Aforo de Canales

Existen diferentes métodos para determinar el caudal que fluye a través de un canal abierto (artificial o natural), la mayoría están basados en la determinación del área de la sección y la velocidad. El aforo también se hace en una sección transversal del curso del agua a la que llamaremos sección de control que debe reunir ciertos requisitos, entre otros, se tienen los siguientes:

1) El tramo que se escoja para medir el agua debe ser recto, en una distancia de 150 a 200 metros, tanto aguas arriba como agua abajo de la estación de aforo. En este tramo recto, no debe confluir ninguna otra corriente de agua.

2) La sección de control debe estar ubicada en un tramo en el cual el flujo sea calmado y, por lo tanto, libre de turbulencias, y donde la velocidad misma de la corriente este, dentro de un rango que pueda ser registrado.

3) El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales, de piedras grandes, bancos de arenas, etc. para evitar imprecisiones en las mediciones de agua. Estos obstáculos hacen más imprecisas las mediciones en épocas de estiaje.

4) Tanto aguas abajo como aguas arriba, la estación de aforo debe estar libre de la influencia de puentes, presas o cualquier otras construcciones que puedan afectar las mediciones.

5) El lugar debe ser de fácil acceso para realizar las mediciones.

Aforo por el método de correntómetro o molinete.

En un río para determinar el caudal que pasa por una sección transversal, se requiere saber el caudal que pasa por cada una de las subsecciones en que se divide la sección transversal. El procedimiento se divide en los siguientes pasos:

1) La sección transversal donde se va ha realizar el aforo se divide en varias subsecciones. El número de subsecciones depende del caudal estimado que podría pasar por la sección. En cada subsección no debería pasas más del 10% del caudal estimado que pasaría por la sección. Otro criterio es que, en causes grandes, el número de subsecciones no debe ser menos de 20.

2) El ancho superior de la sección transversal (superficie libre de agua), se divide en tramos iguales, cuya longitud es igual al ancho superior de la sección transversal dividido por el número de subsecciones calculadas.

3) En los límites de cada tramo del ancho superior del cauce, se trazan verticales, hasta alcanzar el lecho. La profundidad de cada vertical se puede medir con la misma varilla del molinete que esta graduada o con un equipo de topografía. Las verticales se trazan en el mismo momento en que se miden las velocidades.

4) Con el molinete se mide la velocidad a dos profundidades en la misma vertical a 0.2 y a 0.8 de la profundidad de la vertical, para lo cual se toma el tiempo que demora el molinete en dar 100 revoluciones y se calcula en número de revoluciones por segundo; con este dato se calcula la velocidad del agua en cada una de las profundidades.

5) Se obtiene la velocidad promedio del agua en cada vertical. La velocidad promedio del agua en cada subsección es el promedio de las velocidades promedio de las verticales, que encierran dicha subsección.

6) El área de cada subsección se calculara fácilmente considerándolas como paralelogramo cuya base (ancho del tramo) se multiplicara por el promedio de las profundidades que delimitan dicha subsección.

7) El caudal de agua que pasa por una subsección se obtiene multiplicando su área por el promedio de las velocidades medias registradas, en cada extremo de dicha subsección.

Aforo con limnímetros.

Es el método que se usa comúnmente para aforar un rio, puesto que usar comúnmente el molinete es impráctico por lo difícil y tedioso. Un limnímetro es simplemente una escala tal como una mira de topógrafo, graduada en centímetros.

Se pinta una escala en una de las paredes del rio, la cual debe ser de cemento y basta con leer en la escala o mira, el nivel que alcanza el agua para saber el caudal de agua que pasa en ese momento.

Previamente se tiene que calibrar la escala, la calibración consiste en aforar el canal varias veces durante el año, en épocas de estiaje y épocas de avenidas con el método del molinete y anotar la altura que alcanzo el agua medida con el limnímetro. Se hacen varios aforos con molinete para cada determinada altura del agua, con los datos de altura (y) y del caudal (Q), se construye la curva de calibración

El limnímetro siempre debe colocarse en el mismo sitio cada vez que se hacen las lecturas y su extremidad inferior siempre debe estar sumergida en el agua, por lo general los aforos se hacen 3 veces al día, a las 6 AM, 12 PM y 6 PM, para obtener el caudal medio diario.

Método con trazador.

Este tipo de medición se utiliza cuando las condiciones de la corriente dificultan el uso de otros métodos, ya sea por la geometría de la caja del río o por su turbulencia. Se basa en la inyección de una sustancia reconocible y que es medida aguas abajo, comúnmente se utiliza sal (NaCl) o trazadores fluorescentes (rodamina).

Para una buena aplicación de este método se deben tener las siguientes consideraciones:

1) Flujo constante durante la medición. 2) Conductividad base constante durante la medición. 3) Distribución homogénea del trazador en la sección transversal del punto de

medición. 4) Todo el trazador inyectado debe pasar a través de la sección trasversal

donde se está midiendo.

NOTA: En caso de inyectar sal, como se emplea un sensor de conductividad, éste debe ser previamente calibrado, de tal forma que se pueda conocer la conductividad base del río.

Posterior a ello se procede a incorporar el trazador a la corriente del río. Se debe procurar una buena mezcla de la sustancia, por ello, deben evitarse las aguas detenidas (pozas), flujos con baja turbulencia y zonas con mucha vegetación.

Una vez incorporado al flujo empieza el proceso de medición, registrándose una curva. Por tanto, la masa del trazador inyectada corresponde al área sombreada, la cual queda expresada por:

Esta expresión puede aproximarse mediante sumatorias de concentraciones medidas a intervalos regulares Δt:

A partir de lo cual se puede despejar el caudal:

Método de aforo con la altura piezométrica.

Es un método para medir el caudal que tiene una corriente de agua, es el que expresa este caudal como una función de la altura piezométrica. La relación es muy sencilla, siendo del tipo potencial.

Q=C hz

Donde:

Q= caudalC= coeficiente de descargah= altura de descargaz= exponente

El coeficiente C y el exponente z, dependen de las características geométricas del dispositivo de medición que se trate.

Son varios los dispositivos que utilizan esta relación, como por ejemplo: vertederos, Canaletas Parshall y sensores de nivel.

Hay varios requerimientos para la instalación física de estos equipos de medición, que dependen de cada dispositivo en particular. En canales de superficie libre, la altura piezométrica debe medirse en lugares donde la altura de velocidad sea despreciable, lo cual se logra donde el agua escurre con flujo subcrítico o donde el agua se encuentra estancada.

Método de curvas Isotáquicas

Consiste en trazar líneas de igual velocidad en el perfil del cauce y obtener la velocidad media de la sección por integración directa.

Se deben escoger las secciones a aforar, teniendo presente que:

1. La sección elegida debe estar situada en un tramo recto y ser lo más homogénea posible a lo largo de dicho tramo.

2. Verificar que la sección sea adecuada para el tamaño del molinete.

3. Examinar las obstrucciones presentes en la sección y en caso de ser necesario remover las piedras pesadas que puedan dificultar una correcta medición. Todo esto debe ser realizado antes de comenzar el aforo, para así no alterar las condiciones del flujo.

Una vez escogido el sitio de medición se debe colocar un lazo de un extremo al otro para marcar bien la perpendicularidad al cauce. Para realizar esta medición es necesario tener la relación entre la velocidad de rotación de la hélice del Molinete y la velocidad del agua

Método superficial:

Implica medir la velocidad cerca de la superficie libre y después multiplicarla por un coeficiente que va desde 0,85 a 0,95, dependiendo de la profundidad del agua, de la velocidad, y de la naturaleza del río o canal. La dificultad de determinar el coeficiente exacto limita la utilidad y la exactitud de este método. En general, se utiliza para medir la velocidad en crecidas, en donde no se recomienda efectuar un aforo convencional, para proteger los equipos hidrométricos.

BIBLIOGRAFÍA:

Guía de aforos en canales abiertos y estimación de tasas de infiltración, Facultad de ciencias y matemáticas, Universidad de Chile

Manual de hidrometría, convenio marco de cooperación interinstitucional INRENA-UCPSI