hidrometria 2013

FACULTAD DE

AGRONOMIAUNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA

Lisette Bentancor

lbentancor@fagro.edu.uy

•ADDISON, H. "Tratado de Hidráulica Aplicada". Ed. Gili.

•BLAIR, E . "Manual de Riegos y Avenamiento." IICA.

•CONTI, M. "Hidráulica Agrícola. Riegos y Desagües".

•DURAN, P. y GARCIA PETILLO, M. 1991. "Medición de agua de

BIBLIOGRAFIA

•DURAN, P. y GARCIA PETILLO, M. 1991. "Medición de agua de

riego: Evaluación de dos aforadores de precisión y mínima pérdida de

carga". Boletín de Investigación Nº 32, Facultad de Agronomía. 16p.

•HYDRAULICS. Soil Conservation Service.

•ISRAELSEN . "Principios y Aplicaciones de Riego."

•KING, H.W. "Handbook of Hydraulics". Ed. McGraw-Hill.

•RAGGIO, J.L . "Hidráulica Agrícola."

Conceptos y Definiciones

La Hidrometría se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería en la unidad de tiempo.

Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometría a nivel de fuente natural)

Conocer el grado de eficiencia de la distribución (hidrometría de operación)

� Corrientes superficiales� Pozos� Control de sistemas de distribución por canales.

� Localización de pérdidas� Distribución por ramales� Aforo de toma-granja� Partidores de caudal.

� Manejo eficiente del agua en general.

METODOS DE AFORO

1. Área velocidad (Se mide V)Aforo de cañerías en pozos de agua.Aforo utilizando estructuras aforadoras:� Orificios� Vertederos� Vertederos� Venturi� Parshall� Aforadores de flujo crítico

2. Descarga directa.(Se mide Q)� Contadores� Método volumétrico

Aforo por sección y velocidad

SVQ =

Aforo de cañerías por escuadra

SVQ =42x 2φπ=S

( ) ( )YXgv x2x 2=

SVQ =

Aforo de cañerías

Hgv xx2=

42x 2φπ=S

Para caño parcialmente lleno:

Aforo de cañerías

Factor de corrección para caños parcialmente llenos

d/D Factor de corrección d/D Factor de corrección

0.05 0,981 0.55 0.436

0.10 0.984 0.60 0.375

0.15 0.905 0.65 0.312

0.20 0.858 0.70 0.253

0.25 0.805 0.75 0.195

0.30 0.747 0.80 0.142

0.35 0.688 0.85 0.095

0.40 0.627 0.90 0.052

0.45 0.564 0.95 0.019

0.50 0.500 1.0 0.000

Factor de corrección para caños parcialmente llenos

ORIFICIOS

SVQ =

Gasto TeóricoghV 2= ghSQ 2=

Q Real < Q Teórico

V: velocidad (m/s)g: aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2)h: altura de agua (m)S : sección del orificio

Gasto TeóricoghV 2= ghSQ 2=

ghmSQreal 2= m = CC x CVCC: Coef contracción

CV: Coef. velocidad

La sección de la vena líquida es menor a la sección del orificio

a

b

Sección real contraída

ab = 1.5 ∅

ab = 1.5 altura

Depende: - Espesor y naturaleza de paredes- Forma del orificio

PARED DELGADA CC = 0,65

CC (Coef contracción) = Sección vena Sección orificio

a

b

Sección real contraída

La velocidad real es menor a la calculadaLa velocidad real es menor a la calculada

- Por rozamiento- Por aumento de presión en el interior de la vena.

CV(Coef. Velocidad) = V REAL 0,96 - 0,99V TEORICA

ghmSQreal 2=m = CC x CV

Coeficiente de gasto

TIPOS DE ORIFICIOS CARACTERISTICAS COEFICIENTE "M"

PARED DELGADA PARED GRUESAPARED MUY GRUESA

ESP.<1/2 DIMENSION MENORESP.<3 VECES DIMENSION MENORESP.>3 VECES DIMENSION MENOR

0.61 - 0.650.78 - 0.82 0.85 - 0.90

Valores de coeficiente “m” para contracción completa

MAMPOSTERÍA Y ARISTAS

COMPUERTAS DE MADERA

ARISTAS VIVAS 0.675

ARISTAS REDONDEADAS0.70

ARISTAS REDONDEADAS

CONTRACCION

COMPLETA: INCOMPLETA

b) carga sobre el centro del orificio >1.5 alt. orificio

II) uno o más bordes forman parte de paredes o fondo

I) no se cumple a) ó b)a) bordes alejados >3 veces dim. Menor

n

m1 = m (1 + 0,155 n/P)

P= Perímetro

n= s/contracción

b

a

h

Formas de escurrimiento

a

b

h

LIBRE

2ghm.a.bQ =SUMERGIDO

ah

J

h'P/2P/2

b

P

PARCIALMENTE SUMERGIDO

PARCIALMENTE SUMERGIDO

P)2g(Jp)m.b(aP/2)2g(Jm.b.pQ +−++=

h h'

Escurrimiento libre Escurrimiento sumergido

Para determinar "m" se calibra el funcionamiento del orificio para distintos caudales.

m= Q real

Qteorico

•Pared plana y vertical

•Pared delgada

•Contracción completa

Orificio perfecto (Ajusta a la fórmula)

•Escurrimiento libre (o sumergido)

•Sin velocidad de aproximación

Velocidad de aproximación

< a 0,5 m/s NO SE TOMA EN CUENTA

ghV 2= h = V2 / 2g = CARGA ADICIONAL = K

)+(2..= KhgSmQ

•Aforadores – Partidores

•Calibración de toma-granja

•Calibración de aspersores

Aplicaciones

•Calibración de aspersores

Recurso simple y exacto para medir agua en canales o corrientes superficiales

Cresta o umbral

Lado

VERTEDEROS

Rectangular Cipolletti 90º 60º

Triangular

4h

h Tiro de salida

h= Altura del agua desde la cresta sin efecto del tiro de salida

Fórmula general de gasto

ghmlhQreal 2=

Contracción de fondo

h D

P

≥ 2 – 3 h

B

h

M

D

N

O

0.66 h

0.1 h

0.66h

Valores de Coeficiente “m”

COEFICIENTES

I) COMPLETA PARED DELGADA (ESPESOR < 0.66h)ALTURA CRESTA> 2 - 3 h

m

II) INCOMPLETA

PARED DELGADA (ESPESOR< 0.66h) ALTURA CRESTA < 2 - 3 h

m1 = c.mC = 1+ 0.36 (h/H)2

a) SALTO DE AGUA

Hh

ehm2

III) SIN CONTRACCION

a) PARED GRUESA(ESP.>0.66h)e = 2/3 h

m2 = 0.3 – 0.35m2 = 0.48m2 = 0.37

eh

h he

geelmQ 2..= 2

L

L = l

≥ 2h

l

CONTRACCIÓN LATERAL

Sin contracción Contracción completa

h lL

22

≥−

Sin contracción Contracción completa

2gh h . l . m Q = )h2g(hl.h.mQ 14 −=

h

h1

h

Vertederos libres Vertederos sumergidos

W W

INCLINACIÓN DE LA PARED

Descarga menor Descarga mayor

1803901

W.C −= 180

3901W

.C +=

Descarga menor Descarga mayor Qt > Qr Qt < Qr

Coeficiente de Bazin

INCLINACIÓN CON EJE DE LA CORRIENTE

90

º

60

º

Angulo 0º 15º 30 º 45 º 60 º 90 º

Coeficiente 0.8 0.86 0.91 0.94 0.96 1

Oblicuo da menor gasto

I) CONTRACCION LATERAL Y DE FONDO COMPLETASII) PARED DELGADAIII) ESCURRIMIENTO LIBRE

1. Carga mayor 5 cm y menor 1/3 longitud de cresta

2. Altura de cresta sobre el fondo> 2 - 3 h (carga)

3. Distancia entre extremos de cresta y lados canal > 2h.

VERTEDEROS PERFECTOS

3. Distancia entre extremos de cresta y lados canal > 2h.

4. Cresta y lados con borde de cuchillo.

5. Velocidad de aproximación < 15 cm/seg.

6. Antecámara o canal recto y a nivel a distancia de 20 a 60 h.

7. Vertedero pared vertical y cresta horizontal.

8. Escurrimiento libre

9.Escala sin influencia de depresión.

3h

4h

2h 20-60h

4h

3h

m = 0,40 ⇒

Qm3/s = 1,772 l h1,5

Fórmulas de gasto

2gh h . l . m = /s)(m Q 3

Rectangular

2ghh . l . 0.40 /s)(m Q 3 =

Los triángulos suplen la disminución del caudal provocada por aumento de rozamiento al aumentar la carga.

Trapezoidal Cipolletti

hh1

Qm3/s= 1,86 l.h1,5Qm3/s= 0,42 l.h gh2

1.51

1,5

1.86xl

Q

1.86xl

Qh

==

Triangulares

90º 60º

Qm3/s = 1,37 h2,5 Qm3/s = 0,8084 h2,5

VERTEDEROS TRIANGULARES

45º

h

2h

2

2

.2h

h h Area ==

1.Para Q<30 LPS (h <22 cm)2.Más carga para un mismo Q3.Inconvenientes canales poca pendiente4.Mayor exactitud5.Depósito de arrastres6.Fáciles de construir

gh m ghh mQ 2.2. 5.22=

371=892310

son)0.31(Thomp=m

.. x .

Q = 1.37 h2.5

Carga (cm) para distintos caudales

LONGITUD DE CRESTA TriangularesGASTOL.P.S

0.50m 1.00m. 1.50m..

Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. Cipoll. Rect. 90º 60º

10 4.9 5.0 3.1 3.2 2.3 2.4 13.9 17.310 4.9 5.0 3.1 3.2 2.3 2.4 13.9 17.3

20 7.7 7.9 4.9 5.0 3.7 3.8 18.3 22.8

30 10.1 10.4 6.5 6.6 4.9 5.0 21.5 26.8

50 14.2 14.7 9.1 9.3 6.9 7.1 26.4 32.9

70 17.9 18.4 11.3 11.6 8.7 8.9 30.2 37.6

-Las condiciones de acceso afectan en grado mínimo la relación altura gasto.-El material depositado en el acceso no modifica el funcionamiento.-Permite el aforo con pequeñas pérdidas de carga.-Actúan en mayores condiciones de sumersión.-La relación entre la altura y el caudal no puede ser expresada en forma de

ecuación tan simple.

Punto de medida

AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA

C D

BWB

E

AA

Punto de medida

Vista en planta

Flujo

BWB

E

AA

Punto de medida

Flujo

AFORADORES DE PROFUNDIDAD CRITICA

C D

Vista en planta

L

FC

Vista

Longitudes (cm) Caudal(l/s)L W A B C D E F Min. Max.

1 45.7 2.5 22.9 12.7 15.2 30.5 10.2 20.3 0.1 3.52 45.7 5.1 25.4 15.2 15.2 30.5 10.2 20.3 0.3 73 45.7 10.2 30.5 20.3 15.2 30.5 10.2 20.3 0.6 144 45.7 20.3 40.6 30.5 15.2 30.5 10.2 20.3 1.2 305 91.4 5.1 35.6 25.4 30.5 61.0 20.3 35.6 0.3 206 91.4 10.2 40.6 30.5 30.5 61.0 20.3 35.6 0.6 416 91.4 10.2 40.6 30.5 30.5 61.0 20.3 35.6 0.6 417 91.4 20.3 50.8 40.6 30.5 61.0 20.3 35.6 1.2 848 91.4 40.6 71.1 61.0 30.5 61.0 20.3 35.6 2.5 1719 137.2 7.6 48.3 38.1 45.7 91.4 30.5 50.8 0.5 5510 137.2 15.2 55.9 45.7 45.7 91.4 30.5 50.8 1.1 11111 137.2 30.5 71.1 61.0 45.7 91.4 30.5 50.8 2.1 22612 137.2 61.0 101.6 91.4 45.7 91.4 30.5 50.8 4.4 46113 274.3 30.5 101.6 91.4 91.4 182.9 61.0 96.5 8 43714 274.3 61.0 132.1 121.9 91.4 182.9 61.0 96.5 16 89015 274.3 121.9 193.0 182.9 91.4 182.9 61.0 96.5 33 181016 274.3 182.9 254.0 243.8 91.4 182.9 61.0 96.5 50 2744

Vista en perspectiva del aforador de orificio variable

Aforador de pantalla

Consideraciones a tener en cuenta:

� Pérdida de carga� Sensibilidad en la medición � Condiciones de instalación y � Condiciones de instalación y

funcionamiento

Triangular 90º

Triangular 60º

Orificio variable

Cipoletti 10

16

12

14

18

20

Pérdida de carga (cm)

W.S.C. Nº 4

Pantalla

1 2 4 63 5 7 8 9 10 11 151312 14

2

4

6

8

Caudal (l/s)

1.0

1.6

1.4

1.2

1.8

Triangular 90º

Cipoletti

W.S.C. Nº 4

Sensibilidad (l/s/ unidad de lectura)

1 2 4 63 5 7 8 9 10 11 151312 14Caudal (l/s)

0.2

0.4

0.6

0.8

Orificio variable

Pantalla

Triangular 60º

2. Descarga directa.(Se mide Q)

Contadores

Método volumétrico

4. EJEMPLO

Canal : Caudal = 0.04 --- 0.08 m3/s

Máx. Eficiencia Hidráulica = h: 0.38 m a: 0.32 m B.L : 0.13 m

Aforador Cipoletti

0.13 (borde libre)

1.08

0.38

0.32

0.38

3h

4h

2h 20-60h

4h

3h

1 – Con Qmin y h = 5 cm

0.08hhx19.62hx1.92x0.420.08:Q1.920.05x9.81x20.05xx0.420.04:Q

======

LLL

LL

/sm

ll/sm3

3

0.08 L = 1.92

0.32

0.38

0.16

2 – Con Qmax y h max

m 0.12h 0.54hx19.62hx0.54x0.42/s0.04m

m 0.18hhx9.81x2hx3hx0.42/s0.08m3

3

===

===

lL

LL

0.18 L = 0.540.36

4h

0.12 L = 0.54

0.32

0.38

0.24

L = 0.54

0.32

0.54

0.36

0.38

3h

2h 20-60h3h

3h

4h

2h 20-60h

3 – Con Qmax y h = 12 cm

m0.08hhx19.62hx1.04x0.420.04:Qm1.040.12x9.8120.12xx0.420.08:Q

======

LLL

LL

/sm

ll/sm3

3

0.12 L = 1.04

0.32

0.380.24

l H

Qmin Qmax

0.54 0.12 0.18

1.04 0.08 0.12

1.92 0.05 0.08

0.12 L = 1.04

0.32

0.38

0.24

Eligiendo un aforador con l = 1.04 m• No hay que levantar las paredes del canal, pues h = 0.12 m y Borde libre = 0.13 • No hay que profundizar, pues 3 h= 3 x 0.12 = 0.36 < 0.38• Hay que ensanchar 22 cm para cada lado • Hay que ensanchar 22 cm para cada lado

7.20 m7.20 m

1.52 m1.52 m

4 – Verificar velocidad

Velocidad de aproximación < 15 cm/seg.

SVQ =

sms

/sm

/15.0/m 0.10

0.10.....V xV0.12)1.52x0.38(0.08:Q 3

<=+=

Ejemplo de instalación en derivación desde acequia principal a secundaria

Contador de lámina libre

Puede utilizarse en todos los dispositivos de aforo usualmente utilizados en canales y acequias, que obtienen el caudal a partir de la medición de la carga aguas arriba: vertederos (Cippolletti, triangular,rectangular, etc.), orificios y flumes (Parshall, canal venturi, Aforador de Cresta Ancha - ACA, Washington, etc.), todos Ancha - ACA, Washington, etc.), todos trabajando en condición de escurrimiento libre (no sumergido).

TRANSMISOR DE CAUDAL ULTRASÓNICO

CAUDALÍMETRO ELECTROMAGNÉTICO

GRACIASGRACIAS