Mtodos de aforoEs un procedimiento que consiste en realizar una serie de mediciones en campo que permiten posteriormente calcular el caudal de una corriente. Este caudal debe estar asociado a un nivel del agua. El caudal puede medirse por diferentes mtodos. La eleccin del mtodo de aforo depende de las condiciones especficas de cada sitio; la mayora de estos mtodos estn basados en la medicin de la velocidad y el rea en una seccin transversal determinada.Generalmente se efectan aforos peridicos para determinar la relacin entre el nivel del agua y el caudal en la estacin hidromtrica, con estos datos se construye la curva de gastos o curva de calibracin nivel de agua caudal con la cual es posible determinar el flujo cuando slo se cuenta con el dato de nivel.Se define el caudal como el volumen de agua que pasa a travs de una seccin transversal de una corriente en la unidad de tiempo; generalmente se expresa en metros cbicos por segundo (m3/s) o litros por segundo (l/s).

El sitio seleccionado para efectuar los aforos deber cumplir, tanto como sea posible, con los siguientes requerimientos:

a) El canal en el sitio de medicin debe ser recto y tener seccin transversal uniforme y una pendiente que minimice las distribuciones anormales de velocidad. Cuando la longitud del tramo recto del ro es limitada, para hacer las mediciones con molinetes u otros mtodos de determinacin de velocidad se deben ubicar la seccin de tal manera que la longitud aguas arriba sea por lo menos dos veces la de aguas abajo.

b) Las direcciones de flujo para todos los puntos en cualquier vertical a travs del ancho del cauce deben ser paralelas unas a otras y perpendiculares a la seccin transversal. Los sitios que presenten vrtices, flujo reversible o zonas muertas deben ser rechazados.

c) El lecho y las mrgenes del ro deben ser estables y bien definidas para todas las condiciones del flujo, de tal manera que se pueda hacer una medicin precisa del rea de la seccin transversal.

d) Las curvas de distribucin de velocidades deben ser regulares en los planos verticales y horizontales de medicin.

e) Las condiciones de la seccin y de su entorno no deben ocasionar cambios en la distribucin de la velocidad durante la medicin.

f) La seccin de medicin debe ser claramente visible a travs del ancho y no debe presentar obstrucciones como rboles, plantas acuticas u otros. Cuando se afora desde un puente con varios estribos que dividen la seccin transversal cada subseccin del canal debe ser tratada individualmente.g) La profundidad del agua en la seccin debe ser suficiente para proveer una inmersin efectiva del molinete en cualquier punto en que se mida.

h) El sitio debe tener fcil acceso en todo momento y contar con los equipos necesarios de medicin.

i) La seccin debe estar ubicada lejos de estaciones de bombeo y vertimientos. Si stos operan durante las mediciones, probablemente crearn condiciones inconsistentes con la relacin natural Nivel Caudal que se tiene para la estacin.

j) Los sitios donde hay convergencia o divergencia de flujo deben descartarse.

k) En donde sea necesario hacer mediciones en cercanas de un puente, es preferible que el sitio de aforo est ubicado aguas arriba del mismo.

l) En ciertas ocasiones es necesario verificar datos haciendo aforos en secciones diferentes a la seleccionada para la estacin. Esto se puede hacer siempre y cuando no haya cambios sustanciales por prdidas o ganancias de caudal ocasionados por intervenciones y cuando las mediciones se relacionen con los niveles registrados en la seccin principal. Si el sitio ha sido estabilizado para una estacin permanente o para ser usado en futuras mediciones, debe estar provisto de medios para demarcacin de la seccin transversal y para determinacin de los niveles, de tal forma que sea fcilmente identificable en otras mediciones y los datos tomados sean comparables con datos anteriores.

Tipos de aforo

Existen diferentes tipos de aforo, cuya eleccin se realiza teniendo en cuenta las condiciones especficas de la corriente, la precisin requerida en la medicin, la disponibilidad de recursos (equipos, personal, insumos (trazadores), transporte).

Aforo por suspensin Aforo por vadeo Aforo por flotadores Aforo volumtrico Aforo por el mtodo de dilucin Aforo con bote en movimiento Aforo desde bote esttico

Aforo por Suspensin

El aforo por suspensin se realiza desde una estructura (generalmente un puente o una tarabita), sobre la cual se hace la medicin de profundidades y velocidades de flujo en cada una de las verticales seleccionadas. La medicin de la velocidad del agua se hace utilizando un molinete o correntmetro.El aforo por suspensin se realiza cuando:

La corriente a aforar es de magnitud considerable, de manera que no es posible aplicar el mtodo de vadeo. Se dispone de un puente (o tarabita) en el cual la seccin transversal cumple con las condiciones tcnicas requeridas para la realizacin del aforo.En el mtodo de aforo por suspensin el equipo hidromtrico se suspende generalmente de un cable, el cual est acoplado a un malacate que permite medir la profundidad con ayuda de un contador.El equipo requerido para llevar a cabo un aforo por suspensin es el siguiente: malacate y tabla con polea, molinete completo incluido cola estabilizadora, contador, formato para registro de datos de campo, lastres de 30, 60 y 75 lb. Este tipo de aforo requiere de dos personas. En algunos casos, dependiendo de las condiciones de velocidad de la corriente, es necesario hacer correcciones (por ngulo de arrastre) a la profundidad medida.

El procedimiento recomendado para la ejecucin de un aforo por suspensin consta de las siguientes etapas:

1) Inspeccin de las condiciones generales del ro: se observan las condiciones de niveles y velocidades que presenta la corriente para establecer si es posible llevar a cabo el aforo. Esto obedece a que cuando un ro presenta niveles y caudales altos arrastra materiales como troncos, plantas, basuras, etc., que pueden poner en riesgo la integridad de los tcnicos aforadores y los equipos de medicin.

2) Registro de datos e informacin general en el Formato A1: una vez ubicados los tcnicos aforadores en la estacin hidromtrica deben llenar los datos correspondientes al nombre de la estacin, el cdigo, la fecha, el nombre de los tcnicos, la hora inicial (en formato sinptico), la marca del molinete, el nmero de serie, el nmero de hlice empleada y su ecuacin y el mtodo de aforo utilizado.

3) Lectura del nivel del agua en la mira: la comisin de aforo debe leer la mira o limnmetro para establecer el nivel de agua inicial que presenta el ro. El dato de nivel del agua se registra en el Formato A1 en el campo denominado m.ppal inicial. Si se presentan variaciones importantes del nivel durante la ejecucin del aforo, se debe leer la mira cada vez que se realiza la medicin en una vertical.

4) Armado del equipo hidromtrico: se debe ensamblar correctamente el equipo hidromtrico, que consta bsicamente de malacate, molinete y contador. Para ello es necesario tener en cuenta las especificaciones tcnicas de estos aparatos, las cuales se encuentran consignadas en los catlogos. Una vez ensamblado el conjunto hidromtrico se verifica que funcione adecuadamente.

5) Seleccin de la pesa o lastre a utilizar: dependiendo de las condiciones que presente la corriente al momento de realizar el aforo, es posible que se requiera utilizar un lastre o pesa para minimizar el ngulo de arrastre producido por el empuje del agua sobre el equipo hidromtrico. El peso del lastre depende principalmente de la velocidad de la corriente.

6) Medicin de la lnea de aire: la constante de la lnea de aire corresponde a la distancia que hay entre la base de la pesa o lastre y el eje de la hlice del molinete. Este valor se mide utilizando una cinta mtrica y debe tenerse en cuenta para el clculo del valor de profundidad de aforo.

7) Determinacin de la abscisa del punto de interseccin del nivel del agua con la banca o margen donde se inicia el aforo: la abscisa en la que se sita el nivel del agua corresponde a la distancia a la cual se encuentra el punto de interseccin de la superficie libre del agua con el contorno de la seccin transversal, con respecto a un sistema de referencia preestablecido. Para hallarla se baja el equipo hidromtrico hasta el punto de interseccin y se lee sobre la baranda del puente (o cable de la tarabita) la abscisa correspondiente utilizando una cinta mtrica. Se toma como referencia la abscisa ms cercana.

8) Traslado de equipos: se traslada el equipo hidromtrico a la abscisa siguiente teniendo cuidado de no afectarlo por golpes y rozamientos. Una vez se ha ubicado ste en la nueva abscisa es importante mantener el eje del cable sobre la marca que la identifica. En la columna correspondiente a distancia desde el punto de referencia, se indica la distancia (en metros) existente entre la vertical de medicin y el punto de referencia. El aforo se inicia por una orilla y se termina en la orilla opuesta.

9) Medicin de la altura de suspensin: para medir la altura de suspensin, denominada AS en el formato A1, se coloca en ceros el contador del malacate y se hace descender el equipo hidromtrico hasta que la parte inferior del lastre toque la superficie libre del agua, se suma el valor de la lnea de aire a la longitud medida. Debe tenerse cuidado en el registro de las abscisas y la altura de suspensin correspondiente a cada una de ellas.

10) Medicin de la Longitud del Cable Sumergido desde la Superficie Libre del Agua hasta el Fondo del Ro: Para medir la longitud del cable sumergido, LS, se baja el equipo hidromtrico hasta que el eje de la hlice toque la superficie libre del agua, se coloca en ceros el contador del malacate y se hace descender el lastre hasta que toque el lecho del ro, a este valor se suma la lnea de aire. Debe tenerse cuidado en esta operacin: una vez la pesa toque el fondo de la corriente se enrolla el cable unos 10 cm y vuelve a descenderse hasta que lo toque nuevamente. Esta operacin se repite hasta lograr una posicin estable del conjunto.

11) Determinacin de la Profundidad de Flujo no Corregida: Si el lastre no pesa lo suficiente para mantenerse perpendicular a la superficie del agua, el molinete es arrastrado por la corriente. En tal situacin el cable se aleja de la posicin vertical normal formando un ngulo de inclinacin , denominado ngulo de arrastre. Como consecuencia de esto las mediciones de profundidad del agua deben ser corregidas. La correccin debe aplicarse cuando el ngulo de arrastre es superior a 4, redondeando el resultado al grado ms prximo.

12) Medicin de las velocidades del flujo: Para medir las velocidades se coloca en ceros el contador del malacate cuando el eje de la hlice del molinete coincide con la superficie libre del agua y luego se desciende el equipo a las profundidades halladas. Se toman las revoluciones del molinete por un tiempo mnimo de 60 s.

13) Determinacin de la Profundidad Real: Debido a la fuerza ejercida por la masa de agua en movimiento el cable sumergido experimenta una curvatura, por lo cual para determinar la profundidad de flujo real, PF, es necesario ajustar la profundidad de flujo no corregida.

14) Determinacin de la abscisa a la que se encuentra el nivel del agua en la margen donde termina el aforo: se aplica el mismo procedimiento empleado para la determinacin de la abscisa correspondiente a la margen donde se inici el aforo.

15) Lectura de mira una vez ha concluido el aforo: al final del aforo se lee nuevamente la mira para determinar el nivel del agua.

Aforo por Vadeo

Se emplea cuando la corriente es poco profunda, pequea y de fondo resistente. Al igual que en el mtodo de aforo por suspensin, es necesario tener un abscisado que permita determinar la posicin de las verticales sobre las cuales se hace la medicin de profundidades y velocidades de flujo. Para medir estos parmetros, el tcnico entra al ro con el equipo de medicin, toma como referencia una cuerda abscisada o una cinta mtrica y efecta las mediciones.El equipo requerido para ejecutar un aforo por vadeo consta de: cinta mtrica, varillas de vadeo, contador, molinete, formato para registro de datos en campo. Se requieren dos tcnicos aforadores.

Cuando se afora una corriente por vadeo se debe emplear el siguiente procedimiento:

1) Verificacin de las condiciones de la corriente: antes de iniciar el aforo se debe verificar las condiciones de seguridad que ofrece el ro (velocidad de la corriente y profundidad de flujo).

2) Registro de datos e informacin general en el Formato A1: una vez ubicados los tcnicos aforadores en la estacin hidromtrica deben llenar los datos correspondientes al nombre de la estacin, el cdigo, la fecha, el nombre de los tcnicos, la hora inicial (en formato sinptico), la marca del molinete, el nmero de serie, el nmero de hlice empleada y su ecuacin y el mtodo de aforo utilizado.

3) Lectura del nivel del agua en la mira: luego de consignar los datos generales de la estacin y el equipo de medicin, la comisin de aforo debe leer la mira para establecer el nivel inicial que presenta el ro. El dato obtenido de nivel de agua se registra en el Formato A1 en el campo denominado m.ppal inicial. Si se presentan variaciones importantes del nivel del agua durante la ejecucin del aforo se debe leer la mira cada vez que se va a realizar la medicin en una vertical.

4) Armado del equipo hidromtrico: el equipo consta bsicamente de molinete, varilla de vadeo (graduada en sistema mtrico y con punta de forma conveniente para evitar que se entierre en el lecho y se sobreestime la profundidad) y contador. La varilla se emplea para acoplar en ella el molinete y medir la profundidad. Luego de ensamblar el equipo se verifica que funcione adecuadamente.

5) Determinacin del ancho de la corriente: el ancho del ro se mide tendiendo una cinta mtrica de orilla a orilla de manera perpendicular a la direccin de flujo. El dato obtenido se tiene en cuenta para el clculo del nmero de verticales a utilizar en el aforo.

6) Clculo del espaciamiento o distancia entre verticales: cuando no existe una seccin de aforo predeterminada en una corriente se establece el nmero de verticales de medicin por medio de cierto criterio, procurando que este valor sea fcil de leer en la cinta mtrica. El tcnico aforador debe elaborar un esquema representativo de la seccin transversal, en el cual registre los datos de ancho de la seccin transversal y nmero de verticales empleadas.

7) Tendido de la cinta mtrica: la cinta mtrica (tambin puede utilizarse una cuerda graduada adecuadamente) se tiende y sujeta a dos puntos fijos, de modo que sea perpendicular en cualquier punto a la direccin de flujo. La cinta debe tener la tensin necesaria para minimizar la catenaria y, adems, debe estar situada a una altura que facilite al aforador la determinacin de las abscisas correspondientes a cada una de las verticales de medicin.

8) Determinacin de la abscisa del punto de interseccin del nivel del agua con la banca o margen donde se inicia el aforo: se sostiene la varilla junto con el equipo hidromtrico sobre el punto en el cual se intercepta el nivel del agua con el contorno de la seccin transversal, de tal modo que se garantice la perpendicularidad del conjunto; se lee el valor de la abscisa correspondiente basndose en la abscisa ms cercana.

9) Traslado de equipos a la abscisa siguiente: se posiciona el aforador con el equipo hidromtrico en la abscisa siguiente.

10) Medicin de la profundidad de flujo: para medir la profundidad de flujo en una vertical se desciende la varilla junto con el equipo hidromtrico hasta que toque el lecho de la corriente procurando que el conjunto permanezca siempre en una posicin tal que sea perpendicular al fondo. Se debe tener la precaucin de evitar que la varilla se hunda y por tanto se produzcan errores en la medicin.

11) Medicin de las velocidades de flujo: con base en la profundidad de flujo medida en una vertical se establece el nmero de puntos en los cuales es necesario tomar la velocidad mediante el siguiente criterio:

si la profundidad de flujo es igual o superior a 60 cm se determina la velocidad al 20% y al 80% de la profundidad, medida desde la superficie libre del agua; en caso contrario, se toma la velocidad al 60% (OMM, 1994). Se calcula el porcentaje para determinar la profundidad a la que debe colocarse el equipo hidromtrico, se posiciona el molinete sobre la varilla a la longitud correspondiente y se toman las revoluciones para un tiempo de 60 s.

En caso que sea necesario tomar las revoluciones a dos profundidades, se saca el equipo del agua, se posiciona nuevamente el molinete sobre la varilla y se registran las revoluciones. Este procedimiento se repite para cada una de las verticales de medicin seleccionadas.12) Determinacin de la abscisa a la que se encuentra el nivel del agua en la margen donde termina el aforo: se aplica el mismo procedimiento empleado para la determinacin de la abscisa correspondiente al nivel de agua inicial. luego de la ltima abscisa en la cual se hicieron determinaciones de profundidad y velocidad.

13) Lectura de mira una vez ha concluido el aforo: al final del aforo se lee nuevamente la mira para determinar el nivel del agua. El dato se registra en el Formato A1 en el campo denominado mppal final. Al concluir el aforo se registra el dato correspondiente a la hora en formato sinptico.

14) Clculo del caudal: para calcular el caudal se aplica el mtodo de seccin media o semiseccin tal como se describi para el mtodo de aforo por suspensin teniendo en cuenta que no es necesario hacer correcciones a las profundidades.

Aforo por Flotadores

Este mtodo de aforo comnmente se utiliza cuando es difcil o peligroso implementar el mtodo de aforo por molinete o cuando la corriente es muy pequea y no brinda las condiciones mnimas para la inmersin del mismo. Cuando esto ocurre, es necesario realizar el aforo por medio de flotadores para medir la velocidad superficial del flujo. En general se puede utilizar cualquier elemento natural que est en condiciones de flotar.Este mtodo se aplica en corrientes medianas y pequeas en un tramo que tenga forma recta, y del cual se conozca su longitud (se recomiendan distancias mayores o iguales a 30 m). Debe usarse la mayor cantidad de flotadores posible, que cubran todo el ancho del ro en franjas proporcionales. El equipo necesario para realizar un aforo de este tipo es el siguiente: flotadores, cinta mtrica, cronmetro, formato para registro de datos de campo, radios porttiles. Se requieren dos tcnicos.

El procedimiento para llevar a cabo un aforo por el mtodo de flotadores es el siguiente:

1) Registro de datos e informacin general en el Formato A2: una vez ubicados los tcnicos aforadores en el sitio de medicin deben llenar los datos correspondientes al nombre de la corriente, la fecha, el nombre de los tcnicos, la hora inicial, el tipo de flotador utilizado y la cuenca hidrogrfica.

2) Seleccin de las secciones de medicin: se deben seleccionar dos secciones transversales en un tramo recto del curso de agua, las cuales deben estar lo suficientemente espaciadas entre s de manera que sea posible medir con exactitud el tiempo necesario para que el flotador pase de una seccin a la siguiente. Se recomienda un lapso de 20 s, aunque podrn emplearse intervalos ms breves en el caso de ros pequeos en los que sea muy difcil seleccionar un tramo recto de longitud adecuada y presenten altas velocidades de flujo.

3) Medicin de la distancia entre secciones transversales: una vez se han seleccionado las secciones convenientes se procede a medir la distancia entre ellas utilizando cinta mtrica y, de ser posible, teodolito u otro tipo de instrumento para mejorar la precisin en la toma de los datos.

4) Lanzamiento del flotador y medicin del tiempo de recorrido entre secciones: el flotador se debe lanzar aguas arriba a una distancia suficiente de la primera seccin transversal para permitir que alcance una velocidad constante antes de llegar a sta. Una vez el flotador la ha atravesado, se registra el tiempo que ste tarda en recorrer la distancia existente entre sta y la seccin siguiente. Este procedimiento se realiza con un nmero determinado de flotadores (entre 20 y 35. En caso de utilizarse flotadores naturales se debe hacer como mnimo 20 mediciones), los cuales se deben lanzar en diferentes posiciones sobre el ancho del ro.5) Determinacin de la forma de las secciones transversales: la forma de las secciones transversales se establece por medio de levantamientos topogrficos realizados con equipos de precisin. En caso de que la corriente sea pequea y por lo tanto no se justifique el empleo de estos instrumentos, la forma y dimensiones de la seccin transversal se pueden establecer mediante un perfilmetro de construccin artesanal.

6) Clculo del caudal: con los datos recolectados en campo se realiza el clculo del caudal, prestando atencin a la determinacin de la velocidad media, la cual se calcula con base en las observaciones hechas para cada uno de los flotadores utilizados. El valor de la velocidad se debe afectar por un coeficiente que depende del tipo de flotador. El caudal se determina como el producto de la velocidad media corregida y el rea de la seccin transversal.