48.jpg)
![Page 49: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/49.jpg)
![Page 50: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/50.jpg)
Ensayo de caudales
• Para reducir las perdidas de agua por percolación profunda se puede:
– aumentar el caudal aplicado
– reducir la longitud de los surcos.
• Como el caudal esta limitado al QMNE, será la longitud la variable final de ajuste.
![Page 51: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/51.jpg)
Sifon Descarga vs carga
![Page 52: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/52.jpg)
Vertedero
• Dispositivos hidráulicos de perímetro abierto, que presentan una escotadura o abertura, a través de la cual escurre agua
b
h
B
3h
hhh
h 4h
hhh
h
![Page 53: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/53.jpg)
Vertedero descarga libre
![Page 54: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/54.jpg)
Vertedero descarga sumergida
![Page 55: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/55.jpg)
Vertederos Clasificación
• Por espesor pared – Gruesa h < e/3
– Delgada h >2e
• Por nivel de descarga – Libre o Sumergida
• Por tipo de arista – Gruesa, Delgada o Redondeada
• Por figura geométrica de la escotadura – Rectangular, trapecial, circular o triangular
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Vertedero Perfecto
• Sección rectangular • Pared vertical • Caída libre • Pared normal a la corriente • Velocidad de llegada nula • Lamina aireada • Contracción lateral nula (B = b) • Pared delgada • Arista de la cresta viva
![Page 57: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/57.jpg)
Vertederos Aplicación
• Para aforar cursos de pequeña sección y canales
• Aliviaderos de superficie
• Reguladores de caudales
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Vertedero rectangular o de Francis
![Page 59: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/59.jpg)
Vertedero rectangular o de Francis
b
h
3h
2h
2
3
*)*1,0(*84,1 hhnbQ
![Page 61: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/61.jpg)
Vertedero triangular o de Thompson
![Page 62: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/62.jpg)
Vertedero triangular o de Thompson
3h
2h
hhhh 90ª
2
5
*4,1 hQ
![Page 63: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/63.jpg)
![Page 64: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/64.jpg)
![Page 65: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/65.jpg)
![Page 66: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/66.jpg)
Vertedero trapecial del Ing. Cipolletti
![Page 67: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/67.jpg)
Vertedero trapecial del Ing. Cipolletti
3h
hh
hh
h
hh
hh
2h
hh
hh
2
3
**86,1 hbQ
![Page 68: 4_Hidrometria_2012.pdf](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042717/55cf9219550346f57b9389b9/html5/thumbnails/68.jpg)
Ventajas de los vertederos
• Facilidad de medición de caudales variables.
• No se obstruyen con cuerpos flotantes, como hojas, ramas, etc.
• Construcción simple
• Precisión adaptable
• Otros usos: regulación, en la distribución de caudales, o su eliminación en casos de excesos.
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Desventajas de los vertederos
• Ocasionan saltos de agua que generan una pérdida de carga considerable.
• Modificaciones en la velocidad de llegada o en la sección aguas arriba y/o abajo, alteran las condiciones de funcionamiento.
• Error del 3 al 5 % descarga libre
• Error del 5 al 15% descarga sumergida
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Conducto aforador de Parshall
• Se basa en el principio Venturi
• Estructura fija de materiales diversos
• Preciso (error 3% libre 5% sumergido)
• Pequeño salto hidráulico
• Elevado rango de caudales
• No acumula sedimentos ni se obstruye
• La velocidad de llegada no influye
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Conducto aforador de Parshall
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Relación Ancho garganta / Caudal
W en cm Q (l/s)max
7,6 53
15,2 110
22,9 251
30,5 455
45,7 696
62 936
91,5 1426
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Grado de sumergencia En descarga libre En descarga sumergida M y n empíricos, K factor de sumersión
Conducto aforador de Parshall
nHamQ *
kHamQ n *
S = Hb/ Ha
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Determinación de caudal en caños
• Caño lleno
– Q(l/min)=a(cm)*K
– K depende del diámetro del caño (tabla)
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Determinación de caudal en caños
• Caño no lleno
– % área libre = f /d
– Tabla
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Determinación de caudal en caños
• Caño vertical
– Tabla
– Cálculo
• C = coef. entre 0,87 y 0,97.
• D. Int. = diám interno (pulgadas)
• H = altura del chorro (cm)
HDClQ int*.**49,13min)/(
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Temario • Recorrido del agua
• Aforo
– Volumétrico
– Estructuras
• Perímetro cerrado – Orificios
– Compuertas
– Sifón
• Perimetro abierto – Vertederos
– Conducto aforador Parshall
– Determinación en caños
– Determinación en cursos libres