INTRODUCCION En los los Dist Distri rito toss de Rieg Riego o se co cond nduc uce e el agua agua desd desde e las las fuen fuenttes de abas abastec tecim imien iento to hast hasta a las parce parcelas las de los usua usuario rios, s, trat tratan ando do de dar dar el servicio de entrega de agua para riego en el momento oportuno y con la cantidad necesaria. El problema principal es entregar el agua a los usuarios en el momento en que los cultivos lo demandan, esto se debe a que los distritos de riego generalmente comprenden varios millares de hectáreas dominadas y no disponen de la programación de los cultivos. Para conducir y distribuir el agua desde la fuente de abastecimiento hasta las parcelas, es nece necesa sari rio o hace hacerl rlo o por por un sist sistema ema de ca cana nales les,, co con n obra obrass de co cont ntro roll y comple complemen mentar tarias ias,, constr construida uidass y locali localizad zadas as de manera manera que permit permitan an su distribución entre las diferentes unidades, zonas y secciones de riego. Por otra parte, cuando el agua es escasa, su costo de oportunidad es alto, haciendo indispensable que su distribución sea eciente y que las p!rdidas de conducción sean m"nimas. Para ara dar dar el se serv rvic icio io opor oportu tuno no y suc sucien iente te es nece necesa sario rio co cont ntar ar co con n la prog progra ramac mación ión adec adecua uada da,, me medi dian ante te la esti estima maci ción ón de la deman demanda da #uso #uso consuntivo$. %ambi!n %ambi!n se requiere conocer las eciencias e ciencias de los canales y sus fact factor ores es de p!rd p!rdid idas as de co cond nduc ucci ción ón,, co con n la nal nalid idad ad de co cono noce cerr los los vol&menes que deben e'traerse, derivarse y distribuirse en los diferentes niveles de operación de los distritos distritos de riego. riego. (as eciencias eciencias y las p!rdidas de conducción se determinan mediante aforos. De acuerdo con los programas de e'tracción se regulan las válvulas de las obras de toma en las fuentes fuentes de abastecimien abastecimiento, to, las compuertas de presas derribadoras, canales principales y tomas laterales. Para entregar los gastos solicitados solicitados a cada )efe de unidad o de zona, se verica, verica, mediante aforos, aforos, la regulación de las compuertas, a su vez, los )efes de zona entregan los vol&men vol&menes es sol solicit icitado adoss por los canale canaleros ros,, para para que estos estos los distri distribuy buyan an entre los predios que van a regarse. En los distritos de riego los aforos son la base del mane)o eciente del agua en el proceso de e'tracción, conducción, y distribución* por lo que se ha considerado de gran importancia elaborar este manual, con un enfoque práctico, de fácil aplicabilidad en los diferentes niveles de medición del agua, como son+ red mayor #corrientes grandes$, red menor #corrientes medianas$ y parcelario #caudales pequeos$. (a modernización de los procedimientos de operación se debe basar en el uso correcto de los m!todos de aforo para lograr+ entregar el agua a los usuarios por dotación volum!trica, por tandeo o por demanda libre, obtener esta estad"s d"sti tica cass real reales es que que permit permitan an elab elabor orar ar me me)or )ores es plan planes es de rie riego go,, la distribución equitativa en las tomas gran)as y cobrar el agua por volumen entregado a usuarios. (os dis dispos positiv itivos os para para afor afora ar deb deben ser+ er+ fáci fácile less de lee eerr e insta nstala lar, r, hidráulicamente ecientes, precisos, autolimpiables y resistentes al uso, con la nalidad de reducir su mantenimiento.
(os equipos y estructuras de aforo para uso com&n deben usar escalas para estimar el valor del gasto directamente, debido a que pocas personas hacen cálculos en el campo y se les diculta usar tablas y grácas. (as escalas que indican gastos directamente, rara vez se encuentran en el campo. Para la operación de las redes de canales es necesario aforar frecuentemente y en muchos sitios, por lo que se requieren muchos dispositivos de aforo. De acuerdo con la carga hidráulica disponible o los desniveles del terreno, es indispensable usar dispositivos de aforo que re&nan las caracter"sticas mencionadas con anterioridad y sobre todo que sean hidráulicamente ecientes, es decir, que, para funcionar adecuadamente, la p!rdida de carga sea m"nima. Para lograr los requisitos anteriores es necesario sacricar cierto grado de precisión en las medidas de gasto, siempre y cuando el error má'imo var"e desde - hasta /0. En este traba)o se ha clasicado a los m!todos de aforo para canales de riego. Estos m!todos pueden servir en la hidrometr"a y para la distribución de agua de los distritos de riego. El ob)etivo general de este traba)o, es dar a conocer sobre los distintos m!todos de aforo de canales de riego y como e)ecutarlos correctamente.
AFORO DE CANALES DE RIEGO 1. MEDICIÓN DE CAUDAL Desde hace varios siglos el ser humano ha tenido la necesidad de medir el comportamiento f"sico del agua en movimiento o en reposo. Es por ello que ha inventado muchos aparatos que registran la velocidad, la presión, la temperatura y el caudal. 1na de las variables que más interesan es esta <ima, el caudal, puesto que a trav!s de !l se cuantican consumos, se eval&a la disponibilidad del recurso h"drico y se planica la respectiva gestión de la cuenca. El caudal, 2, se dene como el volumen de agua, 3, que pasa por una sección en un determinado tiempo, t, es decir+
4forar es medir un caudal. Para realizar un aforo en un sistema hidráulico, se puede medir directamente el volumen, en un recipiente y el tiempo, con un cronómetro. Este m!todo volum!trico es el más recomendable, sin embargo, a veces es dif"cil de aplicar, solamente resulta &til para caudales pequeos y donde las caracter"sticas f"sicas lo permitan.
Debido a lo anterior, han surgido los m!todos indirectos, que como su nombre lo seala miden otras variables f"sicas distintas del caudal, como por e)emplo la velocidad o la altura piezom!trica, para luego, aplicando los principios hidráulicos, obtener dicho caudal. (os m!todos de medición indirectos de caudales se pueden agrupar en tres tipos+ 5rea6 3elocidad, 4ltura Piezom!trica y por medio de trazadores. 4 continuación, se describen los m!todos+
MÉTODOS DE AFORO PARA CANALES DE RIEGO En los distritos de riego, se necesita medir los caudales para distribuir el agua. 7recuentemente se encuentran corrientes naturales, como son los r"os que aportan agua a las presas y los canales de derivación o tramos de r"o, que sirven para conducir el agua, desde las presas de almacenamiento hasta las presas derribadoras. Estos cauces naturales o articiales operan con grandes gastos y tienen anchos que requieren puentes o el sistema cable canastilla, para realizar los traba)os de aforo. 8eneralmente las brigadas de hidrometr"a realizan los aforos en la red mayor de los distritos de riego, usando los m!todos del molinete, secciones calibradas y estructuras, tales como compuertas radiales y rectangulares.
1.1. Métodos de área y e!o"#dad 9onsiste en determinar el área de una sección transversal de la corriente y la velocidad del agua a trav!s de !sta* la primera por medio de sondeos y la velocidad por cualquiera de los m!todos que se describen posteriormente. En este m!todo se utiliza la ecuación de continuidad. El caudal en una sección transversal de área 4 está dado por+
En donde la integral se apro'ima sumando los caudales incrementales calculados para cada medición i, #i:/,;,.,n$, de velocidad i 3 y profundidad Di. (as mediciones representan valores promedio a lo largo de unancho i
Por su parte, la velocidad i 3i, en un punto, se puede medir, por e)emplo, con alguno de los siguientes dispositivos+ =otador y relo), molinetes y sensores de inducción magn!tica. 9on el =otador y el relo) se toman lecturas del tiempo que recorre un cuerpo que avanza =otando sobre el agua. El molinete registra el n&mero de vueltas que impone el efecto dinámico del agua y se relaciona esta frecuencia de giro con la velocidad. El sensor de inducción magn!tica basa su funcionamiento en la ley de 7araday que dice que si un medio electro conductor se desplaza en un campo magn!tico, una tensión inducirá dicho conductor* por lo tanto la tensión es proporcionalmente lineal a la velocidad del conductor el!ctrico #corriente de agua$.
4l usar uno u otro aparato de medición es necesario tener siempre presente la posibilidad de generar errores en las mediciones, debido a que un pequeo error inicial se puede propagar y repercutir en el dato nal.
1.$. Método de !a a!t%ra &#e'o(étr#"a. El otro m!todo indirecto para medir el caudal que tiene una corriente de agua, es el que e'presa este caudal como una función de la altura piezo m!trica. (a relación es muy sencilla, siendo del tipo potencial+
%anto el coeciente 9 como el e'ponente z, dependen de las caracter"sticas geom!tricas del dispositivo de medición que se trate.
1.). Método "o* tra'ador Este tipo de medición se utiliza cuando las condiciones de la corriente dicultan el uso de otros m!todos, ya sea por la geometr"a de la ca)a del r"o o por su turbulencia. >e basa en la inyección de una sustancia reconocible y que es medida aguas aba)o, com&nmente se utiliza sal #?a9l$ o trazadores =uorescentes #rodamina$. Para una buena aplicación de este m!todo se deben tener las siguientes consideraciones+
7lu)o constante durante la medición. 9onductividad base constante durante la medición.
Distribución homog!nea del trazador en la sección transversal del punto de medición. %odo el trazador inyectado debe pasar a trav!s de la sección trasversal donde se está midiendo.
En caso de inyectar sal, como se emplea un sensor de conductividad, !ste debe ser previamente calibrado, de forma tal de conocer la conductividad base del r"o. Posterior a ello se procede a incorporar el trazador a la corriente del r"o. >e debe procurar una buena mezcla de la sustancia, por ello, deben evitarse las aguas detenidas #pozas$, =u)os con ba)a turbulencia y zonas con mucha vegetación.
Para asegurar una buena mezcla, el trazador es disuelto previamente. 1na vez incorporado al =u)o empieza el proceso de medición, registrándose una curva como la de la 7igura @. Por tanto, la masa de trazador inyectada corresponde al área sombreada, la cual queda e'presada por+
Esta e'presión puede apro'imarse mediante sumatorias de concentraciones medidas a intervalos regulares At +
4 partir de lo cual se puede despe)ar el caudal+
1.+. Método de! (o!#*ete, El molinete es un instrumento que tiene una h!lice o rueda de cazoletas, que gira al introducirla en una corriente de agua. El de tipo de taza cónica gira sobre un e)e vertical y el de tipo h!lice gira sobre un e)e horizontal. En ambos casos la velocidad de rotación es proporcional a la velocidad de la corriente* se cuenta el n&mero de revoluciones en un tiempo dado. (os molinetes pueden ir montados en soportes o suspendidos de cables. 4ntes de ser usados en el campo, deben ser calibrados por el fabricante para determinar la relación entre la velocidad de rotación de la h!lice y la velocidad del agua. (a sección elegida para la medida con el molinete debe estar situada en un tramo recto y de una sección lo más homog!nea posible a lo largo de dicho tramo. 1n molinete mide la velocidad en un &nico punto, es por esto que, para calcular el caudal total se deben realizar varias mediciones.
Método de !os &%*tos >e deben realizar distintas observaciones de velocidad en cada vertical dependiendo de la profundidad del curso del agua. Para secciones de poca profundidad #menores a @0 cm$ se realizan observaciones en cada vertical colocando el molinete a 0,@ de la profundidad total por deba)o de la supercie libre. Para profundidades superiores, generalmente, se mide la velocidad a 0,; y luego a 0,B de la profundidad de la supercie libre y se usa el promedio de las dos medidas como la velocidad media en la vertical. En la %abla ;./ se resumen los antecedentes necesarios para el cálculo de la velocidad media de acuerdo a la profundidad del cauce+
•
C!todo de m<iples puntos+
9onsiste en medir velocidades en muchas posiciones de la vertical para denir el perl de velocidad bastante bien y as" calcular una velocidad media lo sucientemente e'acta. El m!todo es muy preciso, dependiendo del n&mero de puntos de referencia medidos para el perl, pero requiere de mucho tiempo. •
C!todo supercial+
mplica medir la velocidad cerca de la supercie libre y despu!s multiplicarla por un coeciente que va desde 0,B- a 0,-, dependiendo de la profundidad del agua, de la velocidad, y de la naturaleza del r"o o canal. (a dicultad de determinar el coeciente e'acto limita la utilidad y la e'actitud de este m!todo. En general, se utiliza para medir la velocidad en crecidas, en donde no se recomienda efectuar un aforo convencional, para proteger los equipos hidrom!tricos. •
C!todo de integración+
En este m!todo el molinete es sumergido y elevado a lo largo de toda la vertical a una velocidad uniforme. (a velocidad de ascenso o descenso del molinete no deberá ser superior al - de la velocidad media del =u)o en toda la sección transversal y en todo caso deberá estar comprendida entre 0.0F y 0./0 mGs. >e determina el n&mero de revoluciones por segundo. En cada vertical se realizan dos ciclos completos y, si los resultados dieren de más de /0, se repite la medición. •
9urvas sotáquicas+
9onsiste en trazar l"neas de igual velocidad en el perl del cauce y obtener la velocidad media de la sección por integración directa.
>e deben escoger las secciones a aforar, teniendo presente que+
(a sección elegida debe estar situada en un tramo recto y ser lo más homog!nea posible a lo largo de dicho tramo. 3ericar que la sección sea adecuada para el tamao del molinete.
E'aminar las obstrucciones presentes en la sección y en caso de ser necesario remover las piedras pesadas que puedan dicultar una correcta medición. %odo esto debe ser realizado antes de comenzar el aforo, para as" no alterar las condiciones del =u)o.
1na vez escogido el sitio de medición se debe colocar un lazo de un e'tremo a otro para marcar bien la perpendicularidad al cauce. Para realizar esta medición es necesario tener la relación entre la velocidad de rotación de la h!lice del Colinete y la velocidad del agua, la cual está dada por el fabricante y se resume en la siguiente tabla+
1.-. Método de !a Ca*a!eta Parsa!! (os aforadores Parshall son instrumentos calibrados para la medida del caudal en cauces abiertos. >e describe t!cnicamente como un aforador de profundidad cr"tica. >us principales venta)as son que sólo e'iste una pequea p!rdida de carga a trav!s del aforador, que de)a pasar fácilmente sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguación y que tampoco necesita correcciones para una sumergencia de hasta un @0. En consecuencia, es adecuado para la medición del caudal en canales de riego o en corrientes naturales con una pendiente suave. El medidor consiste en una sección convergente con el fondo a nivel, una sección de garganta con el fondo con pendiente descendente y una sección
divergente con el fondo con pendiente ascendente 8racias a ello el agua escurre a velocidad cr"tica a trav!s de la garganta.
(a sección control del medidor está situada cerca del nal de la sección convergente. (os aforadores Parshall están calibrados para una altura piezom!trica #ha$, medida en un lugar denido de la sección convergente. (a altura piezom!trica de aguas aba)o #hb$ se mide en la sección de la garganta. (os aforadores Parshall se construyen de muy diversos tamaos y se clasican seg&n sea la anchura en la sección de garganta. El Parshall más pequeo tiene una anchura de garganta de / pulgada #;-,F mm$ y el más grande de -0 pies #/-.;-0 mm.$.
9uando la relación de sumergencia #hbGha$ e'cede el valor de 0,@0 en medidores de H, @ y pulgadas, entonces la descarga del medidor se reduce debido a la sumergencia. Ia)o estas condiciones, las ecuaciones de descarga de los aforadores no son válidas y deben ser reducidas en la variación de la descarga debido a la sumergencia #2E$. El caudal corregido #2>$ será+ 2> : 2 . 2E* 2E : reducción de descarga debido a sumergencia. Para aforar con una canaleta Parshall, se deben tener presente los siguientes pasos+
4decuar el terreno con palas e instrumentos disponibles para instalar la canaleta propiamente tal. Encauzar el =u)o de tal forma que toda el agua sea captada por la canaleta 9erciorarse de que la canaleta est! horizontal, vale decir, no presente una inclinación que pueda cambiar la altura del =u)o.
1na vez cumplidos los puntos anteriores se debe medir la altura de agua en la regla de la canaleta.
CONCLUSIONES >e dio a conocer de manera detallada los distintos m!todos de aforo de canales de riego, as" como e)ecutarlos correctamente evitando as" cometer errores que pueda afectar de manera directa o indirecta esto.
/I/LIOGRAFIA
J4forosK http+GG<<<.ingenierocivilinfo.comG;0/0G0-Gaforos.html
JCedición del caudal por aforo del rioK https+GGes.slideshare.netGemilycoylaramosGmedicion6del6caudal6por6 aforo6del6rio
JLidrometr"aK http+GG<<<.monograas.comGtraba)os;0GhidrometriaGhidrometria.shtm l
J8u"a de aforos en canales abiertos y estimación de tasas de nltraciónK 6 Mames CcPhee %. ;0/H
AFORO DE CANALES DE RIEGO
