Mtodos volumtricosMtodo velocidad/superficieClasificacin de una estacin de aforoFormulas empricas para calcular la velocidadVertederos de aforoAforadoresLimngrafos

En el presente captulo se analizan los mtodos para medir loscaudales de escorrentaen los canales, los arroyos y los ros. En el Captulo 7 se estudia la estimacin de lacantidad de escorrenta totalpor mtodos empricos o a partir de modelos.Mtodos volumtricosLa forma ms sencilla de calcular los caudales pequeos es la medicin directa del tiempo que se tarda en llenar un recipiente de volumen conocido. La corriente se desva hacia un canal o caera que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su llenado se mide por medio de un cronmetro. Para los caudales de ms de 4 l/s, es adecuado un recipiente de 10 litros de capacidad que se llenar en 2 segundos. Para caudales mayores, un recipiente de 200 litros puede servir para corrientes de hasta 50 1/s. El tiempo que se tarda en llenarlo se medir con precisin, especialmente cuando sea de slo unos pocos segundos. La variacin entre diversas mediciones efectuadas sucesivamente dar una indicacin de la precisin de los resultados.Si la corriente se puede desviar hacia una caera de manera que descargue sometida a presin, el caudal se puede calcular a partir de mediciones del chorro. Si la caera se puede colocar de manera que la descarga se efecte verticalmente hacia arriba, la altura que alcanza el chorro por encima del extremo de la tubera se puede medir y el caudal se calcula a partir de una frmula adecuada tal como se indica en la Figura 19. Es asimismo posible efectuar estimaciones del caudal a partir de mediciones de la trayectoria desde tuberas horizontales o en pendiente y desde tuberas parcialmente llenas, pero los resultados son en este caso menos confiables (Scott y Houston 1959).Mtodo velocidad/superficieEste mtodo depende de la medicin de la velocidad media de la corriente y del rea de la seccin transversal del canal, calculndose a partir de la frmula:O(m/s) = A(m2) x V(m/s)La unidad mtrica es m/s. Como m/s es una unidad grande, las corrientes menores se miden en litros por segundo (1/s).Una forma sencilla de calcular la velocidad consiste en medir el tiempo que tarda un objeto flotante en recorrer, corriente abajo, una distancia conocida. La velocidad no esFIGURA 19 - Clculo de la comente en caeras a partir de la altura de un chorro vertical (Bos 1976)a) Napa de agua baja (altura de descarga baja)

Q = 5,47D1,25H1,35(1)Q en metros cbicos por segundo; D y H en metros.Si H < 0,4 D utilcese la ecuacin (1)Si H > 1,4 D utilcese la ecuacin (2)Si 0,4D < H < 1,4D calclense ambas ecuaciones y tmese la mediab) Chorro

Q = 3,15D1,99H0,53(2)FIGURA 20 -Variacin de la velocidad en una corriente

Otro mtodo consiste en vertir en la corriente una cantidad de colorante muy intenso y medir el tiempo en que recorre aguas abajo una distancia conocida. El colorante debe aadirse rpidamente con un corte neto, para que se desplace aguas abajo como una nube colorante. Se mide el tiempo que tarda el primer colorante y el ltimo en llegar al punto de medicin aguas abajo, y se utiliza la media de los dos tiempos para calcular la velocidad media.En las corrientes turbulentas la nube colorante se dispersa rpidamente y no se puede observar y medir; es posible usar otros indicadores, ya sean productos qumicos o radioistopos; se conoce como el mtodo de la dilucin. Una solucin del indicador de densidad conocida se aade a la corriente a un ritmo constante medido y se toman muestras en puntos situados aguas abajo. La concentracin de la muestra tomada aguas abajo se puede comparar con la concentracin del indicador aadido y la dilucin es una funcin del caudal, la cual es posible calcular.Una determinacin ms exacta de la velocidad se puede obtener utilizando un molinete. En la Figura 21 se ilustran los dos principales tipos de molinete. El de tipo de taza cnica gira sobre un eje vertical y el de tipo hlice gira sobre un eje horizontal. En ambos casos la velocidad de rotacin es proporcional a la velocidad de la corriente; se cuenta el nmero de revoluciones en un tiempo dado, ya sea con un contador digital o como golpes odos en los auriculares que lleva el operador. En las corrientes superficiales se montan pequeos molinetes sobre barras que sostienen operarios que caminan por el agua (Fotografa 23). Cuando hay que medir caudales de una avenida en grandes ros, las lecturas se toman desde un puente o instalando un cable suspendido por encima del nivel mximo de la avenida; el molinete se baja por medio de cables con pesas para retenerlo contra la corriente del ro.FIGURA 21 - Dos tipos de molinetea) tipo taza cnica

b) tipo hlice

Un molinete mide la velocidad en un nico punto y para calcular la corriente total hacen falta varias mediciones. El procedimiento consiste en medir y en trazar sobre papel cuadriculado la seccin transversal de la corriente e imaginar que se divide en franjas de igual ancho como se muestra en la Figura 22. La velocidad media correspondiente a cada franja se calcula a partir de la media de la velocidad medida a 0,2 y 0,8 de la profundidad en esa franja. Esta velocidad multiplicada por la superficie de la franja da el caudal de la franja y el caudal total es la suma de las franjas. El Cuadro 2 muestra cmo se efectuarn los clculos con respecto a los datos indicados en la Figura 22. En la prctica, se utilizaran ms franjas que el nmero indicado en la Figura 22 y en el Cuadro 2. Para aguas poco profundas se efecta una nica lectura a 0,6 de la profundidad en lugar de la media de las lecturas a 0,2 y 0,8.FOTOGRAFA 23 -Medicin del caudal con un molinete en Botswana (FAO, Foto de la biblioteca)A veces la informacin necesaria con respecto a las corrientes es el caudal mximo y se puede efectuar una estimacin aproximada utilizando el mtodo velocidad/superficie. La profundidad mxima del caudal en una corriente se puede a veces deducir de la altura de los residuos atrapados en la vegetacin de los mrgenes o de seales ms elevadas de socavacin o de depsitos de sedimentos en la orilla. Tambin es posible instalar algn dispositivo para dejar un registro del nivel mximo. Para evitar lecturas falsas debidas a la turbulencia de la corriente, se utilizan pozas de amortiguacin, normalmente una tubera con agujeros del lado aguas abajo. La profundidad mxima del agua se puede registrar sobre una varilla pintada con una pintura soluble en agua, o a partir de las trazas dejadas en el nivel superior de algn objeto flotante sobre la superficie del agua en la varilla. Entre otros materiales utilizados cabe mencionar corcho molido, polvo de tiza o carbn molido. Una vez que se conoce la profundidad mxima de la corriente, se puede medir el rea de la seccin transversal correspondiente del canal y calcular la velocidad por alguno de los mtodos descritos, teniendo presente que la velocidad en un caudal elevado suele ser superior a la de un caudal normal.FIGURA 22 -Clculo del caudal de una comente a partir de las mediciones efectuadas con un molinete. Los clculos correspondientes a este ejemplo figuran en el Cuadro 2

CUADRO 2 -Clculo del caudal a partir de las lecturas en el molinete12345678

SeccinVelocidad del caudal(m/s)Profundidad(m)Ancho(m)rea(m2)5x6Caudal(m/s)4x7

0,2D0,8DMedia

1--0,51,32,02,61,30

20,80,60,71,71,01,71,19

30,90,60,752,01,02,01,50

41,10,70,92,21,02,21,98

51,00,60,81,81,01,81,44

60,90,60,751,41,01,41,05

7--0,550,72,01,40,77

TOTAL9,23

D es la profundidad de la corriente en el punto medio de cada seccin.Clasificacin de una estacin de aforoSi se efectan mediciones del caudal por el mtodo del molinete cuando el ro fluye a profundidades diferentes, esas mediciones se pueden utilizar para trazar un grfico del caudal en comparacin con la profundidad de la corriente tal como se muestra en la Figura 23. La profundidad del flujo de una corriente o de un ro se denominanivel de agua,y cuando se ha obtenido una curva del caudal con relacin al nivel de agua, la estacin de aforo se describe comocalibrada.Las estimaciones posteriores del caudal se pueden obtener midiendo el nivel en un punto de medicin permanente y efectuando lecturas del caudal a partir de la curva de calibrado. Si la seccin transversal de la corriente se modifica a causa de la erosin o de la acumulacin de depsitos, se tendr que trazar una nueva curva de calibrado. Para trazar la curva, es necesario tomar mediciones a muchos niveles diferentes del caudal, con inclusin de caudales poco frecuentes que producen inundaciones. Es evidente que esto puede requerir mucho tiempo, particularmente si el acceso al lugar es difcil, por lo que es preferible utilizar algn tipo de vertedero o aforador que no necesite ser calibrado individualmente, como se analiza ms adelante.FIGURA 23 -Ejemplo de la curva de calibrado de una corriente o ro

FIGURA 24- Canales con un rea idntica de seccin transversal pueden tener radios hidrulicos diferentes

Formulas empricas para calcular la velocidadLa velocidad del agua que se desliza en una corriente o en un canal abierto est determinada por varios factores.El gradiente o la pendiente.Si todos los dems factores son iguales, la velocidad de la corriente aumenta cuando la pendiente es ms pronunciada.La rugosidad.El contacto entre el agua y los mrgenes de la corriente causa una resistencia (friccin) que depende de la suavidad o rugosidad del canal. En las corrientes naturales la cantidad de vegetacin influye en la rugosidad al igual que cualquier irregularidad que cause turbulencias.Forma.Los canales pueden tener idnticas reas de seccin transversal, pendientes y rugosidad, pero puede haber diferencias de velocidad de la corriente en funcin de su forma. La razn es que el agua que est cerca de los lados y del fondo de una corriente se desliza ms lentamente a causa de la friccin; un canal con una menor superficie de contacto con el agua tendr menor resistencia friccin y, por lo tanto, una mayor velocidad. El parmetro utilizado para medir el efecto de la forma del canal se denominaradio hidrulicodel canal. Se define como la superficie de la seccin transversal dividida por el permetro mojado, o sea la longitud del lecho y los lados del canal que estn en contacto con el agua. El radio hidrulico tiene, por consiguiente, una cierta longitud y se puede representar por las letras M o R. A veces se denomina tambin radio medio hidrulico o profundidad media hidrulica. La Figura 24 muestra cmo los canales pueden tener la misma superficie de seccin transversal pero un radio hidrulico diferente. Si todos los dems factores son constantes, cuanto menor es el valor de R menor ser la velocidad.Todas estas variables que influyen en la velocidad de la corriente se han reunido en una ecuacin emprica conocida como lafrmula de Manning,tal como sigue:

donde:V es la velocidad media de la corriente en metros por segundoR es el radio hidrulico en metros (la letra M se utiliza tambin para designar al radio hidrulico, con el significado de profundidad hidrulica media)S es la pendiente media del canal en metros por metro (tambin se utiliza la letraipara designar a la pendiente)n es un coeficiente, conocido comon de Manning o coeficiente de rugosidad de Manning.En el Cuadro 3 figuran algunos valores correspondientes al flujo de canales.En sentido estricto, el gradiente de la superficie del agua debera utilizarse en la frmula de Manning; es posible que no sea el mismo gradiente del lecho de la corriente cuando el agua est subiendo o bajando. Sin embargo, no es fcil medir el nivel de la superficie con precisin por lo que se suele calcular una media del gradiente del canal a partir de la diferencia de elevacin entre varios conjuntos de puntos situados a 100 metros de distancia entre ellos. Se dispone de nomogramas para facilitar la solucin de la frmula de Manning, como indica el ejemplo de la Figura 25.Otra frmula emprica sencilla para calcular la velocidad de la corriente es lafrmula de zanjas colectoras de Elliot,que es la siguiente:

dondeV es la velocidad media de la corriente en metros por segundom es el radio hidrulico en metrosh es la pendiente del canal en metros por kilmetroEsta frmula parte del supuesto de un valor dende Manning de 0,02 y, por consiguiente, slo es adecuada para caudales naturales de corriente libre con escasa rugosidad.CUADRO 3 -Valores del coeficiente n de rugosidad de Manninga) Canales sin vegetacin

Seccin transversal uniforme, alineacin regular sin guijarros ni vegetacin, en suelos sedimentarios finos0,016

Seccin transversal uniforme, alineacin regular, sin guijarros ni vegetacin, con suelos de arcilla duros u horizontes endurecidos0,018

Seccin transversal uniforme, alineacin regular, con pocos guijarros, escasa vegetacin, en tierra franca arcillosa0,020

Pequeas variaciones en la seccin transversal, alineacin bastante regular, pocas piedras, hierba fina en las orillas, en suelos arenosos y arcillosos, y tambin en canales recin limpiados y rastrillados0,0225

Alineacin irregular, con ondulaciones en el fondo, en suelo de grava o esquistos arcillosos, con orillas irregulares o vegetacin0,025

Seccin transversal y alineacin irregulares, rocas dispersas y grava suelta en el fondo, o con considerable vegetacin en los mrgenes inclinados, o en un material de grava de hasta 150 mm de dimetro0,030

Canales irregulares erosionados, o canales abiertos en la roca0,030

(b) Canales con vegetacin

Gramneas cortas (50-150 mm)0,030-0,060

Gramneas medias (150-250 mm)0,030-0,085

Gramneas largas (250-600 mm)0,040-0,150

(c) Canales de corriente natural

Limpios y rectos0,025-0,030

Sinuosos, con embalses y bajos0,033-0,040

Con muchas hierbas altas, sinuosos0,075-0,150

FIGURA25 -Nomograma para resolver la frmula de Manning. Si se conocen tres variables, es posible encontrar la cuarta

Ejemplo:Dado R = 0,3 m, n= 0,03, pendiente = 2% o 0,02 m por m, encontrar la velocidad V.Solucin:nase R = 0,3 y n = 0,03 y proyctese la lnea de referencia. nase el punto situado en la lnea de referencia con la pendiente = 0,02. La interseccin de la escala de velocidad da V =2,0 m/s.Vertederos de aforo

Vertederos de pared agudaVertederos de pared ancha

La medicin del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser exacta debido a que el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relacin entre nivel y caudal. Los canales de corrientes naturales estn tambin sometidos a cambios debidos a erosin o depsitos. Se pueden obtener clculos ms confiables cuando el caudal pasa a travs de una seccin donde esos problemas se han limitado. Para ello se podra simplemente alisar el fondo y los lados del canal, o recubrirlos con mampostera u hormign o instalar una estructura construida con ese fin. Existe una amplia variedad de esos dispositivos, la mayora idneos para una aplicacin particular. A continuacin se describe una seleccin de los dispositivos que son fciles de instalar y de hacer funcionar con referencia a manuales adecuados para estructuras ms caras o complicadas.En general las estructuras a travs de la corriente que cambian el nivel de aguas arriba se denominan vertederos y las estructuras de tipo canal se denominan aforadores, aunque esta distincin no siempre se cumple. Una distincin ms importante es entre dispositivosestndaryno estndar.Un vertedero o aforador estndar es el que se construye e instala siguiendo especificaciones uniformes y cuando el caudal puede obtenerse directamente de la profundidad de la corriente mediante el empleo de diagramas o tablas de aforo, es decir, cuando el aforador ha sido previamente calibrado. Un vertedero o aforador no estndar es el que necesita ser calibrado individualmente despus de la instalacin mediante el empleo del mtodo velocidad/superficie como cuando se establece el aforo de una corriente. Existe un conjunto tan amplio de dispositivos estndar que es preferible evitar las estructuras no normalizadas salvo para hacer clculos aislados de los caudales de la corriente utilizando el mtodo velocidad/superficie en un puente o un vado o una alcantarilla.La mayor parte de los vertederos estn concebidos para una descarga libre sobre la seccin crtica con el fin de que el caudal sea proporcional a la profundidad de la corriente en el vertedero, pero algunos vertederos pueden funcionar en una situacin denominadasumergida o ahogada,en el que el nivel de aguas abajo interfiere con la corriente sobre el vertedero. Algunos tipos de vertederos se pueden corregir mediante la sumersin parcial, pero esto constituye una complicacin poco conveniente que requiere medidas adicionales y ms clculos, por lo que se la debe evitar siempre que sea posible (Figura 26). Otra variacin que tambin es preferible evitar, es la del vertedero sin contraccin, que es un vertedero instalado en un canal del mismo ancho que la seccin crtica (Figura 27).Vertederos de pared agudaLos dos tipos ms comunes son el vertedero triangular (con escotadura en V) y el vertedero rectangular como se muestra en la Figura 28. Debe haber una poza de amortiguacin o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente tal como se muestra en la Figura 29. A esto se denominacontraccin final,necesaria para aplicar la calibracin normalizada.Para determinar la profundidad de la corriente a travs del vertedero, se instala un medidor en la poza de amortiguacin en un lugar en el que se pueda leer fcilmente. El cero del medidor fija el nivel en el punto ms bajo de la escotadura. El medidor debe instalarse bastante detrs de la escotadura para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma.FIGURA 26 - Corriente libre y corriente sumergida sobre un vertedero de pared agudaCORRIENTE LIBRE

CORRIENTE SUMERGIDA

FIGURA27-Corriente libre con contraccin final y corriente controlada con contraccin en el vertedero en un canal

FIGURA 28 - Medicin del caudal con vertederos de pared aguda(a) vertedero con escotadura en V de 90

(b) vertedero con escotadura rectangular

FIGURA 29 -Los vertederos con pared aguda deben tener el extremo agudo aguas arriba

Los vertederos con escotadura en V son porttiles y sencillos de instalar de manera temporal o permanente. La forma en V significa que son ms sensibles a un caudal reducido, pero su ancho aumenta para ajustarse a caudales mayores. El ngulo de la escotadura es casi siempre de 90, pero se dispone de diagramas de calibracin para otros ngulos, 60, 30 y 15, cuando es necesario aumentar la sensibilidad. En el Cuadro 4 Figuran los valores del caudal a travs de pequeos vertederos con escotadura en V de 90.Para caudales mayores el vertedero rectangular es ms adecuado porque el ancho se puede elegir para que pase el caudal previsto a una profundidad adecuada. En el Cuadro 5 se indican los caudales por metro de longitud de la cresta, por lo que se puede aplicar a los vertederos rectangulares de cualquier tamao.Otros vertederos con pared delgadaEn algunos vertederos se combinan las caractersticas de la escotadura en V y de la escotadura rectangular. El vertedero Cipolletti tiene una cresta horizontal como una escotadura rectangular y lados en pendiente, sin embargo, para instalaciones sencillas, esto no aporta ninguna ventaja con respecto a la escotadura rectangular (Figura 30).El vertedero compuesto se utiliza a veces cuando hace falta una medicin sensible de caudales reducidos a travs de la escotadura en V y se necesitan tambin mediciones de caudales grandes a travs de la escotadura rectangular. El diseo y la calibracin ms complicadas implican que este tipo de vertedero se limite a estudios hidrolgicos complejos (Figura 31).Vertederos de pared anchaEn las corrientes o ros con gradientes suaves, puede resultar difcil instalar vertederos con pared aguda que requieren un rebose libre de aguas abajo. La otra posibilidad est constituida por los vertederos que pueden funcionar parcialmente sumergidos. Sirva de ejemplo el vertedero triangular del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos representado en las Fotografas 24 y 25. Se trata de un vertedero casi normalizado en el sentido de que se dispone de tablas de aforo (USDA 1979), pero el aforo est influido por la velocidad de llegada y la calibracin debe verificarse por medio de mediciones efectuadas con un molinete. Otro ejemplo, que podra igualmente denominarse aforador o vertedero, se indica en la Fotografa 26 y requiere igualmente la calibracin con un molinete.CUADRO 4 -Caudales por encima de un vertedero de escotadura en V de 90 (de USDI 1975)Carga(mm)Caudal(l/s)

400,441

500,731

601,21

701,79

802,49

903,34

1004,36

1105,54

1206,91

1308,41

14010,2

15012,0

16014,1

17016,4

18018,9

19021,7

20024,7

21027,9

22031,3

23035,1

24038,9

25043,1

26047,6

27052,3

28057,3

29062,5

30068,0

350100,0

CUADRO 5 -Caudales por encima de un vertedero rectangular con contracciones finales (de USDI 1975)Carga(mm)Caudal (l/s) por metro de longitud de cresta

309,5

4014,6

5020,4

6026,7

7033,6

8040,9

9048,9

10057,0

11065,6

12074,7

13084,0

14093,7

150103,8

160114,0

170124,5

180136,0

190146,0

200158,5

210169,5

220181,5

230193,5

240205,5

250218,5

260231,0

270244,0

280257,5

290271,0

300284,0

310298,0

20311,5

330326,0

340340,0

350354,0

360368,5

370383,5

380398,0

FIGURA 30 -Un vertedero Cipolletti

FIGURA 31 -Un vertedero compuesto

FOTOGRAFA 24 -Vertedero en V con pared ancha con solera aguas abajo, en el UTA, NigeriaFOTOGRAFA 25 -Entrada al vertedero y caballete para efectuar las mediciones con el molinete y obtener muestras de sedimentosFOTOGRAFA 26 -Vertedero no-standard en una corriente con un arrastre de fondo muy pesado en JavaAforadores

El canal de aforo ParshallAforadores en HAforador del Washington State College (WSC)Utilizacin de estructuras existentes

En los Estados Unidos se han desarrollado varios modelos de aforadores para ser utilizados en situaciones especiales y se emplean extensamente a pesar de lo inadecuado de las unidades de medida. El diseo, la construccin y las calibraciones de laboratorio se efectuaron en unidades de pies por segundo (pps) y, hasta que algn laboratorio emprenda la tarea de transformar a unidades mtricas, el mtodo prctico consiste en construir los aforadores segn las especificaciones originales en pies y utilizar las conversiones mtricas de los ndices de los caudales calculadas por un consorcio de laboratorios hidrulicos de los Pases Bajos (Bos 1976).La razn de este enfoque es el diseo complicado de las diferentes dimensiones de los aforadores, que se normalizaron despus de aos de pruebas y errores y que luego se calibraron. Las diferentes dimensiones de los aforadores no son modelos a escala hidrulicos, de manera que no se puede asumir que una dimensin en un aforador de cuatro pies ser el doble de las dimensiones correspondientes de un aforador de dos pies. Algunas dimensiones o proporciones son constantes para algunas partes, pero otras varan para cada medida. Como resultado de ello, cada una de las 22 variaciones que se pueden encontrar en los canales de aforo Parshall, y cada uno de los aforadores en H debe considerarse como un dispositivo diferente. Tendrn algunas caractersticas comunes, pero cada uno de ellos tiene sus propias especificaciones de fabricacin y sus propias tablas de calibracin.A pesar de esta complicacin, los aforadores se utilizan ampliamente debido a sus ventajas: se construyen para satisfacer una necesidad particular; son dispositivos de medicin "normalizados", es decir, que se fabrican e instalan de acuerdo con las especificaciones y no necesitan calibracin, y la medicin se puede tomar directamente de las tablas publicadas. Al igual que los vertederos, es preferible que los aforadores funcionen con descarga libre; algunos tipos pueden funcionar de manera satisfactoria en situacin en parte sumergida, es decir, cuando las aguas descansan en el aforador y crean cierta restriccin de la corriente. Si el efecto es previsible y cuantificable, el problema no es grave, pero implica que se debe medir la profundidad del caudal en dos puntos en el aforador, como se indica en la Figura 32 y que se aplique un factor de correccin a las tablas de aforo.El canal de aforo ParshallLlamado as por el nombre del ingeniero de regado estadounidense que lo concibi, se describe tcnicamente como un canal venturi o de onda estacionaria o de un aforador de profundidad crtica. Sus principales ventajas son que slo existe una pequea prdida de carga a travs del aforador, que deja pasar fcilmente sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguacin y que tampoco necesita correcciones para una sumersin de hasta el 70%. En consecuencia, es adecuado para la medicin del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturales con una pendiente suave.El principio bsico se ilustra en la Figura 32. El aforador est constituido por una seccin de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso en pendiente hacia aguas abajo y una seccin de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba. Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crtica a travs de la garganta y con una onda estacionaria en la seccin de divergencia.Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afectar el caudal a travs de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional al nivel medido en el punto especificado en la seccin de convergencia (Fotografa 27 y Figura 32). La relacin del nivel del agua aguas abajo (Hb en la Figura 32) con el nivel aguas arriba Ha se conoce como el grado de sumersin; una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere correccin alguna hasta un 70% de sumersin. Si es probable que se produzca un grado de sumersin mayor, Ha y Hb deben registrarse, como se indica en la Fotografa 28.La dimensin de los aforadores con un ancho de garganta de uno a ocho pies se indica en el Cuadro 6 y en la Figura 33. Los caudales de un aforador de un pie se muestran en el Cuadro 7. Los manuales citados en la seccinOtras obras de consultadan dimensiones y Cuadros de aforo para aforadores menores o mayores y factores de correccin para una sumersin superior al 70%.Para fabricar los canales de aforo Parshall se han utilizado muy diversos materiales. Se pueden prefabricar a partir de lminas de metal o madera o se pueden construir sobre el terreno con ladrillo y argamasa utilizando un armazn de metal prefabricado para garantizar mediciones exactas (Fotografa 29). Si hacen falta varios aforadores, se pueden moldear en hormign empleando tableros reutilizables. Se pueden tomar medidas eventuales de la profundidad del caudal a partir de un puesto de aforo establecido en el muro del canal o, si se requieren registros constantes, es posible instalar en una poza de amortiguacin colocada en una situacin especfica un registrador de flotante.FIGURA 32 -Canal de aforo Parshall (dibujado a partir de Scott y Houston 1959)

FOTOGRAFA 27 -Canal de aforo Parshall con un caudal libre y un registrador de nivelCUADRO 6 -Dimensiones de algunos canales de aforo Parshall (de USDA-SCS 1965)Ancho de la Garganta "W"(pies)A(pies, pulgadas)BCD

13-04-4 7/82-02-9 1/4

13-24-7 7/82-63-4 3/8

23-44-10 7/83-03-11

33-85-4 3/44-05-1 7/8

44-05-10 5/85-06-4 1 /4

54-46-4 6-07-6 5/8

64-86-10 3/87-08-9

75-07-4 8-09-11 3/8

85-47-10 1/89-011-1 3/4

Dimensiones tal como se indican en la Figura 33.Dimensin A=2/3 (W/2 + 4)Para estos lmites de ancho de garganta las dimensiones siguientes son constantes:E = 3-0, F = 2-0, g = 3-0, K = 3 pulgadas, N = 9 pulgadas, X = 2 pulgadas, Y=3 pulgadasFIGURA 33 -Dimensiones de un canal de aforo Parshall (de USDA-SCS 1965)

FOTOGRAFA 28- Canal de aforo Parshall con salida en parte sumergida y dos registradores de nivelFOTOGRAFA 29Construccin de un canal de aforo Parshall en el campo empleando un armazn metlico reutilizableCUADRO 7 -Caudales en un canal de aforo Parshall de un ancho de garganta de 304,8 mm (12 pulgadas)Carga(mm)(Ha en la Figura 32)Caudal(l/s)

303,3

405.2

507,3

609,6

7012,1

8014,9

9017,8

10020,9

11024,1

12027,5

13031,1

14034,8

15038,6

16042,6

17046,7

18051,0

19055,4

20059,8

22571,6

25084,0

27597,1

300110,8

325125,2

350140,1

Aforadores en HEl Servicio de Conservacin de Suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos dise un grupo de aforadores especiales denominados aforadores H para medir los caudales con exactitud y continuidad a partir de parcelas de escorrenta o de pequeas cuencas experimentales. Los requisitos del diseo eran que el aforador debera medir caudales escasos con exactitud, pero tener tambin una buena capacidad para caudales elevados, y que no necesitara una poza de amortiguacin. Otro requisito consista en que pudiera dar paso a una escorrenta que contuviera una fuerte carga de sedimentos. La solucin prctica que se encontr en los Estados Unidos como para la construccin de canales de aforo Parshall fue dar las especificaciones originales en pies y utilizar las conversiones mtricas para el caudal (Bos 1976).Existen tres tipos de aforadores en H. El ms pequeo (HS) puede registrar caudales de hasta 22 l/s, el tipo normal (H) puede medir caudales de hasta 2,36 m/s y el mayor (HL) caudales de hasta 3,32 m/s. Cada tipo se puede construir en diversas dimensiones que se determinan por la profundidad mxima del caudal (D); las dimensiones de fabricacin se dan como proporciones de D, pero las proporciones de los lados del aforador, son diferentes para cada uno de los tres tipos HS, H y HL.El tipo HS se puede construir en cuatro dimensiones, de 0,4 a 1,0 pie, el tipo H en ocho dimensiones de 0,5 a 4,5 pies y el tipo HL en dos dimensiones, de 3,5 y 4,0 pies. Existen, por tanto, 14 posibles especificaciones de fabricacin y 14 tablas de calibracin diferentes. A ttulo de ejemplo, en la Figura 34 se dan las dimensiones del tipo H y en el Cuadro 8 la calibracin del tipo H de la dimensin de 1,5 pies (0,457 m).FIGURA 34 -Proporciones del aforador en H (de USDA-ARS 1979)

CUADRO 8 -Descarga de caudal libre a travs de un aforador en H de 1,5 pies en l/s tomado de Bos (1976)ha(mm)02468

200,270,320,370,420,48

400,911,001,091,181,28

601,752,082,212,352,49

803,433,603,783,964,15

1005,385,605,836,066,29

15012,512,913,213,614,0

20023,323,824,324,925,4

25038,238,939,640,341,0

30057,758,659,560,461,3

35082,383,484,585,686,7

400112114115116118

450148150

Los aforadores en H pueden funcionar parcialmente sumergidos y la correccin se indica en la Figura 35. La sumersin aguas abajo produce un efecto de remanso del agua en el aforador y un aumento de la profundidad del caudal. La curva de correccin muestra en cunto se debe reducir la profundidad medida en el aforador para obtener la profundidad equivalente de un caudal libre con el fin de utilizar las tablas de calibracin.Los aforadores en H se suelen prefabricar con lminas de metal y pueden utilizarse en forma provisional empleando sacos de arena para formar un canal de acceso o tambin como instalaciones permanentes, utilizando hormign o manipostera como se ilustra en la Fotografa 30. Al igual que con el canal de aforo Parshall, se pueden efectuar mediciones en un punto de la profundidad del caudal a partir de una plancha de medicin situada en el muro del canal, o en un registro constante a partir de un registrador de un flotador. En todos los aforadores existe una curva del cono de depresin, es decir, el nivel de superficie desciende cuando el agua se acelera en el punto de descarga; es esencial, por consiguiente, que la medida de la profundidad del caudal se efecte exactamente a la distancia especificada aguas arriba desde la seccin de control.Los aforadores en H tienen otras dos ventajas. El agua fluye a travs de la escotadura rpidamente de manera que no se produce depsito de sedimentos en el aforador. Por otro lado, el diseo de salida con una escotadura con pendiente del fondo hacia aguas arriba no queda obstruida por residuos flotantes. Si en la escotadura se retiene algn residuo, el agua se remansa hasta que la obstruccin es arrastrada por la corriente por encima de la escotadura.Aforador del Washington State College (WSC)Este es otro aforador de profundidad crtica de un diseo similar al Parshall, que resulta particularmente til como aforador porttil para mediciones eventuales de pequeos caudales en corrientes o canales sin revestir (Chamberlain 1952). Se puede prefabricar en fibra de vidrio (Fotografa 31) o en lminas finas de metal e instalarse en unos pocos minutos. Las dimensiones se dan en la Figura 36 y el calibrado en el Cuadro 9.Existen muchas versiones de mayor tamao y variaciones del principio del aforador de Washington. Por lo comn se suelen construirin situen lugar de prefabricarse y son particularmente tiles para corrientes rpidas de montaa (Goodell 1950) o en condiciones semitropicales en las que pueden ocurrir inundaciones repentinas con mucha carga (Gwinn 1964). Una dimensin intermedia de un aforador de tipo Washington, diseado para ser utilizado en Nuevo Mxico, puede medir caudales de hasta 6 m/s con un fuerte arrastre de fondo (Aldon y Brown 1965). No existen aforadores estandarizados y se tienen que calibrar utilizando el mtodo velocidad/superficie examinado en la seccinMtodo velocidad/superficie.Utilizacin de estructuras existentesLas estructuras existentes se pueden a veces utilizar como secciones de control para dar una estimacin de los caudales mximos a travs de las alcantarillas de las carreteras o de las aperturas de los puentes. Para alcantarillas rectangulares, se puede calcular un valor aproximado a partir de la frmula general del caudal que atraviesa un vertedero rectangular:

FIGURA 35 -Efecto de la sumersin en la calibracin de un aforador en H (de USDA-ARS 1979)FOTOGRAFA 30- Un aforador en H en ZimbabweFOTOGRAFA 31- Un aforador del Washington State College para medir caudales pequeos (M. G. Kay)CUADRO 9 -Caudales en los aforadores de WashingtonProfundidad del caudal(mm)30405060708090

Caudal (l/s)0,100,200,330,500,751,071,43

Caudal en litros por segundo para una profundidad de caudal medida a escala en milmetrosdonde:Q es el caudal en metros cbicos por segundoW es el ancho de la apertura en metrosH es la profundidad del caudal en metrosc es un coeficiente de descarga que depende de la geometra de la alcantarilla; a un valor tpico es 0,6; se pueden obtener cifras ms precisas de Cuadros como en USDA-ARS (1979)Se pueden calcular caudales mayores en aperturas rectangulares de puentes utilizando el mtodo citado o a partir de las lecturas de la velocidad y del mtodo velocidad/superficie efectuadas con un molinete. Para caudales rpidos puede ser necesario sujetar un gran peso al molinete o montarlo sobre una varilla rgida. Si se pueden observar marcas altas del agua en la apertura del puente y tambin a cierta distancia aguas arriba en que el caudal no se ve afectado por la apertura del puente, el caudal mximo se puede calcular utilizando el procedimiento establecido por el Servicio Geolgico de los Estados Unidos (Kindsvater, Carter y Tracey, 1953).FIGURA 36 -El aforador del Washington State College. Dimensiones en milmetros (conversin mtrica de los detalles extrados de USDA-SCS, 1965)LimngrafosAlgunas veces una sola medicin de la profundidad mxima del caudal basta para calcular el caudal mximo, como se describi en la seccin relativa al mtodovelocidad/superficie.Si hace falta un hidrograma, es decir, una grfica del caudal en funcin del tiempo, es necesario un registro constante de los cambios del nivel del agua. Durante dcadas el mtodo comn era un flotador cuyo ascenso y descenso en una poza de amortiguacin registraba en un diagrama movido por un aparato de relojera. Esos registradores eran flexibles en el sentido de que se poda utilizar un engranaje que permita abarcar variaciones de nivel grandes o pequeas y la relacin tiempo-velocidad de los diagramas poda tambin variar por medio del engranaje en el aparato de relojera. La desventaja era la sensibilidad a errores accidentales y a un mal funcionamiento; para indicar, por ejemplo, algunos de ellos, la caera de la poza de amortiguacin se bloqueaba, los insectos anidaban en la caja del registrador, la humedad o la aridez provocaban el desborde o la sequedad de la tinta del registrador, el diagrama poda estirarse o contraerse, el reloj se para, el observador no puede llegar al lugar para cambiar el diagrama, y muchos otros problemas.Las inspecciones diarias no son siempre posibles en lugares remotos o de difcil acceso. Adems de las dificultades de obtener datos correctos, el anlisis y la computacin de los diagramas son laboriosos.Afortunadamente la tecnologa moderna ha mejorado considerablemente en lo que hace a la recopilacin y el procesamiento de datos. Por ejemplo, los detectores no flotantes del nivel se pueden basar en la resistencia/capacidad elctrica o en la presin sobre un bulbo hermticamente cerrado o en la descarga de burbujas de aire o en transductores acsticos. Los ms comnmente utilizados hoy son el transductor de presin en el que se capta elctricamente la desviacin de una membrana. Estos detectores se pueden conectar con ordenadores, relojes automticos y almacenamiento de memoria para lograr cualquier tipo y frecuencia requeridos de registro y traspasar los datos almacenados a un ordenador para efectuar un anlisis rpido.

TABLA DE CONTENIDOMEDICION DE CAUDALES EN FLUJO A PRESIN Y A SUPERFICIE LIBRE1. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A PRESIN1.1. Factores Para La Eleccin Del Tipo De Medidor De Fluido1.2. TIPOS DE MEDIDORES DE CAUDAL1.2.1. Medidores De Cabeza Variable1.2.1.1.TuboVentura1.2.1.2.Placa Orificio1.2.1.3.Boquilla O Tobera De Flujo1.2.2. Medidor De Turbina1.2.3. Sondas De Velocidad1.2.3.1.Tubo Pitot1.3. MACRO-DEDIDORES Y MICRO- MEDIDORES1.3.1 Contador Tipo Woltmann1.3.2 Contador Chorro Multiple1.3.3.Chorro Unico1.3.4.Contador Hlice Tangencial1.3.5.Vlvula-Contadora1.3.6.Contador Por Ultrasonidos. (Caudalimetro Ultrasnico)1.3.7.Contador Electromagntico2. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A SUPERFICIE LIBRE2.1. Formas Hidrulicas Y Medicin De La Descarga2.1.2. Canaletas2.1.3.CompuertasMEDICION DE CAUDALES EN FLUJO A PRESIN Y A SUPERFICIE LIBRE1. AFORO DE CAUDAL EN SISTEMAS A PRESIN1.1. Factores Para La Eleccin Del Tipo De Medidor De Fluido1. Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigacin de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalacin de medicin en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo as como el rango de las variaciones esperadas.1. Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medicin de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayora de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de ms del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud.1. Prdida de presin: debido a que los detalles de construccin de los distintos medidores son muy diferentes, stos proporcionan diversas cantidades de prdida de energa o prdida de presin conforme el fluido corre a travs de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medicin estableciendo una restriccin o un dispositivo mecnico en la corriente de flujo, causando as la prdida de energa.1. Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideracin bsica es si el fluido es un lquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosin, la conductividad elctrica, la claridad ptica, las propiedades de lubricacin y homogeneidad.1. Calibracin: se requiere de calibracin en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibracin en forma de una grfica o esquema del flujo real versus indicacin de la lectura. Algunos estn equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo ms bsico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geomtricas y dimensiones estndar para las que se encuentran datos empricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fcil de medicin, tal como una diferencia de presin o un nivel de fluido.1.2. TIPOS DE MEDIDORES DE CAUDAL1.2.1. Medidores De Cabeza VariableEl principio bsico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presin disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a travs de la restriccin, por lo tanto la diferencia de presin entre los puntos antes y despus de la restriccin puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos ms comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.1.2.1.1.Tubo VenturiEl flujo desde la seccin principal en la seccin 1 se hace acelerar a travs de la seccin angosta llamada garganta, donde disminuye la presin del fluido, despus se expande el flujo a travs de la porcin divergente al mismo dimetro que la tubera principal. En las paredes de la tubera, secciones 1 y 2, se encuentran ubicados ramificadores de presin, unidos a un manmetro diferencial.Figura 1. Tubo venturiSegn la ecuacin de energa y de continuidad, se puede calcular el caudal de la siguiente forma:El trmino hL es la prdida de energa del fluido conforme este corre de la seccin 1 a la seccin 2. El valor de hL debe determinarse de forma experimental, es conveniente reemplazarlo por un coeficiente de descarga C. El valor del coeficiente C depende del nmero de Reynolds del flujo en la tubera principal y de la geometra real del medidor:C = f (D, , NR),Donde = d/D, el cociente del dimetro de la garganta y el dimetro de la seccin de la tubera principal.Figura 2. Curva tpica de C del tubo venturi versus el nmero de ReynoldsEs un medidor mucho mas preciso que la placa orificio y el tubo de flujo, pues dada su geometra, las lneas de flujo que se juntan en la garganta lo hacen de tal manera que incluso otorga excelentes mediciones an si se esta trabajando con lquidos viscosos o con lquidos con material en suspensin pues en el cuello del venturi es muy difcil que queden sedimentos adheridos, dado que las velocidades son mucho ms grandes.El tubo se puede instalar en cualquier posicin: horizontal, vertical o inclinada, debe introducirse en un tramo recto de la lnea de tubera y tan lejano, hacia abajo como sea posible, de cualquier origen de trastorno en el flujo, tal como reductores, vlvulas, y grupos de conexiones. Para los largos mnimos de tubera recta que deben preceder al tubo de medicin, se debe consultar una hoja de instrucciones de "Tramos de tubera para medidores".1.2.1.2.Placa OrificioCuando dicha placa se coloca en forma concntrica dentro de una tubera, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y despus se expande de repente al dimetro total de la tubera. La corriente que fluye a travs del orificio forma una vena contracta y la rpida velocidad del flujo resulta en una disminucin de presin hacia abajo desde el orificio. El valor real del coeficiente de descarga C depende de la ubicacin de las ramificaciones de presin, igualmente es afectado por las variaciones en la geometra de la orilla del orificio. El valor de C es mucho ms bajo que el del tubo venturi o la boquilla de flujo puesto que el fluido se fuerza a realizar una contraccin repentina seguida de una expansin repentina.Figura 3. Placa orificioAlgunos tipos de placas orificios son los siguientes:Figura 4. Tipos de placas orificiosLa concntrica sirve para lquidos, la excntrica para los gases donde los cambios de presin implican condensacin, cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.La gran ventaja de la placa de orificio en comparacin con los otros elementos primarios de medicin, es que debido a la pequea cantidad de material y al tiempo relativamente corto de maquinado que se requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamente bajo, aparte de que es fcilmente reproducible, fcil de instalar y desmontar y de que se consigue con ella un alto grado de exactitud. Adems que no retiene muchas partculas suspendidas en el fluido dentro del orificio.El uso de la placa de orificio es inadecuado en la medicin de fluidos con slidos en suspensin pues estas partculas se pueden acumular en la entrada de la placa., el comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errtico pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada y produce las mayores prdidas de presin en comparacin con los otros elementos primarios. Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la perdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las perdidas de energa que se producen cuando se forman vrtices a la salida del orificio.1.2.1.3.Boquilla O Tobera De FlujoEs una contraccin gradual de la corriente de flujo seguida de una seccin cilndrica recta y corta. Debido a la contraccin pareja y gradual, existe una prdida muy pequea. A grandes valores de Reynolds (106) C es superior a 0.99.La tobera de flujo, es un instrumento de medicin que permite medir diferencial de presiones cuando la relacin de , es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las prdidas empiezan a hacerse notorias. Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho ms exactas. Adems este tipo de medidor es til para fluidos con muchas partculas en suspensin o sedimentos, su forma hidrodinmica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.

Figura 5. Boquilla o tobera de flujoLa instalacin de este medidor requiere que la tubera donde se vaya a medir caudal, este en lnea recta sin importar la orientacin que esta tenga.1. Recuperacin de la presin. La cada de presin es proporcional a la prdida de energa. La cuidadosa alineacin del tubo venturi y a expansin gradual larga despus de la garganta provoca un muy pequeo exceso de turbulencia en la corriente de flujo. Por lo tanto, la prdida de energa es baja y la recuperacin de presin es alta. La falta de una expansin gradual provoca que la boquilla tenga una recuperacin de presin ms baja, mientras que la correspondiente al orificio es an ms baja. La mejor recuperacin de presin se obtiene en el tubo de flujo.1.2.2. Medidor De TurbinaEl fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a travs de una bobina magntica, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrnico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 l/min hasta algunos miles de l/min se pueden medir con fluxmetros de turbina de varios tamaos. Sondas De VelocidadAlgunos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de un fluido en un lugar especfico ms que una velocidad promedio.1.2.3.1.Tubo PitotCuando un fluido en movimiento es obligado a pararse debido a que se encuentra un objeto estacionario, se genera una presin mayor que la presin de la corriente del fluido. La magnitud de esta presin incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento. El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presin en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El fluido en o dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.Utilizando la ecuacin de la energa para relacionar la presin en el punto de estancamiento con la velocidad de fluido: si el punto 1 est en la corriente quieta delante del tubo y el punto s est en el punto de estancamiento, entonces,p1 = presin esttica en la corriente de fluido principalp1/ = cabeza de presin estticap1 = presin de estancamiento o presin totalps/ = cabeza de presin totalv12 / 2g = cabeza de presin de velocidadSolo se requiere la diferencia entre la presin esttica y la presin de estancamiento para calcular la velocidad, que en forma simultnea se mide con el tubo pitot esttico.Figura 6. Tubo pitot (izquierda), tubo pitot esttico (derecha).1.3. MACRO-DEDIDORES Y MICRO- MEDIDORESAtendiendo a la tipologa y caractersticas de funcionamiento, se pueden clasificar en:1. Contadores para aguas brutas (aguas con slidos en suspensin), redes de distribucin de aguas sin filtrados. Su dispositivo de funcionamiento se basa en mecanismos electrnicos, y los modelos ms utilizados son: los contadores por ultrasonidos, y los contadores electromagnticos. Estos modelos suelen instalarse en la toma principal de abastecimiento suministro de aguas (Red en Alta), tienen un costo elevado, necesitan alimentacin elctrica, pero no necesitan filtros y tienen una precisin muy buena1. Contadores para aguas filtradas (aguas de pozos, de riegos con filtrados colectivos automticos, decantadas), admiten limos y partculas pequeas. Funcionan por mecanismos de turbina hlice. En esta gama se pueden utilizar los contadores:0. Contador Tipo Woltmann.0. Contador Chorro Mltiple.0. Contador de Hlice Tangencial.0. Vlvula -Contadora Vlvula Volumtrica0. Contador Tipo Proporcional.1.3.1 Contador Tipo WoltmannEste contador dispone de una turbina en eje horizontal, que al paso del agua acciona unos engranajes que hacen reflejar el caudal de paso en una relojera dispuesta en una esfera seca, totalizadora, por medio de una transmisin magntica. Se comercializa en calibres desde 2" / DN-50 mm hasta DN-500 mm./ 20". Existe otra versin de Contador tipo Woltmann con turbina en EJE VERTICAL, disponible por varias marcas, en calibres desde DN-50 mm. a DN-100 mm. (aprox.).Es ampliamente comercializado en el mercado con varios proveedores, aunque dominan el mercado, filiales de multinacionales.Caractersticas1. El medidor incluye un elemento de medida desmontable e intercambiable.1. Registro indicador de volumen de cmara seca y sellado hermticamente. El registro se puede orientar a cualquier posicin (360o) para su fcil lectura. Puede disponer de hasta un total de 3 accesorios para la transmisin de pulsos elctricos:Un sensor opto-electrnico y dos sensores tipo Reed-Switch. Convertidores de pulsos y contadores digitales estn disponibles bajo pedido. La transmisin magntica mantiene el registro completamente separado del agua.nicamente la turbina y el eje de transmisin estn en contacto directo con el agua. Cumple o sobrepasa todas las normas de medicin y especificaciones exigidas porlos organismos internacionesles incluyendo la ISO 4064 clase B, EEC, etc. Registro en galones americanos disponible bajo pedido. Baja prdida de carga. Presin de trabajo: 16 Bar. Mxima temperatura de trabajo: 50 oC.

1.3.2 Contador Chorro MultipleEste Contador dispone una turbina en eje vertical, con un difusor previo en la entrada , que al paso del agua impacta de forma mltiple sobre la turbina, permitiendo a los engranajes actuar sobre una transmisin magntica , para reflejar la medida del volumen totalizado (acumulado), en su esfera correspondiente. Se comercializa desde 20 mm/ 3/4" hasta DN-50 mm/2".Los contadores de agua de chorro mltiple y los de grandes caudales son concebidos para trabajos de mayor envergadura. Los contadores de agua caliente para viviendas son de turbina y chorro mltiple, muy reconocidos, slidos y de larga vida til, y los de grandes caudales son de tipo Woltman, lo que les proporciona una destacada exactitud de medicin incluso bajo condiciones extremas.CaractersticasLos contadores de agua de chorro mltiple son concebidos como contadores de tipo seco con acoplamiento magntico para el registro del consumo de agua fra y caliente. Estos contadores se caracterizan por una prdida de presin extremadamente baja. Los contadores para grandes caudales son de tipo seco con acoplamiento magntico. Gracias a la suspensin de baja friccin y a prueba de desgaste de la turbina (metal duro/zafiro), se garantiza un alto grado de exactitud en todo el rango de mediciones incluso bajo condiciones extremas.Ventajas1. Alto grado de exactitud en todo el campo de medicin en condiciones extremas;1. Aparatos tcnicamente avanzados, precisos y de larga vida til;1. Fcil montaje1. Sistema de medicin completo, experimentado y reconocido para agua fra y caliente en viviendas;1. Sustitucin fcil gracias a la separacin del contador de los elementos de montaje;1. Amplio espectro de aplicaciones gracias a la versatilidad de las variantes;1. Integracin sin problemas en sistemas de telegestin, gracias a la variante con salida de contacto, as como una variante apta para radio y M-Bus;1. Medicin exacta y alta fiabilidad.1.3.3.Chorro UnicoEs un contador de turbina de chorro nico con acoplamiento magntico y totalizador de rodillos. El acoplamiento magntico transmite el giro de la turbina de forma fiable al totalizador.Ventajas:1. Alto grado de fiabilidad y larga vida gracias a una tecnologa madura y fiable:1. Un contador de agua verstil a bajo coste.1. Fiabilidad y larga vida til, gracias a una tecnologa madura y slida;1. Tiene incorporado un dispositivo contra manipulaciones, para mayor seguridad;1. Integracin sin problemas en sistemas automticos de lectura gracias a la disponibilidad de una versin con salida de contacto.1.3.4.Contador Hlice TangencialEste contador es confundido a menudo con el contador tipo Woltmann, ya que su apariencia externa es semejante. Sin embargo su diseo es diferente, se basa en la disposicin de una turbina hlice de paletas, colocada en eje transversal al sentido de avance del agua, y de pequeo tamao, colocada en la parte superior del tubo medidor.Se comercializa en calibres desde 2" / DN-50 mm hasta DN-250 mm./ 10".Figura 9. Corte longitudinal de contador Hlice Tangencial (izquierda), Vista exterior (centro), y Vista Frontal (derecha).1.3.5.Vlvula-ContadoraEste contador tambin se confunde con el contador tipo Woltmann, y nuevamente se trata de un diseo diferente. En este caso se parte posiblemente de un contador tipo Woltmann con turbina en eje vertical, diseo al que se le ha incluido un mecanismo de cierre y regulacin hidrulica accionado por membrana pistn, con circuitos de microtubos y pilotos hidrulicos automticos. Es decir, que a la funcin y diseo de un contador, se le ha dado una ms funciones como vlvula hidrulica, en un nico elemento compacto.Se comercializa en calibres desde 1"1/2 / DN-40 mm. hasta DN-200 mm./8".Figura 11. Vlvula Contadora Volumtrica.1.3.6.Contador Por Ultrasonidos. (Caudalimetro Ultrasnico)Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. La placa piezo-cermica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensin, generndose un impulso ultrasnico que se propaga a travs del medio lquido a medir, esta seal es recibida en el lado opuesto de la conduccin por la segunda sonda que lo transforma en una seal elctrica. El convertidor de medida determina los tiempos de propagacin del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio lquido y calcula su velocidad de circulacin a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal.Adems necesita alimentacin elctrica.Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos:1. Doppler: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del lquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se enva una seal de frecuencia conocida a travs del lquido. Slidos, burbujas y discontinuidades en el lquido harn que el pulso enviado se refleje, pero como el lquido que causa la reflexin se est moviendo la frecuencia del pulso que retorna tambin cambia y ese cambio de frecuencia ser proporcional a la velocidad del lquido.1. Trnsito: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su configuracin es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinacin de 45 grados respecto a la direccin de flujo del lquido. La velocidad de la seal que viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la direccin de transmisin y con la velocidad del lquido que est siendo medido Tendremos dos seales que viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera que las seales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores. Se puede hallar una relacin diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la seal alternativamente en ambas direcciones. La medida del flujo se realiza determinando el tiempo que tardan las seales en viajar por el flujo.Caractersticas1. Temperatura ambiente 0 551. Temperatura de almacenamiento -20 1501. Humedad 2H), y adems:D mnimo= 305mm.H mnimo= 60mm.1. Vertedero trapezoidal.Cipolleti procuro determinar un vertedero trapezoidal que compensase el decrecimiento del caudal debido a las contracciones.Influencia de la forma de la vena. En los vertederos en que el aire no penetra normalmente en el espacio debajo de la lmina vertiente (figura de arriba), puede ocurrir una depresin modificndose la posicin de la vena y alterndose el caudal. La lmina liquida puede tomar las siguientes formas que deben evitarse:1. Lamina deprimida. El aire es arrastrado por el agua, ocurriendo un vaci parcial en el espacio, que modifica la posicin de la vena (figura izquierda).1. Lamina adherente. Ocurre cuando el aire sale totalmente (figura central)En cualquiera de estos caos el caudal es superior al previsto o dado por las formulas indicadas.1. Lamina ahogada. Cuando el nivel aguas abajo es superior al de la cresta, el caudal disminuye a medida que aumenta la sumersin (figura derecha).Figura 15. Efectos en la lmina por influencia del aire2.1.2. CanaletasEn estas estructuras, el caudal es funcin de las caractersticas geomtricas de la canaleta, de las caractersticas del flujo libre o sumergido y de la altura que alcanza la lamina de agua medida en sitios especficos de la canaleta.1. Canaleta tipo Balloffet:Esta canaleta pertenece a los aforadores de flujo crtico. Este aforador se caracteriza por tener paredes paralelas y fondo plano, por lo cual se hace extremadamente fcil su construccin, a la vez posee caractersticas de solidez y resistencia a las condiciones de campo. Adems, si se presenta escurrimiento critico en la garganta, no se ve afectada por problemas de sedimentacin.Su estructura es sencilla, y en el caso de instalarla en un canal rectangular ya construido resulta econmica.Calculo de descarga en condiciones de flujo libre:La ecuacin establecida por Balloffet para r = 2/3 (relacin de contraccin) es la siguiente:

Donde:c = coeficiente de calibracin = 0.96M = factor que depende de la relacin de contraccin = 0.434

b = (2/3)Bh = nivel del agua a una distancia (B) aguas arriba de los abultamientos. La cota 0 de la mira coincide con la placa del fondo.B en metros (m), h en metros, Q en m3/s.Para r = 1/3

Donde:c = 0.95M = 0.397R = 1/3H = nivel del aguaB en metros (m), n en metros (m) y Q = en m3/s.1. Canaleta de garganta cortada:Esta estructura aforada esta conformada por la seccin de entrada, la seccin de salida, la garganta y la placa de fondo. La seccin de entrada esta constituida por dos muros verticales convergentes en relacin 3:1 y la seccin de salida la conforman dos muros verticales divergentes en relacin 6:1.La unin de estas dos secciones forma una contraccin en la canaleta denominada garganta. El ancho de esta garganta, usualmente se designa con la letra W. La placa del fondo es totalmente horizontal.El tamao de este aforador se especifica por la amplitud de la garganta y por la longitud total (L) del mismo.Flujo Libre:

donde :Q = caudal en m3/s.C = coeficiente de flujo libre.

ha= profundidad de la corriente aguas arriba.El valor n depende nicamente de la longitud L de la canaleta y es constante para todos los aforadores de una misma longitud sin tener en cuenta W.El parmetro K se denomina coeficiente de longitud del aforador para flujo libre.Flujo sumergido:

donde:Q = descarga en m3/s.ha = profundidad del flujo aguas arriba en metros (m).hb = profundidad del flujo aguas abajo en metros (m).N = exponente de flujo libre.Ns = exponente de flujo sumergido.S = sumergencia.Cs = coeficiente de flujo sumergido (ha/hb)El valor de Ns depende de la longitud de la canaleta.1. Canaleta Parshall:Reemplaza al vertedero si el agua contiene partculas en suspensin, se depositan y causan un cambio gradual en el coeficiente de descarga. Es una de las canaletas Venturi, donde tiene la profundidad crtica en la seccin contrada y un resalto hidrulico en la seccin de salida.Sus principales ventajas son que slo existe una pequea prdida de carga a travs del aforador, no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguacin. Debido a la contraccin en la garganta, la velocidad del agua que fluye a travs de la canaleta es mayor que la del flujo en el canal. Por esta razn cualquier partcula de arena o limo puede ser arrastrada dejando la canaleta libre de depsitos. En consecuencia, es adecuado para la medicin del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturales con una pendiente suave.Sin embargo, cuando existe una carga pesada de materiales de erosin en la corriente, la canaleta se volver intil al igual que el vertedero, para tales circunstancias se utiliza una canaleta Parshall conocida cono canaleta San Dimas. Las relaciones de profundidad-caudal para canaletas Parshall de diferentes tamaos:Ancho de la garganta Ecuacin3 Q = 0.992Ha1.5476 Q = 2.06Ha1.589 Q = 3.07Ha1.5312a 8' 10'a50' Q = (3.6875W + 2.5)Ha1.6Q = caudal libre en pies3/sW = ancho de la garganta en piesHa = lectura de mira de aforo en pies2.1.3.Compuertas1. Compuertas de flujo por debajo.Pueden llamarse as debido al hecho de que el agua pasa por debajo de la estructura. Ejemplos comunes son la compuerta deslizante o rectangular, la compuerta Tainter o radial, y la compuerta de rodillo o circular. En el diseo de estas compuertas el ingeniero est interesado en dos aspectos: la relacin altura-caudal y la distribucin de presiones sobre la compuerta en diferentes posiciones de sta y diferentes formas de labio de la compuerta, esta afecta distribuciones de velocidades y de presiones, la prdida de energa en el flujo a travs de la abertura de la compuerta, y desarrolla vibraciones que deben evitarse durante la operacin de la compuerta. El caudal a travs de una compuerta de flujo por debajo puede expresarse como:

C = coeficiente de descargaL = longitud de la compuertah = altura de la abertura de la compuertay1 = profundidad de flujo aguas arribaV12/2g = altura de velocidad del flujo de aproximacin.Para propsito de estudios experimentales, el trmino de altura de velocidad puede omitirse y su efecto puede incluirse en el coeficiente C que depende de la geometra de la estructura y de olas profundidades aguas arriba y aguas abajo.

Figura 17. CompuertaSeccin de la garganta2hSeccin principal de la tubera1dFlujoDD

23661041051061.528541.53458Nmero de Reynolds, ReCoeficientede descarga, C1.000.990.980.970.960.950.94dDSeccin 1Seccin 2D/2p1P2Ramificador de presin estticaRamificador de presin realAgujeros de presin estticaFlujoColumna de fluido estacionarioCabeza de presin total = Ps/ Fluido en movimientoPunto de estancamiento s1v1Figura 7.b. Modelos de contadores tipo Woltmann con turbina Vertical.Figura 7.a. Modelos de contadores tipo Woltmann de turbina Horizontal.

Figura 8. Contador Chorro Mltiple.

Figura 12. Contador Ultrasnico

Figura 13. Contador ElectromagneticoHBLCresta o umbraleClasificacin1. FormaSimples: rectangulares, trapezoidales, triangulares etc.Compuestos: secciones combinadas1. Altura relativa del umbralVertederos completos o libresVertedores incompletos o ahogados1. Espesor de la paredVertedores de pared delgadaVertedores de pared gruesa e>1.5L1. Longitud de crestaVertederos sin contracciones laterales (L=B)Vertederos con contracciones (L