medidores de caudal en canales abiertos

5/7/2018 Medidores de Caudal en Canales Abiertos - slidepdf.com

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MEDIDORES DE CAUDAL EN CANALES ABIERTOS

INTRODUCCION

El canal abierto es una construcción abierta a la atmósfera destinada al transporte de

agua. Hoy en día se utiliza en sistemas de abastecimiento, en la agricultura, en lossistemas de alcantarillado e incluso en las depuradoras. A lo largo de un canal se

pueden encontrar diferentes dispositivos que permiten controlar el caudal y nivel del

agua que se transporta a través. Así por ejemplo nos encontramos con: - Vertederos,

son estructuras que se utilizan para mantener el nivel de agua en el canal y medir el

caudal que circula por el mismo. - Compuertas, son dispositivos destinados a regular el

paso del agua en el canal - Sifón, se utilizan como dispositivos de seguridad para evitar

que los canales se desborden y para transportar el agua a través de depresiones del

terreno como por ejemplo la que se produce en los valles. - Canal Parshall, sirve

también para medir el caudal cuando el agua que circula contiene una gran cantidadde partículas en suspensión - Presas, se utilizan para contener/embalsar el agua de un

cauce fluvial, que posteriormente puede utilizarse para obtener energía en centrales

hidroeléctricas.



I. CA

¡ AL (FL

IDO)

En dinámic ¢ de fluidos£ caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de

tiempo. Normalmente se identifica con el flu jo volumétrico o volumen que pasa por un

área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente £ se identifica con el flu jomásico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

El caudal de un río puede calcularse a través de la siguiente fórmula:

Donde:

y Q Caudal ([L3T

1]; m

3/s)

y A Es el área ([L2]; m

2) y Es la velocidad lineal promedio. ([LT1]; m/s)

Dada una sección de área A atravesada por un fluido con velocidad uniforme v , si esta

velocidad forma con la perpendicular a la superficie A un ángulo , entonces el flu jo se

calcula como

En el caso particular de que el flu jo sea perpendicular al área A (por tanto = 0 y cos

= 1) entonces el flu jo vale

Si la velocidad del fluido no es uniforme o si el área no es plana, el flu jo de ¤ e calcularse

por medio de una integral:

Donde d S es el vector superficie, que se define como

Donde n es el vector unitario normal a la superficie y dA un elemento dif erencial de área.

Si se tiene una superficie S que encierra un volumenV , el teorema de la divergencia

establece que el flu jo a través de la superficie es la integral de la divergencia de la

velocidad v en ese volumen:



En fí sica e ingeniería, caudal es la cantidad de fluido que circula por unidad de tiempo

en determinado sistema o elemento. Se expresa en la unidad de volumen dividida por

la unidad de tiempo (e.g.: m³/s).

Los caudales de los rí os y arroyos

Caudal instantáneo

Como su nombre lo dice, es el caudal que se determina en un instante determinado.

Su determinación se hace en forma indirecta, determinado el nivel del agua en el río

(N0), e interpolando el caudal en la curva calibrada de la sección determinada

precedentemente. Se expresa en m3/s.

Caudal medio diario

Es la media de los caudales instantáneos medidos a lo largo del día. Si la sección de

control es del tipo limnimétrico, normalmente se hacen dos lecturas diarias de nivel,

cada 12 horas.

Si la sección es del tipo limnigráfico convencional, es decir que está equipada con unregistrador sobre cinta de papel, el hidrólogo decide, según la velocidad de variación

del nivel del agua, el número de observaciones que considerará en el día.Siendo M, el

número de puntos considerado, la fórmula anterior se transformará en la siguiente:

Se expresa en m3/s.

Si la sección es del tipo telemétrico, donde el registro del nivel del agua se hace aintervalos de tiempo determinadodt (en segundos), el número diario de registros será

de

, aplicándose la fórmula anterior.



II. CANAL ABIERTO

Es un sistema que se encuentra en contacto con la atmósfera, también se dan en

medios naturales como: un río, un arrollo, inundaciones y en medios artificiales o los

creados por el hombre como: las canaletas, alcantarillas y vertederos.

También se dice que un canal abierto es un conducto por el que se desliza un liquidomediante una fuerza de gravedad ejercida sobre la masa del liquido o fluido, dond e la

velocidad en la superficie va ser cero y si e¥ iste un flujo secundario entonces la

velocidad mayor se da en el centro esto es por sus condiciones de no deslizamiento .

Para los casos en los que el canal abierto sea horizontal o tenga una pequeñapendiente, se puede aplicar la ecuación de la conservación de energía de Bernouillientre dos puntos de una misma línea de corriente (Figura 1.3):

donde z es la altura del fondo del canal, y la profundidad del fluido en el canal, v lavelocidad del fluido, g la gravedad y h12 las pérdidas por fricción entre los puntos 1 y

2.

Partiendo de la ecuación 1.1, usando la ecuación de continuidad (1.2), y definiendoq=Q /b (donde b es el ancho del canal):

Partiendo de la ecuación 1.4, se define la energía espec ífica como:



La ecuación permite calcular, para un caudal fijo q, la profundidad del fluido en el canal

(y) a partir del dato de la energía específica y viceversa. La representación gráfica de laecuación 1.5 se muestra en la Figura 1.4.

El diagrama anterior muestra que para una cierta energía específica por encima de unmínimo (por ejemplo H3=H4 en la Figura 1.4) e ¦ isten dos profundidades alternativas.Podemos también comprobar en el diagrama que para cada q e¦ iste una profundidad

y, que hace que la energía específica del canal sea mínima. Dicha profundidad,denominada profundidad crítica (yc), se puede calcular igualando a cero la derivada de

la ecuación 1.5. De esta manera se obtiene la e¦ presión:

Asociada a esta profundidad crítica aparecen también las definiciones de energíamínima (Hmin) y velocidad crítica (vc):



El número adimensional de Froude (Fo) sirve para caracterizar el tipo de flujo, y quedadefinido como:

Haciendo uso de las ecuaciones 1.7, 1.8 y de la ecuación de continuidad, podemosredefinir el número de Froude como:

De esta manera se puede también caracterizar un flujo dependiendo de la profundidady en función de los parámetros definidos en las ecua ciones1.6, 1.7 y 1.8. En caso deque y>yc, el flujo será subcrítico, en caso de que y=yc, el flujo será crítico y si y<yc, elflujo será supercrítico. Volviendo al diagrama de la Figura 1.4, podemos comprobarque de las dos profundidades alternativas, y3 es subcrítica (ya que la componente

cinética disminuye y la velocidad es menor que la crítica) y y4 es supercrítica (ya que lacomponentes cinética aumenta y la velocidad es mayor que la crítica).

En las situaciones en las que se pasa de flujo supercrític o a flujo subcrítico se dice quese produce un resalto hidráulico. En estos casos, la elevación de la superficie líquidaaumenta súbitamente en la dirección del flujo y una cantidad considerable de energía

se pierde debido a la turbulencia.

Volviendo a las ecuaciones de conservación de la energía específica de un canal (1.4 y1.5), podemos comprobar que para una obstrucción de dimensiones conocidas en elcanal, se podría conocer el caudal (Q=qb) descargado, en caso de poder medir las

profundidades aguas arriba y en la misma obstrucción.

Ésta es la idea de las medidas de caudal mediante vertederos en los canales. Como yase ha visto anteriormente, e§ isten diferentes tipos de vertederos, caracterizados por elgrosor de sus paredes (en este caso veremos únicamente vertederos de labio fino) ypor la forma y dimensiones del obstáculo que modifica el flujo. Para calcular el caudalque circula por un canal mediante un vertedero, se aplica la ecuación de Bernoulli,

pero ahora en vez de entre dos puntos dentro de una línea de corriente, entre dossecciones del canal: una aguas arriba del vertedero y otra en el vertedero mismo. A lahora de aplicar esta ecuación hay que tener en cuenta que ahora la distribución de la

velocidad en una sección transversal de un canal no es uniforme. Para compensar esteefecto hay que incluir un coeficiente de distribución de velocidad , que es igual



a la unidad si todas las velocidades son iguales en una sección y que aumenta según ladistribución de velocidades es menos uniforme. De esta manera la ecuación quedaría:

En la mayoría de los casos, la velocidad de apro imación del flujo v1 (aguas arriba delvertedero) suele despreciarse por ser muy pequeña en comparación con v2. Ademásse suele hacer la apro imación de 1=2=1. Despejando la ecuación anterior, nosqueda:

Partiendo de la ecuación 1.14, se puede calcular el caudal que teóricamente circula porel canal mediante las ecuaciones:

Para poder calcular el caudal real que circula por el canal, se multiplica el c audalteórico por un factor corrector Cd, denominado coeficiente de descarga, que tiene en

cuenta tanto las pérdidas de carga como la contracción de las líneas de corriente:

Tanto la e presión para el caudal teórico como la del coeficiente de descarga varían

según el tipo de vertedero. Sin embargo en todos los casos se cumple que midiendo laprofundidad del caudal aguas arriba (h), se puede calcular el caudal que trasiega por el



canal. En el caso de los coeficientes de descarga Cd, e© iste abundante bibl iografía conlas e © presiones más adecuada para cada geometría de vertedero.Canal hidráulico abierto

Se trata de un canal modular de varios metros, donde el agua es impulsada mediante

una bomba centrífuga (1) partiendo de un depósito inicial (12). El agua pasa a través de

un conducto (4) y por un codo estabilizador de corriente (6) hasta llegar a la zona delcanal con paredes transparentes, donde se realizan las medidas (8). El agua sigue su

recorrido pasando por el módulo de salida (11) hasta retornar de nuevo al depósito derecogida (12), cerrando de esta manera el circuito. La instalación cuenta con una llavede mariposa que sirve para regular el caudal (2) así como con un aparato de medida decaudal (3). Se dispone también de un mecanismo que inclin a el canal (5), y que incluyeuna escala indicadora de la pendiente ajustada. La instalación también tiene una cajade mandos (9) donde se encuentran los interruptores eléctricos necesarios para elfuncionamiento del canal.

Elementos adicionales al canal hidráulico. Figura 1.2.

y Palpador de nivel. Sirve para medir el nivel de agua a lo largo del canal de ensayo. Elsistema de medida se puede desplazar a lo largo de todo el canal y fijarse, mediantelos bornes de sujeción, en una posición determinada para realizar las medidas

requeridas.

Presa de rebosadero. Es un elemento que se interpone en la corriente de agua del

canal y que servirá para representar el comportamiento de las corrientes aguas abajodel dicho dique. Este elemento debe atornillarse a la placa base del canal modular.

Vertederos de labio fino. Son unas placas de material plástico que se colocan

verticalmente en el canal y que lo abarcan en toda su anchura. Su uso principal es elde medir el caudal que circula por el canal. Se dispone de diferentes geometrías devertederos: plano (aireado y no aireado), triangular, rectangular y trapezoidal. Lainstalación de estos elementos conlleva dos pasos: fijación del porta -vertedero al

fondo del canal, y la fijación del vertedero seleccionado al porta -vertedero.

Canal Parshall. Es un aforador constituido por una sección de convergencia, una

garganta y una sección de divergencia. Las paredes del dispositivo son transparentespara permitir la observación del flujo.



Compuerta de segmento cilíndrico. Es una estructura hidráulica que se emplea para

el control del flu jo en los aliviaderos de diques y presas. La compuerta se puede

acoplar al canal y el ángulo de giro puede ser regulado.

III. CON

OL YMEDIDA DE FL JO

Para lograr un control y medida de flu jo existen dispositivos llamados válvulas. Estas

realizan la tarea de obstruir el paso de flu jo o para controlar el paso, los cuales se tienen los vertederos y compuerta subálvea, con este se obtiene el control o medida

del flu jo requerido.

IV. CA DALÍ METRO

Un caudalí metro es un instrumento de medida para la

medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o



para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la

tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal,medidores de f lujo o f lujómetros. Existen versiones mecánicas y eléctricas.

Tipos de caudalí metros:

Electrónicos de molino

Sus partes mecánicas consisten en un molino con aspas

transversales a la circulación de flu jo, el molino tiene en un

extremo un imán permanente. Cuando este imán gira

genera un campo magnético variable que es leído por un

sensor de ef ecto de campo magnético (Hall Eff ect Switch),después el circuito electrónico lo convierte en pulsos que

transmite a través de un cable.

V-CONE

El medidor de flu jo de presión dif erencialV-Cone es una tecnología patentada de

medición de flu jos con alta precisión, aplicable a gran variedad de fluidos, todo tipo de

condiciones y un amplio intervalo de números de Reynolds. Utiliza el mismo principiofí sico que otros medidores de flu jo depresión dif erencial: el teorema de conservación

de la energía del flu jo de fluidos a través de una tubería. No obstante, las

caracterí sticas de desempe o delV-Cone, muy notables, son el resultado de su

exclusivo dise o, que incluye un cono central en el interior del tubo.

El cono interactúa con el flu jo del fluido, modificando su perfil de velocidad para crear

una región de presión más ba ja inmediatamente aguas aba jo del cono. La dif erencia

entre la presión estática de la línea y la presión más ba ja creada aguas aba jo del cono

se mide a través de dos tomas piezosensibles. Una de las tomas se coloca

inmediatamente aguas arriba del cono y la otra se coloca en la cara orientada aguas

aba jo. Después, la dif erencia de presión se puede incluir en una derivada de laecuación de Bernoulli para determinar el régimen de flu jo.

Desplazamiento positivo

Separan el líquido en porciones que llenan un

recipiente mientras se desplaza. Después cada porción

es contada para medir el caudal. Existen muchas

Caudalí metro electrónico de molino



variantes de este sistema. De tornillo, de engrana jes, pistones, etc

Pistones: el agua entra por el puerto A y comienza a desplazar el pistón amarillo

mientras llena el espacio C. El agua que sigue entrado ahora llena el espacio B y sigue

forzando al pistón amarillo a girar hasta que el agua que ocupaba el espacio C sale por

el puerto D. Posteriormente el agua que ocupa el espacio B igualmente saldrá por el

puerto D al momento de comenzar otro ciclo. El agua entre los puertos de entrada y

salida (A y D) está aislada por la barrera E. La oscilación del pistón G (magnético) traza

un círculo que rodea al eje F. Un medidor de campo colocado fuera del caudalímetro

mide estas oscilaciones y las convierte el pulsos.

ltrasónicos

Son alimentados eléctricamente, y es posible encontrar dos tipos según su principio de

medición: de Ef ecto Doppler y de Tiempo de Tránsito; este último consiste en medir la

dif erencia entre el tiempo que le toma a dos se ales atravesar una misma distancia,

pero en sentido contrario utilizando como medio un fluido. Si el caudal del fluido es

nulo, los tiempos serán iguales, pero cuando hay flu jo los tiempos serán dif erentes, ya

que las velocidades de las se ales serán af ectadas por la del fluido cuyo caudal se

desea determinar; esta dif erencia de tiempo más el conocimiento sobre la geometría

de la cañería y la velocidad del sonido en el medio permiten evaluar la velocidad del

fluido o el caudal.

Los de Tiempo de Tránsito son más exactos que los de ef ecto ef ecto doppler, pero

para obtener lecturas se requiere que los fluidos tengan un ba jo porcenta je de

impurezas; en caso contrario, los de ef ecto doppler son de utilidad y entregan una muy

buena señal, ya que su principio de funcionamiento se basa en el cambio de frecuencia

de la señal reflejada sobre algún elemento que se mueve con el fluido.

La exactitud de estos sistemas de medición es muy dependiente del cumplimiento de

los supuestos de flu jo laminar.

Dif erencial de temperatura

Interior de un equipo



Se colocan dos termistores y en el centro de ellos una pequeña resistenciacalentadora. Si ambos termistores leen la misma temperatura el fluido no estácirculando. Según aumenta el flujo uno de los termistores lee la temperatura inicialfluido mientras que el otro lee el fluido calentado. Con este sistema no solo se puedeleer el caudal, sino que además se sabe el sentido de circulación.

La ventaja de este tipo de caudalímetro es que se puede conocer la cantidad de masadel fluido que ha circulado y las variaciones de presión en el fluido; afectan poco a la

medición.

V. VERTEDEROS DE A ORO

La medición del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser e acta debido a

que el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relación entre nivel ycaudal. Los canales de corrientes naturales están también sometidos a cambiosdebidos a erosión o depósitos. Se pueden obtener cálculos más confiables cuando el

caudal pasa a través de una sección donde esos problemas se han limitado. Para ello sepodría simplemente alisar el fondo y los lados del canal, o recubrirlos con mamposteríau hormigón o instalar una estructura construida con ese fin. E

iste una amplia variedad

de esos dispositivos, la mayoría idóneos para una aplicación particular. A continuaciónse describe una selección de los dispositivos que son fáciles de instalar y de hacerfuncionar con referencia a manuales adecuados para estructuras más caras ocomplicadas.

En general las estructuras a través de la corriente que cambian el nivel de aguas arribase denominan vertederos y las estructuras de tipo canal se denominan aforadores ,aunque esta distinción no siempre se cumple. Una distinción más importante es entre

dispositivos estándar y no estándar. Un vertedero o aforador estándar es el que seconstruye e instala siguiendo especificaciones uniformes y cuando el caudal puedeobtenerse directamente de la profundidad de la corriente mediante el empleo de

diagramas o tablas de aforo, es decir, cuando el aforador ha sido previamentecalibrado. Un vertedero o aforador no estándar es el que necesita ser calibradoindividualmente después de la instalación mediante el empleo del método

velocidad/superficie como cuando se establece el aforo de una corriente. E iste unconjunto tan amplio de dispositivos estándar que es preferible evitar las estructuras nonormalizadas salvo para hacer cálculos aislados de los caudales de la corrienteutilizando el método velocidad/superficie en un puente o un vado o una alcantarilla.

La mayor parte de los vertederos están concebidos para una descarga libre sobre lasección crítica con el fin de que el caudal sea proporcional a la profundidad de lacorriente en el vertedero, pero algunos vertederos pueden funcionar en una situacióndenominada sumergida o ahogada, en el que el nivel de aguas abajo interfiere con lacorriente sobre el vertedero. Algunos tipos de vertederos se pueden corregir mediantela sumersión parcial, pero esto constituye una complicación poco conveniente querequiere medidas adicionales y más cálculos, por lo que se la debe evitar siempre quesea posible (Figura 26). Otra variación que también es preferible evitar, es la del



vertedero sin contracción, que es un vertedero instalado en un canal del mismo anchoque la sección crítica (Figura 27).

Ve

tede os de pared aguda

Los dos tipos más comunes son el vertedero triangular (con escotadura en V) y el

vertedero rectangular como se muestra en la Figura 28. Debe haber una poza deamortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia ylograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. Para tener medicionesprecisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al ancho del

vertedero y debe e tenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corrientesobre el vertedero. El vertedero debe tener el e tremo agudo del lado aguas arribapara que la corriente fluya libremente tal como se muestra en la Figura 29. A esto sedenomina contracción f inal, necesaria para aplicar la calibración normalizada.

Para determinar la profundidad de la corriente a través del vertedero, se instala un

medidor en la poza de amortiguación en un lugar en el que se pueda leer fácilmente. El

cero del medidor fija el nivel en el punto más bajo de la escotadura. El medidor debeinstalarse bastante detrás de la escotadura para que no se vea afectado por la curva dedescenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma.

FIGURA 26 - Corriente libre y corriente sumergida sobre un vertedero de pared aguda

CORRIENTE LIBRE

CORRIENTE SUMERGIDA



FIGURA 27 - Corriente libre con contracción f inal y corriente controlada con contracción en el vertedero en un canal

FIGURA 28 - Medición 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 aguasarriba



Los vertederos con escotadura en V son portátiles y sencillos de instalar de maneratemporal o permanente. La forma en V significa que son más sensibles a un caudalreducido, pero su ancho aumenta para ajustarse a caudales mayores. El ángulo de la

escotadura es casi siempre de 90°, pero se dispone de diagramas de calibración paraotros ángulos, 60°, 30° y 15°, cuando es necesario aumentar la sensibilidad. Paracaudales mayores el vertedero rectangular es más adecuado porque el ancho se puede

elegir para que pase el caudal previsto a una profundidad adecuada.

Otros vertederos con pared delgada

En algunos vertederos se combinan las características de la escotadura en V y de la

escotadura rectangular. El vertedero Cipolletti tiene una cresta horizontal como unaescotadura 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 medición sensible de

caudales reducidos a través de la escotadura en V y se necesitan también medicionesde caudales grandes a través de la escotadura rectangular. El diseño y la calibraciónmás complicados implican que este tipo de vertedero se limite a estudios hidrológicos

complejos (Figura 31).

Vertederos de pared ancha



En las corrientes o ríos con gradientes suaves, puede resultar difícil instalar vertederoscon pared aguda que requieren un rebose libre de aguas abajo. La otra posibilidad estáconstituida por los vertederos que pueden funcionar parcialmente sumergidos .

FIGURA 30 - Un vertedero Cipolletti

FIGURA 31 - Un vertedero compuesto

Af oradores

Se utilizan ampliamente debido a sus ventajas: se construyen para satisfacer una

necesidad particular; son dispositivos de medición "normalizados", es decir, que sefabrican e instalan de acuerdo con las especificaciones y no necesitan calibración, y lamedición se puede tomar directamente de las tablas publicadas. Al igual que los

vertederos, es preferible que los aforadores funcionen con descarga libre; algunostipos pueden funcionar de manera satisfactoria en situación en parte sumergida, esdecir, cuando las aguas descansan en el aforador y crean cierta restricción de lacorriente. Si el efecto es previsible y cuantificable, el problema no es grave, peroimplica 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 corrección a las tablas deaforo.

El canal de af oro Parshall



Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense que lo concibió, sedescribe técnicamente como un canal venturi o de onda estacionaria o de un aforadorde profundidad crítica. Sus principales ventajas son que sólo e" iste una pequeñapérdida de carga a través del aforador, que deja pasar fácilmente sedimentos odesechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o una poza deamortiguación y que tampoco necesita correcciones para una sumersión de hasta el

70%. En consecuencia, es adecuado para la medición del caudal en los canales de riegoo en las corrientes naturales con una pendiente suave.

El principio básico se ilustra en la Figura 32. El aforador está constituido por unasección de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso en pendientehacia aguas abajo y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguasarriba. Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta ycon una onda estacionaria en la sección de divergencia.

Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como paraafectar el caudal a través de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional

al nivel medido en el punto especificado en la sección de convergencia (Figura 32). Larelación del nivel del agua aguas abajo (Hb en la Figura 32) con el nivel aguas arriba Ha

se conoce como el grado de sumersión; una ventaja del canal de aforo Parshall es queno requiere corrección alguna hasta un 70% de sumersión

La dimensión de los aforadores con un ancho de garganta de uno a ocho pies se indicaen la Figura 33. Los manuales citados en la sección Ot ras obras d e consult a dandimensiones y Cuadros de aforo para aforadores menores o mayores y factores de

corrección para una sumersión superior al 70%.

Para fabricar los canales de aforo Parshall se han utilizado muy diversos materiales. Se

pueden prefabricar a partir de láminas de metal o madera o se pueden construir sobreel terreno con ladrillo y argamasa utilizando un armazón de metal prefabricado par a

garantizar mediciones e " actas. Si hacen falta varios aforadores, se pueden moldear enhormigón empleando tableros reutilizables. Se pueden tomar medidas eventuales dela 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 deamortiguación colocada en una situación específica un registrador de flotante.

FIGURA 32 - Canal de af oro Parshall (dibujado a partir de Scott y Houston 1959)



FIGURA 33 - Dimensiones de un canal de af oro Parshall (de USDA -SCS 1965)

Af oradores en H



El Servicio de Conservación de Suelos del Departamento de Agricultura de los EstadosUnidos diseñó un grupo de aforadores especiales denominados aforadores H paramedir los caudales con e # actitud y continuidad a partir de parcelas de escorrentía o depequeñas cuencas e # perimentales. Los requisitos del diseño eran que el aforadordebería medir caudales escasos con e# actitud, pero tener también una buenacapacidad para caudales elevados, y que no necesitara una poza de amortiguación.

Otro requisito consistía en que pudiera dar paso a una escorrentía que contuviera unafuerte carga de sedimentos. La solución práctica que se encontró en los Estados

Unidos como para la construcción de canales de aforo Parshall fue dar lasespecificaciones originales en pies y utilizar las conversiones métricas para el caudal(Bos 1976).

E # isten tres tipos de aforadores en H. El más pequeño (HS) puede registrar caudales dehasta 22 l/s, el tipo normal (H) puede medir caudales de hasta 2,36 m³/s y el mayor(HL) caudales de hasta 3,32 m³/s. Cada tipo se puede construir en diversasdimensiones que se determinan por la profundidad má# ima del caudal (D); lasdimensiones de fabricación se dan como proporciones de D, pero las proporciones de

los lados del aforador, son diferentes para cad a 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 ochodimensiones de 0,5 a 4,5 pies y el tipo HL en dos dimensiones, de 3,5 y 4,0 pies.E # isten, por tanto, 14 posibles especificaciones de fabricación y 14 tablas de

calibración diferentes. A título de ejemplo, en la Figura 34 se dan las dimensiones deltipo H y en el Cuadro 8 la calibración del tipo H de la dimensión de1,5 pies (0,457 m).

FIGURA 34 - Proporciones del af orador en H (de USDA-ARS 1979)



Los aforadores en H pueden funcionar parcialmente sumergidos y la corrección seindica en la Figura 35. La sumersión aguas abajo produce un efecto de remanso delagua en el aforador y un aumento de la profundidad del caudal. La curva de c orrecciónmuestra en cuánto se debe reducir la profundidad medida en el aforador para obtenerla profundidad equivalente de un caudal libre con el fin de utilizar las tablas decalibración.

Los aforadores en H se suelen prefabricar con láminas de metal y pueden utilizarse en

forma provisional empleando sacos de arena para formar un canal de acceso otambién como instalaciones permanentes, utilizando hormigón o manipostería. Aligual que con el canal de aforo Parshall, se pueden efectuar mediciones en un pu ntode la profundidad del caudal a partir de una plancha de medición situada en el murodel canal, o en un registro constante a partir de un registrador de un flotador. En todoslos aforadores e $ iste una curva del cono de depresión, es decir, el nivel de s uperficiedesciende cuando el agua se acelera en el punto de descarga; es esencial, porconsiguiente, que la medida de la profundidad del caudal se efectúe e$ actamente a ladistancia especificada aguas arriba desde la sección de control.

Los aforadores en H tienen otras dos ventajas. El agua fluye a través de la escotadura

rápidamente de manera que no se produce depósito de sedimentos en el aforador. Porotro lado, el diseño de salida con una escotadura con pendiente del fondo hacia aguasarriba no queda obstruido por residuos flotantes. Si en la escotadura se retiene algún

residuo, el agua se remansa hasta que la obstrucción es arrastrada por la corriente porencima de la escotadura.

Af orador del Washington State College (WSC)

Este es otro aforador de profundidad crítica de un diseño similar al Parshall, que

resulta particularmente útil como aforador portátil para mediciones eventuales depequeños caudales en corrientes o canales sin revestir (Chamberlain 1952). Se puede

prefabricar en fibra de vidrio o en láminas finas de metal e instalarse en unos pocosminutos. Las dimensiones se dan en la Figura 36.

E $ isten muchas versiones de mayor tamaño y variaciones del principio del aforador deWashington. Por lo común se suelen construir i n si tu en lugar de prefabricarse y son

particularmente útiles para corrientes rápidas de montaña (Goodell 1950) o encondiciones semitropicales en las que pueden ocurrir inundaciones repentinas conmucha carga (G % inn 1964). Una dimensión intermedia de un aforador de tipoWashington, diseñado para ser utilizado en Nuevo Mé& ico, puede medir caudales de

hasta 6 m³/s con un fuerte arrastre de fondo (Aldon y Bro%

n 1965). No e&

istenaforadores estandarizados y se tienen que calibrar utilizando el métodovelocidad/superficie e

& aminado en la sección Métod o v elocidad/ superfici e.

Consideraciones f inales

La gran cantidad de teorías y modelos de caudalímetros que e' isten nos confirman que

no hay una fórmula ideal para medir caudal. La decisión final se debe tomar en base alcaudal, viscosidad, temperatura, composición química y presión del fluido que



deseamos medir. Cada aplicación tiene una caudalímetro que se adapta mejor a sunecesidad.

Los costos son también un factor a considerar, la confiabilidad, precisión y durabilidadson factores muy asociados al costo. No es lo mismo buscar un caudalímetro para un

producto de consumo masivo como un calentador de agua, que buscar un

caudalímetro para la medir la cantidad de sangre que está circulando por un bypass oun caudalímetro para medir la cantidad de vapor a presión que se desecha a una

chimenea de una planta de energía de fisión nuclear.

medidores de caudal en canales abiertos

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