Medición Del Agua De Riego

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRONOMICA

ING. JOSE PINTO VILLANUEVA

1. FINALIDADES DE LA MEDICIÓN

Control de la cantidad de agua a cada usuario

Registro del volumen de agua potable en viviendas

Detección de problemas en bombas o en la operación del sistema

Registro de los abatimientos en los acuíferos

Determinación de las pérdidas de agua en redes de distribución.

Calibración de estructuras de aforos

Pruebas de capacidad en bombas

Determinación de escurrimientos pluviales

Medición de la capacidad de un sistema de drenaje

2. METODOS DE AFOROS DIRECTO

Aforo volumétrico

Aforo gravimétrico

Aforo químico

Medidores de hélice

Aforo por medición del cambio en el nivel de agua

2.1. Aforo volumétrico

Se mide el tiempo de llenado (t) de un recipiente de volumen conocido (V) y se aplica la siguiente expresión matemática:

Q = V / t

Donde:

Q = Gasto, descarga o caudal (m 3 /s)

V = Volumen del recipiente (m 3 )

t = Tiempo de llenado (s)

2.2. Aforo gravimétrico

El volumen de agua colectado en un determinado tiempo se pesa y el peso (W) del agua se transforma a volumen, dividiendo entre el peso específico ( ω ).

El recipiente utilizado es destarado.

La expresión matemática es:

ω = Peso del agua (W) / Volumen ocupado (V)

Donde:

W = Peso específico del agua (Kg. / m 3 )

ω = Peso del agua (Kg.)

V = Volumen ocupado (m 3 )

También:

Q = (Peso del agua mas recipiente – Tara del recipiente)

Peso específico por el tiempo de llenado.

2.3. Aforo químico

Se añade de forma continua y constante una concentración conocida de una sustancia química o radioactiva, a la corriente de agua, cuyo caudal o descarga quiere conocerse (Q).

La expresión matemática es:

Q = q (C 1 – C)

C – C 2

Donde:

Q = Caudal (m 3 / s)

Q = Caudal del trazador aplicado (m 3 /s)

C 1 = Concentración del trazador en la solución

C 2 = Concentración del trazador antes de la aplicación

C = Concentración del trazador después de la aplicación

2.4. Medidores de Hélice

Se emplea para el aforo en tuberías

Tienen una hélice de caucho, plástico o metal

La hélice hace girar una flecha que comunica el movimiento a la caja de medición, que registra el volumen acumulado.

Tipos:

Medidores tipo tubo: Son instalados en la fábrica y viene calibrados

Medidores tipo silla: Son instalados por el usuario en su propia tubería

2.5. Aforo por medición del cambio en el nivel de agua de un recipiente

El gasto que entra o sale de un depósito, puede realizarse midiendo la variación en el nivel de agua en un periodo de tiempo determinado.

Para calcular el tiempo que tarda en vaciarse un tanque, cuando está provisto de un orificio practicado en pared delgada, se emplea la siguiente expresión:

t = (2A / a.C. √ 2gh) ( √ h – √ h1)

Donde:

t = Tiempo de vaciado (s)

A = Área del recipiente (m 2 )

a = Área del orificio (m 2 )

h = Altura inicial (m)

h1 = Altura final (m)

3. METODOS AREA - VELOCIDAD

Método del flotador

Método del molinete hidrométrico o correntómetro

Aforo de la descarga libre en tuberías por el método de la trayectoria

Método del Tubo de Pitot

3.1. Método del Flotador

Al igual que los molinetes, Tubo de Pitot, el Método de la trayectoria y trazadores, se utiliza para medir la velocidad del agua y no el gasto o caudal directamente.

Durante la medición, se registra el tiempo que tarda un flotador en recorrer una distancia conocida.

Se determina la sección de la corriente a determinar su caudal.

3.1. Método del Flotador

Se emplea la siguiente expresión:

Q = A x v

Donde:

Q = Caudal o gasto (m 3 /s)

A = Área de la sección (m 2 )

V = Velocidad de la corriente (s)

La velocidad media es igual a la velocidad encontrada, multiplicada por un factor que depende de la rugosidad de las paredes de la corriente.

3.2. Método del Correntómetro

Llamado también Método del molinete hidráulico.

Está constituido por una rueda con aspas que gira al ser sumergido en una corriente de agua.

Pueden ser de dos tipos:

Molinete de cazoletas

Molinete de hélice

Para medir la velocidad de una corriente, el molinete se instala por abajo del espejo de agua a 0.6 del tirante, medido desde la superficie.

Las revoluciones se cuentan en un determinado intervalo de tiempo.

3.3. Aforo de la descarga libre en tuberías por el Método de la Trayectoria

La descarga de una tubería horizontal o inclinada, llena o parcialmente llena, puede ser calculada por el Método de la trayectoria, que se basa en el principio físico de la caída libre de los cuerpos.

Para chorros de tuberías horizontales:

Cuando el tubo está trabajando completamente lleno.

Cuando el tubo está trabajando parcialmente lleno

Para chorros que salen verticalmente, se mide la altura del chorro y el diámetro interno de la tubería.

La determinación práctica del caudal se calcula empleando tablas.

3.4. Método del Tubo de Pitot

El tubo Pitot, es un pequeño tubo acodado en forma de “L”, con los extremos abiertos y se usa para medir la velocidad del agua en tubos.

Se coloca un tubo con el extremo acodado en dirección aguas arriba, mientras otro se proyecta aguas abajo.

La diferencia de alturas en ambos tubos Pitot, es igual a dos veces la carga de velocidad, es decir:

h = h 1 - h 2 = v 2

g

Donde la velocidad del flujo es:

v = C √ 2gh

4. METODOS QUE UTILIZAN CONTRACCIONES

Medidores Venturi

Flujo a través de orificios

Descarga de vertederos

Aforador Parshall

Aforador “sin cuello”

Sifones

4.1. Medidores Venturi

El principio del medidor se basa en el Teorema de Bernoulli

El Venturi se compone de tres partes:

Cono de entrada

Garganta

Cono de salida

La descarga Q del medidor, está dada por:

Q = A1.v1 = CA1 √ 2gh (S -1)

(D1 / D2) – 1

O también:

Q = K √ h

K = C.A2. √ 2g (S- 1)

1 – (D2/ D1)

Donde:

C = Varia de 0.96 a 0.98, para corregir la fricción

A2 = Área transversal de la sección contraída con D2

D1 y D2 = Diámetros de tuberías a la entrada y sección contraída

S = Peso específico relativo del líquido manométrico.

4.2.Flujo a través de Orificios

Circulación en los orificios practicados en pared delgada (Orificios biselados)

Q = 0.61 A √ 2gh

Circulación del agua a través de orificios practicados en pared gruesa

Q = 0.97 A √ 2gh

salida del orificio conectado a un tubo corto

Q = 0.82 A √ 2gh

Donde:

Q = Caudal (m 3 /s)

A = Área del orificio (m 2 )

h = Altura al centro del orificio (m)

g = Aceleración de la gravedad (9.80 m/s 2 )

4.3. Descarga en Vertederos

Es una escotadura de forma regular a través de la cual el agua puede fluir.

Se emplean placas de metal, madera, plástico o fibra de vidrio.

El borde sobre el cual se vierte el agua se denomina cresta del vertedero.

La lámina de agua que fluye por encima de la cresta se llama manto.

La altura que produce el derrame es la carga.

Clasificación:

Vertedero Rectangular (Sin contracciones y con contracciones)

Vertedero Trapecial

Vertedero Triangular

4.3.1. Vertedero Rectangular

Vertedero rectangular con contracciones:

Cuando la cresta y los lados de la escotadura, están suficientemente alejados del fondo, para permitir la llegada libre del agua en el plano del vertedero; la corriente sale de la escotadura contraída sobre estos tres lados.

Vertedero rectangular sin contracciones:

Cuando la longitud de la cresta se extiende hasta que la escotadura coincida con las paredes laterales de la corriente, las contracciones de los lados laterales o extremos se suprimen.

Fórmula para calcular Q, propuesto por Francis

Q = 1.84(L-0.1nh) h3/2

Si n=0 Q = 1.84Lh3/2

Donde:

Q = Descarga (m 3 /s)

L = Longitud de la cresta (m)

h = Carga del vertedero (m)

n = Número de contracciones, que pueden tener valores de 0,1 o 2

4.3.2. Vertedero trapecial o trapezoidal

Fórmula para calcular la descarga Q propuesta por Cipolleti:

Q = 1.859 L. h3/2

Donde:

Q = Descarga o caudal (m 3 /s)

L = Longitud de cresta (m)

h = Carga del vertedero (m)

4.3.3. Vertedero triangular

Formula para calcular la descarga Q:

Cuando la escotadura es un ángulo recto:

- Q = 1.40 h 5/2

Cuando la escotadura es de 60 grados

- Q = 0.775 h 2.47

Donde:

Q = Descarga o caudal (m3/s)

h = Carga sobre el vertedero (m)

4.4. Aforador Parshall

Es un aparato medidor de gasto, que se basa en la pérdida de altura del nivel de agua que se produce por el paso forzado de agua a través de él

Se compone de tres partes básicas: la entrada, la garganta y la salida.

La entrada está formada por dos muros convergentes de inclinación 5:1

La garganta constituida por dos paredes verticales y paralelas entre si

La salida, formada por dos paredes divergentes con una inclinación 6:1

4.4. Aforador Parshall

El piso es horizontal en toda la entrada, descendiendo en la garganta y elevándose en la salida.

Los medidores se designan por el ancho de la garganta, por ejemplo, medidor de 4 a un Parshall de 4 pies de garganta.

Además los Parshall, cuentan con una mira graduada colocada a 2 / 3 del muro de entrada, contados a partir de la garganta.

También puede dotarse a los medidores de pozas de observación, para colocar limnígrafos

4.5. Medidores de Agua “Sin Cuello”

El aforador tiene fondo plano y horizontal

Sus paredes rectas y verticales, convergen formando un tramo de ingreso en 1 / 3 de su longitud y luego divergen formando un tramo de salida en los 2 / 3 finales.

La unión de ambos segmentos de ingreso y salida, forman la garganta, la cual al no tener desarrollo longitudinal, le da al aforador la característica de medidor “si cuello”.