DIVISION DE REDES SUBDIRECCION DE...
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SUBDIRECCION DE ESTUDIOS E INVESTIGACIONES
DIVISION DE REDES
SECCION DE INSTALACION Y OPERACION DE ESTACIONES
AFOROS LIQUIDOS
Bogotá. D.E.. agosto de 19138
1
CONTENIDO GENERAL
H HIDROLOGIA M METEOROLOGIA
1 DATOS DE CAMPO 1 PRECIPITACION
EMPLAZAMIENTO DE ESTACIONES
HIDROMETRICAS I MEDICION DE PRECIPITACION
2 AFOROS
I AFOROS LIOUIDOS 2 TEMPERATURA
2AFOROS ANGULARESBOTE CAUTIVO
I TEMPERATURA Y HUMEDAD
3 SEDIMENTOLOGIA
3 VIENTO
3 HIDROTOPOGRAFIA 1 VIENTO EN SUPERFICIE
1 TOPOGRAFIA PARA HIDROMENSORES
4 RADIACION SOLAR
4 ESTRUCTURAS 1 ASPECTOS METEOROLOGICOS DELA RADIACION SOLAR
1 FA 0RICACION DEESTRUCTURAS
5 PRESION ATMOSFERICA
5 INSTRUMENTAL MEDICION DE LA PRESION
ATMOSFERICA
1
LIMNIMETROS , MAXIMETROS Y
LIMNIGRAFO
MOLINETES , CONTADORES Y
MALACATES
6 EVAPORACION
1 EVAPOTRANSPIRACION
H. HIDROLOGÍA
5. INSTRUMENTAL
2. Molinetes, contadores y malacates
Elaboró:
Revisó:
Milton Garzón Ortiz
Guillermo Alberto Ardila Hernández
Jorge Enrique Avila Gómez
Dibujos:Clara Inés Jordán Rodríguez
1
Bogotá. D.E ., agosto de 1988
TABLA DE CONTENIDO
1hliF;c::: JC_C.'ID4d 1
1. C•Er.lE::F:r L..I i: AT>E:. 2
DF_ F1NICION DE: E(...II)AI.._ 3
3. DI STP T BUC I ON DE VE:LOE 1: DAI.)Ef i 5
-1. f_:F-1RFrf::TE:R I r i. CA.S DE: !.._A DI STR i olio I ON DE VE:L.00:r DADES 6
4« 1. VARIA Iot..l VERTICAL.. 6
4.2 VARIACION hlUIR1 ic:wnAL... 6
5, ME TODOS DE AFORO 8
5. 1 h1ETODO DE t._A VELOCIDAD SUPERFICIAL.. 8
5.2 ME TODO DE UN PUNTO 9
5.3 Mk T ODC:i DE::. L..f'j nr PUNTOS 10
5.4 F IETÍ1DIJ DF:: LOS TRES PUNTOS 10
5.5 r1E:TC:IDr. j DE LOS CINCO PUNTOS 11
5.6 ME TODO DE: L...ns PUNTOS MULT 1 ROES 12
6. APL_ I CAc I ON DI _ rlETODO`.>> Y EDO ]: F'OS DE AFORO SEGUN I_.F•i
CORRIENTE A MEDIR 14
6.1. DISTANCIA ENTRE:: VERTICALES 14
6.2 I)ETF:RM 1 NAO I ON DEI_ TIPO DE HEL.. I L'E 15
6.3 DE:T [-_F:ry I NAO I ON DEL METC)DO DE AFORO 15
7. TIPOS DE MOROS 16
7. 1 TIPO VADEO
7. 2 T I PO S us `EN1n 1 or.i
7.2.1 Desde puentes
7.2.2 Desde la urilla
7.2.3 Desde teleférico o tarabita
7.2.4 Desde bot. o,
E l DL I OGRAF I A
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16
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19
19
1
INTRODUCCION
El gu a c:c_tmo el pmen to natural rae present a en difer entes;
estados , Orr r1!:, c.-,l rst Rdo 1 i qui do uno de los más influyentes en
z onas c omo la nuestra.
Por esta razón, !gin partic ular, la m ayorp pa.rte de r'il..(rstr-o5
e studios Hidrológicos se orientan a cu nt . ificar este recurso.
Se presentan a cont.i nu-:ición las diferentes formas de medir el
?scurr'imient . o super"fi(:ial de las aguls c:ontinenta ].E Fue; que
siguen t rayectos c analizados on la corteza terrestre, con
(: ar _(c: t r r más o rlln nn 's E s t ab 1 F'?.
2
1. GENERAL I DADES
Se denominan aforos 1ilal..lid todas las operaciones tanto d c"
campo , como de ofici na qme ion necesarias efectuar-
para calcular r_' l. c audal liquido que pasa por unce i€ cc:]. 6n
transversal de un curso de agua., en la unidad de tiempo.
Estas pueden caer expresadas en: t:m /sog, m i _ieq, (;) en l iti seg.
Tale:' mediciones, en la actualidad, se tornan muy importantes,
debido a. 1a variada apl i c:at_: 1. ?n que so le dá al agua
st_lprrf i c i al .
3
2. DEFINICIUN DE CAUDAL.
Coma se inriic_r:, o el resultado cien` los aforos 1iquidos. Sus
partes fundamentales son: el área de la secci6n transversal y
la vol oc i dad media de 1 a corriente. Por lo que tenemos que:
tJ f1XVm dando:
0 Caudal
n = ñroa do la sea c ibri
Vm Vel oci dad media
En este pun k: o analizaremos la parte correspondi ente el área de
la secC: i !]n ql!t?, como su nomb re lo ind ica, corresponde al área
de l a ssec- c_i8n majada. Fi.q 1.
F 1 G. 1
4
Existen varias formas de hallar este valor , el más usual es el
de á reas parci ales, que consiste en d iv id i r- l a secci ón en
varias partes, generalmente de 12 a 18. Fig 2.
N. Agua
r0.0.02
03
04
5 A= + ++o ..... On
a6
F o n d o
F 1 G• 2Lugo se sondea en cada vertical resultante. Este si. stema.
facil ita la oper ac i ten de campo, ya que los sondeos se utilizan
t.ambibn para la medición de velocidades en los puntos de la
vertical, sey,'in n]. Modoodo utilizado.
Generalmente en las estaci ones de control se determinan y
materia l i z an puntos fijos de referencia., para asl cada ve z que
se efectúe un aforo liquido, el perfil transversal resultante
nos indi que si la sección ha sufrido cambios o se ha mantenido
estable.
S
3. DISTRIEUCION DE VELOCIDADES
Las velocidades, del agua de un cauce natural no son uniformes,
si no que se encuentran condicionadas a las cara.cter i st i cas
f i si cas de éste. Por lo tanto en una corriente se encuentran
variaciones de velocidad tanto horizontales, como verticales.
6
4. CARACERISTICAS DE LA DISTRIPUCION DE VELOCIDADES
4.1 VARIACION VERTICAL
A la largo de punto madi. do, se tiene un vector
representativo., r!.i y_? envol vente toma la, forma e.pro :: i mada. de
una perAbola. fiq Y.
F I G. 3Esto nos demuestra que las velocidades son menores en el fondo
y van aume? ntendo, generalmente hasta un punto cercano e le
superficie.
4.2 VARIACION HORIZONTAL
El flujo !le la corrient e de los raros r e asemeja e
? reos de no cierren en le super fi . t i.e .l i . br Fig •4.
7
F 1 G . 4
Siendo menores; las velocidade s cerca a l as paredes del 1 echo y
aumentando a medi da que se aleja de bst, as.
Donde los cauces son muy irregu lares , las mayores ve locidades
se presentan donde se hallan 1. as mayores profundidades. Fi q 5.
F 1 G. 5
8
5. METODOS DE AFOROS
Como r e vi b , las vel ocidades del agua no son uniformes y se
requiere conoc er la velocidad media para determinar el caudal;
por lo tantom es necesario conocer las diferentes velocidades
que se pre< entan, para lo cual existen diferentes m +todos,
entre los que se destacan los si gui entes:
5.1 METODO DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL
Este es el menos preciso de todos , no solo porque requiere un
coeficiente par a t ransformar la_, velocidades superficiales en
velocidad medi . a, sino porque esta relac_ ibn no es muy exacta,
debido a la irregularidad de l os c auces, considerándose
apro x imadamente en 0,975 . Esta velocidad se toma c erca de la
superficie del agua, condicionada al diámetro de la h&l i. ce del
molinete. Fig ¿.
F 1 G • 6
9
Por lo general este n'iItodo se uti liza en estaciones de secc i Len
transversal conocida y durante crecientes o avenida, con el
fin de minimizar los r"ie°sl:jc)s, para cnu.l.po y de imp1ifi.c.ar
tiempo de medic:iñn.
5.2 METODO DE UN PUNTO
Tanlbi En ll mado de (O,6), con_..>i.st.e en medi r- la vel ocidad a
e l.
de la profundidad total de la vert ica l. La veloci dad medida en
ese punto s e considera la velocidad medi a de la vertical. f=iq 7.
F I G . 7
Es aplicable en arroyos c.:en profundidades superiores a 0 ,20 m, si
SE utiliza mi.-romo]. i. note, a 0.50 m con varillas para vadea y e..
0,70 m con equipo para aforos por sospensibn.
Se uti li z a com o el anterior. cuan do nor razones de tiempo no
epueden efectuar s e más determinaciones.
l o
5.3 METODO DE LOS DOS PUNTOS
I_.l.cillf•if_In I: .u,I'1.órl Fit nin dos,
toman yr;1, nci r l -a.dr'va Et 0.7
punto oLh o 1.2.M . En este se
Q,0 de la profundidad partiendo de
la E-'_lp'2r-'f 1Cit? drel agt.li?., siendo 1 velocidad medir.'?., r'1 I:J1"amedio
de 1 dc+s. ri.g O.
F I G. 8
Este es apl.icabie en corrientes con profundidades superiores a
0,25 ffl. cuando se opr r•" Con mi cr-r)rnn1,inet __r^ , mientr as?. -5 q u e con
eq"i pr c; m ayore s debe superar l os 0, 75 m
Es e?1 filt''t:r :? Clo más r P'F?r'4::.'t:'.r?Il I ': ;?.I' 'Lvra r.itr311t r'.D t:IE 1.a trll. rl1 mi ac::l ??n de
i ca.s 1 abor os por 1 r:) t:.:itf1.o e l rllá''.
5.4 METODO DE LOS TRES PUNTOS
Este result a r_omn combi n,?Cir`'n del filfNi:::.orlo de un punto y el de
dos puntos, `;inndr) .1..;?. velocida d rrt:':Ii.l :Lg'Jel al promedio de la il
obser vaciones efec tuadas en los F:, ::'c:; puntos de la vertical.
Fija. 9.
11
Vm = VO.2+VO.6+ VO.8
VO.2+VO.8 } VO.6
Vm= 22
J0.1d
0.6 d
F I G . 9 ....,,.., y ' ''., ...,^. 3
Este m6t. odo es api i.cable en rios de mor ► #:. (fea, tanto en la fase
ele esti e t-:r)Ino 1:1 1.- cr9(y l(.1 , c::!.landci esta c itima tiene un
periodo inoder°aci a.rnr?ntea largo y el equ ipo no se expone a riesgos
mayor es.
Se debe en estaciones con pr ofundi dades mayores a O,?!:)
M. (b U, 75 m. ssi se u.t111 aan equipos menores o mayores
respectivamente.
5.5 METODO DE LOS CINCO PUNTOS
Este m6todo consi stcr en g!_e ademes de los puntos medidos par-
e l método ele 1. o -, l..r'e<s punt(.,s, se mi dean ve.l. oci dadte , en puntos
cercanos a la >!.(p^':?rfici.r (velocidad superficial.) y al fondo
(ve,?.l.ncidad de fondo:)) . Fi.q 1 Vm= V s t 3VO.2 +2V0 . 6+3V0.8+VF
F 1 G • 10
12
Debido a que para ejncuta.r los _aforos por este mitodo,
requiere dei un esfuerzo y ti empos mayore s, se debe utilizar
únicamente cuando se desea conocer, en dota l 1 e, el fi uj o de 1 a
corriente, generalmente a l ini ciar estudios hi drorn tr i co s en
una os taci6n.
Las rancjn'_a de profundidad mini.mos para su utjii. ación son 0,6(-'
m. con mi cr omo 1. i note y cae 2. 00 m. con equipos mayores.
5.6 METODO DE LOS PUNTOS MULTIPLES
Tal procedimiento consiste en medir las siguientes
vol coi dades:
VELOCIDAD SUPERFICIAL (Vs>. La obtenida en el punto donde
el agua cubra totalmente la h?l i ce di=l correntbmr tro durante
todo el tiempo de la medición.
- VELOCIDAD DE FUNDO (Vf). Es la que se toma en la parte más
cercana al fondo, cuya distancia est< condicionada a la que
exista entre el eje de la ht ii.ce y la parte inferior- del
escandallo o lastre.
- VELOCIDADES A CADA DECIMO DE LA PROFUNDIDAD . Son aquellas
que se teman en los puntos correspondientes a cada dicima
parte do la profundidad total.
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Estos puntos deben qued ar lo suficientemente alejados entre
si, para que en ninguna medí c : . n la hilice penetre en el
área de ln s puntos adyacentes , por lo que se recomi enda que,
1 as profundidades sean mayores a 5900 m. Fi q. 1 1 .
N. Agua .,'\ N . Aguo
w.O. I d0.2d
0.3d
70.7 d0.8d
0.9d Vi
FIG. II
Vm= Vi tV. 2 iV,3 ......• *V.an
Su aplicación está dada para estudios con fines especiales o
en e t ód.!::i ones nuev a s .
Fuera de los métodos estudiados existen otros que, por su poca
utilización, no se t.ratarAn en esta gula. A manera de
información diremos que aquellos son: de INTEGR'ACION, con
FLOTADORES, f 1JIMICOS. VOL_l.JHETRICOS y otros.
14
6. APLICACION DE METODOS Y EQUIPOS DE AFORO SEGUN LA
CORRIENTE A MEDIR
Puesto que las estaciones hidromót.rica s varían segón el tipo
cíe cauce y la +poca, se hace necesario la utilización de
distintos tipos de equipo, como as¡. también las
infra.estrur_:tuas a utilizar.
Para la definici ón de estas labores , es necesario programar
previ amente en 1 a oficina o en el sitio, si se cuenta con la
expeeriencia suficiente , la mol:odoingia a adoptar.
6.1 DISTANCIA ENTRE VERTICALES
Una vez efectuado el chequeo de la sección de aforos, lo que
permite conocer sus dimensiones y caracteristi.cas fisicas se
procede al establ ecimiento de la cantidad de verticales y la
distancia entre estas.
Por norma se debe selecc ionar- una canti dad mínima de
verticales, distribuidas a travós de la secci b n que nos
permi ta medir caudales parciales menores o iguales al 10% del
caudal total..
15
Es c on veni en te , s7.c:IIIpre y cuando l as es t r uLturas inst a ladas l o
permitan , e s tab lecer intervalos fijos con el ohj eto de poder-
ami cones.. correlac ionar dichas verticales „_las emplead as en
aforos poste ri ores, l i gando estas a un punto fijo de
ref er' enc: i..?. (PR).
6.2 DETERMINACION DEL TIPO DE HELICE
De acuerda a las velocidades de la corriente del. -agua, se debe
elegir la Mico cuyo pasa sea el m.'.`̂a. s adecuado. Normalmente?
los mol inet.es traen indicados los raniaos vera los cueles
pueden ser utilizadas.
Debe tenerse presente que tal elección es necesaria hacer la.
para no realizar un cambio de la hbli ce durante l a ej ecución
del aforo.
6.3 DETERMINACION DEL METODO DE AFORO
Con basa en 1" +r al adm en el c:a.pl. t: mb e `.'S se puede decir que el
m' f. r,?!:ic_i a adoptar, estará dado en f !. -?c:^.'ñn de 1.< F:... . ^ ,r-r:.c_x .. :.,ir'a n
requerida, de las profundidades conocidas y del rquipo a
i_i,1.i 1 izar.
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7. TIFOS DE AFOROS LIOUIDOS
s e~~n -Y' Vd.Clef.', rrr.lepr'rrcJ. 6¡!, vr?l! !. lilrt.,t.Y-7.(:"n a indirectos.
7.1 TIFO VADEO
Es r.gri.rl rlunde e l ni e': i_!I
h a c er l as mr d i c i ones,
ante;? ¡!s ede penetr a r a la corri ente y
para l o !`''al monte el correntbmntr l:3
sobre u n v arilla con divi.,:i.oneg, ;ac-?ner-a1rrnni:e, l cr.nt:.i.mei_ra.
Estos afor os son posibles en corrientes pequeNas.
7.2 TIPO SUSPENSION
Ha utiliza h;- t';i l.-.!!alment.n en gr.aridos r-i es y en r'i. de r_gimen
tcr-rencial. c e ejec u ta" de sde di.fornr!t.es tipr)=_, di...?
es tru c turas ; a cun t i rn .i ac:i 6n se dar á n ?a conoc er l as m&s
u su a les.
7.2. 1 Desde puentes . Arl!_! .ii l os aforos se r ealizan con tor no o
¡rial.%:ac.: at:.r? -r;)r¡ipl- , r'1. ^ r:1!.!r„dn ;c r- tran sportad o !::1r1 n
rli.r-r'c si i: i\.'o po l._a}ti1. I!eop .:a. 1._al cine permita- el 1ibre
IIUl`.'1.mi (.:nfo par<ii s'! r?(::sl:.r'r .!)r !.!t?i.neci.Crin cr? C:a!.1r'a !! IlR de las
17
verticales corr+.:_spondi.entec:. Fi.g 1:2.
MARCAS EN PINTURA
F I G . 12
Es conveniente colocar ma r cas con pi ntura u otros elementos,
de maro rca. t.al que quede perfectamen te i ndicado el. l ugar que
corresponde a cada vertical, con e l objeto de verificar,
Pa5 ter1ormente la s me dl c:. 1. c)nes9 especi al mente el perfi l
t r a nsversa l d e 1. e si t aa l _iÓn.
Para la e.,j ccu(..: I. bn de los trabajos de af oro, la baranda aguas
arriba "os brinda cii star° si c,nes menores, pero en r3 ns
torrentosos, la bara.nda aguas abajo nos brinda m&s seguridad y
facilidad de eper aci bu en momentos de riesgo.
En puent es donde las pi lastras se local izan dentro del aguas
se present an di s torsiones de 1.a velocidad en las proximidades
de &st s :t que impide una mcdici' n correcta , aparte del
riesgo de ~us a l equipo.
En s nt.e ;i s, se puede decir que los puentes no constituyen por
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la general un hi'.en 1 usar para realiz ar a f or"ns. Se los Utiliza
r'f?cL!ffl'f:efllf.'., 1_itC', prtiY' qrr4-, r:!')1) ellos ie pucsC :i!z'fl practicar clec manera
Fácil y ec!jnbml l dichos trabajos. '
7 .2.2 Desde la orilla. En este caso, [:. f oros son
real i =¿dr1-. r_C.n un sistema de fll:_tI.-r ate d"b1ey operario desde una
orilla, rnecI i ante el cual 5'.`r pi. r:`d :.:'n hacer movimientos tanta
vertical, como ^i'?Y ).. (.tfl ):: a1.fltr311t!?;!, con, el objeto de poder ubicar-
el eq'_!ipn ri ciada pci1i-':) de medie'. )!1. Fi q 1::..
F 1 G 13
Es fierrssar•ie taml: i. :'ril aq'..d !_ue las verticales se oncuent ren
r el a c. i e' nar:las a ' .! n pu n to l ij o , d e men ora con las
mediciones pr sterior es, se puedan lr:)'_jr'ar" las c omprobac iones de?
la sección a gi.ir hubiera 1"q:='.r
Tal sistema es apl icable en lo=s r Tos de rEgimen t o rr encial , en
donde l a. dist anci a en í ra ni ii'-'eriE:'s no es muy C]i- ide.
19
7.2.3 Desde Teleférico o Tarabit a. La mct:or::iologl a adoptar
es simil ar ;.. la anteri or, con l a diferenci a que I ns aforos se
deben rea lizar desde una v•_ gons t a ' '.. pc•ndi d _.+. sobrT uno o dos
cabl es, que t i ene l a f inali dad de t:.l' art s^} <rar a bo r d a ?el
persona l y equipo ?. toda la ancho de la SOCC =n.
se en c uentran_:^E•> ver ticales ..aindicadas E_•C]bY"E? F'l cable,
transportad or. F"'i•3 14.
Fig. 14
Debe destrear'sr qu.' tanto el si stema anter ior t='nnio este
üI ti fno, pueden present ar error os por el d s1::ensi onarn ent:o de
los cables, por lo tant o es conveniente^ estar cnr r°] ylendo 1.a
c:__,tnriar i :a rs.T:'_ 1. t ante.
7.2.4 Desde bote . t:st.r' : son utilizados en i os cuya anchura
os S.:r) r')C31.^'.^er rb1 E', de tal manera qus no e m i<. ton otros e lenihntos,
tales c::r )InC:), i:?uO1't'I p.?s y i jo hay o n r.5rJ$ 1I_.'.j,:itres no oFrecen las
condiciones fli rlini_s r-rII.Ir r i d-aes.
20
En e?1 bate sk-, degr: .l i r i grupo d+ ir bajo a l o s puntos de
rne'iici.bn„ rnut;,. Iirio por"a esta con ?l impulso c:I un matar n
sujetándose _. un cable tendido :¿ t.rav -' C)e la corriente.
Ver figura 15.
ANGULAR - SEXTANTE ANGULAR - TRANSITO
Fig. 15
Para r.;?. alineamiento _ . .r,del h: .. ^- puntos ciy 1-•^ ^.ib^.c_.^c.:an h r. en 1.c:.::>
medir o•' i ¶s i:Eu v a rios M i ndos ; l os =s usual es son anqu l. dr can
sextante a t:.+ : c dol i t(:' por . nt.or'soc d e vi sual es y con
te=metro. Por "Ft ; r az iri se deben uti l i z ar equipos
adicinnal.osn tales c ono estailtesy teodolitos, teel?met ros y
otros.
BIBLIOGRAFIA
MFCJF'ÍS L. JÍ.:?HIDOS . V. Curso de capacitación t e'r'nic Pr)
medi.ciunes Hidrolbgi.caas _CIHRS(. -- 1.996. C:6 r-dob-?. -Ar sent ina.
MANUAL_ DE Hl DROL_OG T A PARA H I ?:iRC]MEPISORE 9. Hl MAT 1975.
AFER I QL) I C'A No 24.