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“SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA,

DESARROLLO RURAL, PESCA Y

ALIMENTACIÓN”

Subsecretaría de Desarrollo Rural Dirección General de Producción Rural Sustentable en Zonas Prioritarias

MÉTODOS DE AFOROS

EN

PROYECTOS COUSSA

i

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ........................................... 1

2. OBJETIVO ..................................................... 1

3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS .......................... 1

3.1 Ventajas ....................................................... 1

3.2 Desventajas ................................................. 1

4. CLASIFICIACIÓN DE LOS METODOS DE

AFORO ................................................................. 2

5. MÉTODO DE ÁREA - VELOCIDAD ................. 2

5.1 Molinetes .................................................... 2

5.2 Flotadores ................................................... 4

5.3 Uso de colorantes ....................................... 5

5.4 Aforo por sección y pendiente .................... 6

5.5 Aforo con escuadra para tuberías ............... 7

6. MÉTODOS DE AFORO DIRECTOS ................. 8

6.1 Método volumétrico ................................... 8

6.2 Aforo en orificios ......................................... 8

6.3 Medición por compuertas ........................... 9

6.4 Aforo de canales utilizando vertedores .... 10

Vertedores de cresta delgada ........................... 10

Vertedores rectangulares ................................. 10

Vertedores trapezoidal ..................................... 11

Vertedores triangulares .................................... 11

Vertedores de cresta ancha .............................. 12

6.5 Canal de aforo Parshall ............................. 12

7. BIBLIOGRAFÍA ............................................ 14

1

MÉTODOS DE AFORO EN PROYECTOS COUSSA

1. INTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene la finalidad dar a

conocer los métodos de aforo de agua en cauces

naturales, canales y tuberías, para estimar el

caudal de agua disponible de una fuente de

abastecimiento posible y a su vez, poder planear

el uso racional y eficiente del agua en las

diversas obras de regulación o abastecimiento

para consumo humano y/o agropecuario.

Aforar es medir el volumen de agua (V) que pasa

por una sección transversal en un determinado

tiempo (t) esto es;

(1)

Para aforar el agua proveniente de diques, ríos,

canales y acequias, pueden utilizarse vertedores,

canaletas, orificios, molinetes, flotadores,

colorantes y sales. Sin embargo, cuando el agua

es conducida por tuberías, las mediciones

pueden hacerse por medio de orificios,

medidores de hélice y medidores

electromagnéticos, entre otros.

Por lo general, los instrumentos de medición que

se emplean para el aforo están estandarizados,

pudiendo variar materiales para su construcción.

Los criterios de selección de material de

construcción usados incluyen disponibilidad,

costo de mano de obra, vida útil de la estructura

y prefabricación, aunque la principal

consideración debe ser la veracidad y facilidad

de uso del instrumento.

2. OBJETIVO

Describir las técnicas y procedimientos más

utilizados para aforar el agua en cauces,

canales y tuberías.

3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

3.1 Ventajas

Tener los conocimientos técnicos para la

medición del caudal de agua en ríos, diques,

canales y tuberías.

Planear el uso racional del agua para no

afectar el medio ambiente.

Conocer el gasto de extracción en tuberías y

con ello planear la distribución del agua, ya

sea para consumo humano o agropecuario.

Con el aforo en canales o tuberías los

proyectos de obras asociadas a la captación

y manejo de agua, se tienen mayores

probabilidades de éxito.

3.2 Desventajas

El uso de algunos aparatos requiere de

ciertas habilidades por parte de los

operarios; de ahí que las mediciones suelen

ser imprecisas.

Errores de medición pueden ser derivados

de los defectos en la calibración de los

aparatos y las estructuras.

2

4. CLASIFICIACIÓN DE LOS METODOS

DE AFORO

En general, los métodos de medición de una

corriente de agua pueden clasificarse en directos

o indirectos (área-velocidad) como se detalla a

continuación:

4.1. Método de área-velocidad

El gasto se estima como el producto del área de

la sección transversal de la corriente y la

velocidad promedio del agua (Q=A*v). La sección

transversal de la corriente (A) se obtiene por

medición directa en campo determinando la

profundidad a diferentes anchos de la corriente.

La velocidad del caudal (V) se determina por

medio de:

a. Molinetes

b. Flotadores

c. Colorantes

d. Sección pendiente

e. Método de escuadra

4.2. Métodos de aforo directo

Consisten en colocar estructuras para medir el

volumen a través del tiempo (Q=V/t) que pasa

por una sección transversal bien definida. Los

métodos aquí descritos son:

a. Volumétrico

b. Con vertederos

c. Con orificios y compuertas

d. Canaletas de aforo Parshall

5. MÉTODO DE ÁREA - VELOCIDAD

5.1 Molinetes

En aforos de cauces naturales se comienza

siempre determinando el área de la sección

transversal por celdas, pues en cada celda la

velocidad será variable.

Para la medición del gasto en una sección

transversal debe considerarse un sitio donde la

dirección de la velocidad del agua sea

sensiblemente perpendicular a la misma. En

estos sitios las contracorrientes son mínimas y la

sección transversal es relativamente uniforme y

libre de vegetación.

La sección transversal del cauce se divide en

celdas de sección trapezoidal (o triangular en

caso de las celdas cercanas a la orilla), cuyos

vértices (uno o dos) quedan en el cauce.

En la Figura 1 se muestra una sección transversal

con 5 celdas, una que tiene los vértices A, B, H y

G; la segunda celda con los vértices B, C, I y H y

así sucesivamente.

Figura 1. División de la sección transversal en celdas.

El área de las celdas (1, 2, 3 y 4) se calcula

usando la fórmula del área del trapecio, y así el

área de las dos primeras celdas quedaría:

3

Para la celda 5, el área se calcula como un

triangulo (2).

Para calcular el área de la sección transversal del

cauce se utilizan los datos de las distancias y

profundidades de las celdas como se muestra en

el Cuadro 1.

Cuadro 1. Sección transversal del cauce, dividido en

celdas.

Celda Distancia origen di

Profundidad hi

Ancho Δwi

Si=hi*Δdi

1 d1 h1 Δd1 S1

2 d2 h2 Δd2 S2

3 d3 h3 Δd3 S3

. . . . .

. . . . .

N dn hn Δdn Sn

Por otro lado, en cada una de las celdas

verticales deberemos medir la velocidad, la cual

debe determinarse en varios puntos de cada

vertical.

Para medir la velocidad se utilizan los molinetes,

los cuales pueden ser de copillas que giran sobre

un eje vertical (A) y los de tipo helicoidal que

giran sobre un eje horizontal (B) Figura 2. La

velocidad del agua hace girar a las copillas o la

hélice y el número de revoluciones, en la unidad

de tiempo, es proporcional a la velocidad.

Figura 2. Tipos de molinetes

Por lo general los molinetes vienen calibrados de

fábrica y cada uno trae la ecuación o la gráfica

que relaciona al número de revoluciones por

segundo o minuto, con la velocidad del agua

(Figura 3).

Figura 3. Típica relación lineal entre velocidad de la

corriente y velocidad de giro de los molinetes.

Las mediciones con un aforador pueden hacerse

desde un puente, un carrito suspendido de un

cable aéreo o un bote o bien, vadeando la

corriente si esta es poco profunda y pequeña.

A) Molinete de copa

B) Molinete de hélice

4

El molinete se instala por abajo del espejo del

agua, a un 60% del tirante (medido desde la

superficie) y las revoluciones de la ruedecilla se

cuentan a intervalos de tiempo previamente

establecidos (usualmente un minuto).

Cuanto mayor sea el número de registros

realizados en un mismo punto de aforo, más

confiable será la medición de la velocidad

medida.

Para medir las velocidades del flujo en diferentes

puntos igualmente espaciados sobre el espejo

del agua, se sumerge el molinete a 20%, 60% y

80% del tirante respectivo (Figura 4).

Figura 4. Profundidad de medición de la velocidad con

molinete.

Con el área de cada celda (Cuadro 1) y la

velocidad del flujo medio de la celda se calcula el

gasto por celda y total (Cuadro 2).

Cuadro 2. Caudal por celdas y total determinado por el

método de molinete.

Celda Si=hi*Wi Velocidad Vi Caudal Qi=Si*Vi

1 S1 V1 Q1

2 S2 V2 Q2

.

n Sn Vn Qn

5.2 Flotadores

Los flotadores son objetos flotantes, que

adquieren prácticamente la misma velocidad del

agua en contacto con ellos. Se emplean para

medir la velocidad en la trayectoria que

recorren.

Básicamente existen tres tipos de flotadores; (a)

de superficie, (b) de subsuperficie, y (c) de

bastón o varilla (Figura 5).

Figura 5. Flotadores de superficie, de subsuperficie y de

bastón o varilla.

Cualquier objeto que flote con su centro de

gravedad cerca de la superficie libre del agua,

puede usarse como flotador de superficie (Figura

4a). Los flotadores de superficie dan la velocidad

cerca de la superficie libre de la corriente. La

velocidad media en la vertical se obtiene

multiplicando la velocidad en la superficie por un

coeficiente (0.80 a 0.95, siendo el promedio

0.85).

Un flotador de subsuperficie (Figura 5b), consiste

en dos objetos uno que flota sobre la superficie y

que esta unido con un cable a otro sumergido

mayor, de tal peso que mantenga tirante el cable

sin hundir el flotador de la superficie libre del

agua. El flotador de subsuperficie tiene poco

5

valor para aforos de corrientes. Se usa a veces

para determinar la velocidad y dirección de las

corrientes subsuperficiales en lagos, puertos y

otras grandes masas de agua.

Los flotadores de bastón o varilla (Figura 5c), se

construyen con cilindros de palos de madera o

metálicos huecos y contrapesados en un

extremo, de manera que floten

aproximadamente en posición vertical con el

extremo sin contrapeso saliendo ligeramente de

la superficie del agua. Deben acercase lo más

posible al fondo del canal sin que lo toquen en

ningún punto de su trayectoria. Los flotadores de

varilla son más satisfactorios en los canales

artificiales o en las corrientes naturales de

sección regular. Francis dedujo la siguiente

fórmula:

(3)

Donde:

= La velocidad media en la vertical

= La velocidad del flotador de varilla

D = La profundidad del agua.

D’ = La distancia de la parte inferior del

flotador al lecho del canal.

La relación anterior da mayor exactitud con

valores pequeños de D’/D y no debe emplearse

cuando D’ sea mayor de 0.25D.

Antes de efectuar un aforo con flotadores,

deberá elegirse un tramo de canal tan recto y

uniforme como sea posible. En los canales más

pequeños la longitud del tramo deberá ser doble

del ancho de la corriente, con un máximo de 90

m para corrientes anchas.

La velocidad del flotador se obtiene

cronometrando el tiempo que tarda en recorrer

una distancia conocida, marcada previamente

sobre un tramo recto y uniforme a la orillas del

canal y este proceso debe ser repetido en

diversas ocasiones.

El área de la sección puede obtenerse siguiendo

la metodología descrita en el método de aforo

con molinete.

Otro método muy rápido consiste en hacer un

sondeo en el centro del canal, multiplicarlo por

el ancho y por 2/3 (para considerar la sección

parabólica).

En realidad, los canales de tierra suelen

deformarse y toman la forma de una parábola;

sin embargo, el error que puede dar este método

es aproximadamente un 5% respecto a una

sección trapecial.

5.3 Uso de colorantes

Este método se utiliza para determinar el gasto

en tubería u otros conductos cerrados. No es

necesario que el conducto sea de sección

transversal uniforme o regular. Dentro del

conducto, se inyecta una pequeña cantidad de

solución concentrada de un potente colorante

(anilina, permanganato de potasio, fluorescina

etc.), y se determina el tiempo que tarda en

propagar su color hasta un punto de

observación. Finalmente, se mide la longitud de

tramo, esto es, la distancia comprendida entre el

6

punto en que se introduce la materia colorante y

el de observación y se divide entre el tiempo de

recorrido para obtener la velocidad (m/s).

La solución colorante puede introducirse en la

entrada o bien inyectarse a través de una

abertura hecha en la pared del conducto. El

punto de observación debe situarse donde

pueda verse el agua, como por ejemplo, a la

salida o donde pueda abrirse una válvula. Las

observaciones de tiempo (segundos, minutos,

hora), deben hacerse en el instante en que se

introduce el material colorante y en la primera y

última aparición de colorante en el punto de

observación. El promedio de estos intervalos de

tiempo del recorrido es igual a la velocidad

media y el gasto es el producto de esta velocidad

media por el área de la sección transversal del

conducto. Si esta sección no es constante, se

debe determinar el volumen del tramo. Este

volumen dividido por el tiempo del recorrido es

el gasto.

5.4 Aforo por sección y pendiente

La velocidad del agua que se desliza en una

corriente o en un canal abierto, está

determinada por varios factores.

a. El gradiente o la pendiente. Si todos los

demás factores son iguales, la velocidad de

la corriente aumenta cuando la pendiente es

más pronunciada.

b. La rugosidad. El contacto entre el agua y los

márgenes y lecho de la corriente causa una

resistencia (fricción), que depende de la

suavidad o rugosidad del canal. En las

corrientes naturales, la presencia de

vegetación influye en la rugosidad al igual

que cualquier irregularidad que cause

turbulencias.

c. La forma. Los canales pueden tener

idénticas áreas de sección transversal,

pendientes y rugosidad, pero puede haber

diferencias de velocidad de la corriente en

función de su forma. La razón es que el agua,

que está en contacto con los taludes y el

lecho del cauce se mueve a una menor

velocidad a causa de la fricción. Por lo tanto,

un canal con una menor superficie de

contacto con el agua tendrá menor

resistencia a la fricción y una mayor

velocidad relativa. El parámetro utilizado

para medir el efecto de la forma del canal se

denomina radio hidráulico del canal

(relación entre el área de la sección

transversal y el perímetro de mojado)

(Figura 6).

Figura 6. Elementos de una sección transversal.

Todas estas variables que influyen en la

velocidad de la corriente están consideradas en

la fórmula de Manning:

(4)

7

Donde:

R = Radio hidráulico, m.

Pendiente del lecho del cauce (m/m).

n = Coeficiente de rugosidad de Manning

(Anexo 1).

Se dispone de nomogramas basadas en la

fórmula de Manning. Si se conocen tres

variables, es posible encontrar la velocidad del

flujo en el cauce1 (Figura 7).

Figura 7. Nomograma para resolver la fórmula de

Manning (FAO).

De la ecuación de continuidad se tiene que:

(5)

Donde:

1 Ejemplo: Dado R = 0,3 m, n= 0,03, pendiente = 2% o 0,02 m por m,

encontrar la velocidad V. Solución: Únase R = 0,3 y n = 0,03 y proyéctese

la línea de referencia. Únase el punto situado en la línea de referencia con

la pendiente = 0,02. La intersección de la escala de velocidad da V =2,0

m/s. Fuente (Medición sobre el Terreno de la Erosión del Suelo y de la

Escorrentía. (Boletín de Suelos de la FAO - 68).

Q = Gastos de la avenida máxima en m3/s.

V = velocidad, m/s.

A = área hidráulica, m2.

Utilizando las ecuaciones (4 y 5) se puede

obtener el escurrimiento en m3/s de acuerdo con

la siguiente ecuación:

(6)

5.5 Aforo con escuadra para tuberías

Este método es aplicable a descargas de tuberías

a presión y consiste en medir la distancia

horizontal (D), que existe entre la extremidad del

tubo donde descarga el agua y un punto situado

exactamente a 30.5 cm (10 pulgadas) por encima

de la caída del agua, para lo cual se usa una

escuadra de madera o metal (Figura 8).

Figura 8. Método de la escuadra.

La descarga de agua con este método de calcula

utilizando la siguiente expresión:

(7)

Donde:

Q= Caudal en m3/s.

8

D= Distancia en metros, desde el borde del

tubo hasta un punto situado a 0.305 m por

encima de la caída del agua.

S= Área del diámetro interno de la tubería

en m2.

En caso de no estar completamente llena la

tubería, se puede tener una idea aproximada del

caudal, multiplicando el resultado obtenido por

la división de h entre y (h/y) para corregir el

caudal, donde, “y” es el diámetro del tubo y “h”

es la altura del agua dentro del tubo (Figura 7).

6. MÉTODOS DE AFORO DIRECTOS

6.1 Método volumétrico

El método consiste en medir el tiempo en que se

llena un recipiente de volumen conocido (Figura

9), y el gasto se determina con la siguiente

expresión:

(8)

Donde:

Q = gasto, l/s.

V = volumen del recipiente, l.

t = tiempo en que se llena el recipiente, s.

Figura 9. Aforo volumétrico

6.2 Aforo en orificios

Los orificios circulares de bordes biselados, son

usados generalmente para la medición del agua

en canales y tuberías, aunque también pueden

emplearse orificios cuadrados y rectangulares.

La descarga de agua a través de orificios y

compuertas, con la sección transversal del flujo

completamente llena, está dada por la ecuación

de continuidad donde el gasto (Q = A V); donde A

es el área de la abertura corregida por la

contracción que sufre el chorro al salir, y V es la

velocidad de salida, expresada en función de la

carga hidráulica y corregida por la fricción, de tal

forma que:

(9)

Donde

A = Área transversal del orificio.

Cc = Coeficiente de contracción (0.614-

0.617).

V = Velocidad de la descarga.

Cv = Coeficiente de velocidad (0.954-0.991).

De acuerdo con el Teorema de Torricelli, la

velocidad de salida a través de un orificio, es

igual a la velocidad adquirida por un cuerpo que

cae libremente desde una altura h por encima

del centro de la abertura, o sea:

Donde:

9

h = Carga que opera sobre el centro del orificio,

en orificios con descarga libre o, la diferencia

de elevación entre las superficies del agua

medida antes y después del orificio, en

orificios sumergidos; como se indica en la

Figura 10.

Figura 10. Medición de la carga en orificios.

Al sustituir el teorema de Torricelli en la formula

básica del gasto, se obtiene la ecuación de

descarga para orificios, como sigue:

Donde C = Cc Cv = Coeficiente de derrame o de

gasto para orificios, el cual típicamente ha

variado de 0.59-0.65 para orificios circulares de

latón con bordes biselados y velocidad de

accesos despreciable.

El coeficiente C depende de la configuración del

orificio, material de construcción y condiciones

de flujo. Tradicionalmente se ha considerado

como de 0.61.

6.3 Medición por compuertas

A menudo el control de gasto en un sistema de

canales, se realiza por medio de compuertas

deslizantes o radiales. Si el canal es rectangular,

se puede calcular el gasto en base en la abertura

de la compuerta “a” y el tirante aguas arriba “d”.

(Figura 11) y el ancho del canal:

Figura 11. Compuerta rectangular.

La sección del orificio que la compuerta deja

abierta es de a, pero el flujo que sale por el

orificio se contrae, adquiriendo un espesor Ca,

que es considerado como el coeficiente de

contracción (C). Si el tirante aguas arriba de la

compuerta es d, se considera que la carga que

actúa sobre el flujo de salida es:

h = d – Ca (14)

Recordando que la sección del orificio es A = ab y

reemplazando en (13) se obtiene:

Para esta fórmula se puede utilizar C = 0.6,

siempre que el tirante d sea mayor que 10 veces

la abertura a.

d

aCa

d-Ca

compuerta

10

6.4 Aforo de canales utilizando vertedores

Un vertedor es una estructura de cresta delgada

y ancha para medir el gasto que circula en un

canal.

Vertedores de cresta delgada

Los vertedores de cresta delgada son muescas o

escotadura de forma regular, a través de la cual

puede fluir el agua. Los vertedores utilizados

para la medición del agua en canales y diques

abiertos, son placas de metal, madera, plástico o

fibra de vidrio con una escotadura en la parte

media que funciona como vertedor de demasías

y que al medir su tirante sobre la base del

vertedor se puede obtener el gasto2.

Los vertedores utilizados para el desagüe de

excedentes en canales, estanques y presas, son

generalmente estructuras permanentes,

construidas de concreto o mampostería.

El borde sobre el cual se vierte el agua se

denomina cresta del vertedor. La lámina de agua

que fluye por encima de la cresta se llama

descarga y la altura de agua que produce la

descarga, es la carga.

El canal de llegada o acceso es el que conduce el

agua al vertedor y la velocidad de agua en ese

canal se denomina velocidad de acercamiento.

2 Para cada tipo de vertedor se debe realizar una

calibración para que a partir del tirante medido sobre el vertedor se pueda obtener el gasto (l/s).

Vertedores rectangulares

La fórmula básica para estimar el gasto o

descarga que pasa por un vertedor rectangular

(Figura 12) con velocidad de acercamiento

despreciable, está dada por:

Donde:

Q = Gasto descargado por la escotadura en

m3/s.

L = Longitud efectiva de la cresta, m.

h = Carga por velocidad en m.

c = Coeficiente experimental que engloba a

las constantes numéricas y al coeficiente de

fricción, 1.84 para salidas rectangulares.

Figura 32. Vertedor rectangular.

Las contracciones laterales reducen la longitud

efectiva de la cresta, por lo que el cálculo del

gasto se realiza por medio de una fórmula de

Francis corregida por contracción. La corrección

consiste en reemplazar el ancho L de la cresta

por uno reducido que se le resta el 20% de la

11

carga h, de tal modo que la fórmula se

transforma en:

Vertedores trapezoidal

La descarga de un vertedor trapezoidal es igual a

la suma de los gastos dados por un vertedor

rectangular y dos triangulares.

El calculo de la descarga con vertedor trapezoidal

(Figura 13) también denominado tipo Cipolleti,

es muy parecida a la utilizada en vertedores

rectangulares de cresta angosta, lo cual

constituye una ventaja, ya que no requiere de

corrección por contracciones laterales. La

formula utilizada se presenta a continuación:

Donde L = Longitud de la cresta en m.

Figura 43. Vertodor trapecial cipolleti.

El vertedero Cipolleti no es recomendable para

mediciones de precisión.

Vertedores triangulares

El vertedor triangular o de escotadura en “V”, es

apropiado para la medición de pequeños

caudales, es fácil de construir e instalar y desde

el punto de vista práctico, está bien adaptado

para el aforo de gastos menores a 120 l/s (Figura

14).

Estos vertedores se adaptan bien a cualquier tipo

de sección del canal. Lo importantes es que su

colocación y nivelación, entre las paredes y la

muesca a toda capacidad, no sea menor de la

mitad del ancho del vertedor a ese nivel, para

que el acceso no se estrangule. Además, el

vertedor triangular debe quedar suficientemente

elevado, para que nunca trabaje ahogado.

Figura 54. Vertedor triangular.

El caudal teórico de descarga viene dado por la

expresión:

El valor de (Cd) es función tanto de la carga (h),

como del ángulo ( ).

En la práctica se observa que el coeficiente de

descarga de estos vertedores se aproxima a 0.42

debido a la contracción de la vena líquida y al

rozamiento. Para el vertedor con = 90° (caso

más habitual) la expresión final del caudal será:

12

Donde

Q = gasto, m3/s.

h = Carga sobre el vertedor en m.

Los gastos en l/s que se pueden obtener para

diferentes cargas en los vertedores triangulares

(90o) y rectangulares se muestran en el Anexo 2.

Vertedores de cresta ancha

Son estructura de sección canal que se colocan

sobre la corriente o canal para aforar el volumen

de agua que pasa en el tiempo. Sobre la

estructura del canal (garganta) se conecta un

tubo a un limnigrafo para medir la carga o tirante

de agua que pasa por la sección y a partir del

tirante se estima el gasto ya que son estructuras

precalibardas o bien se tendría que estar

midiendo la variación del tirante durante el

evento para estimar el volumen escurrido.

6.5 Canal de aforo Parshall

Los aforadores Parshall son instrumentos

calibrados para la medida del caudal en cauces

abiertos (Figura 15). Se describe técnicamente

como un aforador de profundidad crítica.

Sus principales ventajas son que sólo existe una

pequeña pérdida de carga a través del aforador,

que deja pasar fácilmente sedimentos o

desechos, que no necesita condiciones

especiales de acceso o una poza de

amortiguación y que tampoco necesita

correcciones para una sumersión de hasta un

60%. En consecuencia, es adecuado para la

medición del caudal en canales de riego o en

corrientes naturales de secciones transversales

de poco ancho con una pendiente ligera.

Figura 65. Canal de aforo Parshall.

El medidor consiste en una sección convergente

con el fondo a nivel, una sección de garganta con

el fondo con pendiente descendente y una

sección divergente con el fondo con pendiente

ascendente. Gracias a ello, el agua escurre a

velocidad crítica a través de la garganta.

La sección control del medidor está situada cerca

del final de la sección convergente (Figura 16).

Figura 76. Partes de una estructura aforadora Parshall.

Los aforadores Parshall están calibrados para una

altura piezométrica (ha), medida en un lugar

13

definido de la sección convergente. La altura

piezométrica de aguas abajo (hb) se mide en la

sección de la garganta.

Los aforadores Parshall se construyen de muy

diversos tamaños y se clasifican según sea la

anchura en la sección de garganta.

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 sobre el terreno

con ladrillo, utilizando un armazón de metal

prefabricado para garantizar mediciones exactas.

Una canaleta Parshall requiere una pequeña

pérdida de carga, es autolimpiable y permite una

medición segura, aun cuando esté parcialmente

sumergida. El tamaño de la canaleta está

determinado por el ancho de la garganta.

En el Cuadro 3 se muestran las dimensiones y

capacidades para los medidores Parshall en

varios tamaños de garganta. Tales canaletas

deben ser construidas de acuerdo con las

dimensiones especificadas y las cargas (Ha y Hb),

medidas en los puntos señalados en la Figura 17.

Cuadro 3. Dimensiones y capacidades para aforadores Parshall en varios tamaños de garganta (las letras se refieren a

las dimensiones indicadas en la Figura 15).

Unidades: m = metros

cm = centímetros

m3/s = metros cúbicos por segundo FUENTE: Open Channel Hydraulics Vente chow, 1959.

Mín. Máx.

m cm m cm m cm m cm m cm m cm m cm m cm m cm cm cm m cm m cm m cm cm cm m3/s m3/s

0.00 7.62 0.30 15.56 0.30 0.64 0.30 15.24 0.00 17.78 0.00 25.88 0.59 0.00 0.00 15.24 0.30 0.00 2.54 5.72 0.30 10.16 0.30 0.00 0.59 15.88 2.54 3.81 0.001 0.05

0.00 15.24 0.59 18.20 0.30 10.95 0.59 0.00 0.30 8.89 0.30 9.21 0.59 0.00 0.30 0.00 0.59 0.00 7.62 11.43 0.30 10.16 0.30 0.00 0.59 29.21 5.08 7.62 0.001 0.10

0.00 22.86 0.59 26.99 0.30 28.26 0.59 25.40 0.30 7.62 0.30 26.99 0.59 15.24 0.30 0.00 0.30 15.24 7.62 11.43 0.30 10.16 0.30 0.00 0.89 16.51 5.08 7.62 0.002 0.23

0.30 0.00 1.18 15.24 0.89 0.00 1.18 12.38 0.59 0.00 0.59 23.50 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.30 20.32 0.30 7.62 1.18 27.31 5.08 7.62 0.003 0.42

0.30 15.24 1.18 22.86 0.89 5.08 1.18 20.00 0.59 15.24 0.89 11.11 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.30 20.32 0.30 7.62 1.48 15.24 5.08 7.62 0.004 0.64

0.59 0.00 1.48 0.00 0.89 7.62 1.18 27.62 0.89 0.00 0.89 29.21 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.30 20.32 0.30 7.62 1.77 2.54 5.08 7.62 0.011 0.86

0.89 0.00 1.48 15.24 0.89 20.32 1.48 12.07 1.18 0.00 1.48 4.76 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.30 20.32 0.30 7.62 2.07 8.89 5.08 7.62 0.016 1.30

1.18 0.00 1.77 0.00 1.18 0.00 1.48 26.99 1.48 0.00 1.77 10.80 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.59 0.00 0.30 15.24 2.37 27.31 5.08 7.62 0.034 1.76

1.48 0.00 1.77 15.24 1.18 10.16 1.77 11.43 1.77 0.00 2.07 16.83 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.59 0.00 0.30 15.24 2.96 3.18 5.08 7.62 0.041 2.21

1.77 0.00 2.07 0.00 1.18 20.32 1.77 26.35 2.07 0.00 2.37 22.86 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.59 0.00 0.30 15.24 3.25 8.89 5.08 7.62 0.067 2.68

2.07 0.00 2.07 15.24 1.48 0.00 2.07 10.80 2.37 0.00 2.66 28.89 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.59 0.00 0.30 15.24 3.55 15.24 5.08 7.62 0.078 3.14

2.37 0.00 2.37 0.00 1.48 10.16 2.07 25.72 2.66 0.00 3.25 4.45 0.89 0.00 0.59 0.00 0.89 0.00 7.62 22.86 0.59 0.00 0.30 15.24 3.84 20.96 5.08 7.62 0.090 3.61

Y Z

Descarga

G K N R M PD2/3 A E FW A B C

13

Figura 87. Canaleta de medición Parshall en planta y elevación, mostrando sus dimensiones con letras.

Donde:

W = Tamaño de la garganta.

A = Longitud de la pared lateral de la sección

convergente.

2/3 A = Distancia desde el extremo final de

la cresta al punto de medición.

B = Longitud axial de la sección convergente.

C = Anchura del extremo aguas debajo de la

canaleta a la salida de la sección divergente.

D= Anchura del extremo aguas arriba de la

canaleta a la entrada de la sección

convergente.

E = Profundidad de la canaleta.

F = Longitud de la garganta.

G = Longitud de la sección divergente.

K = Diferencia de elevación entre el extremo

más bajo de la canaleta y la cresta.

M = Longitud del piso de llegada o acceso.

N = Profundidad de la depresión en la

garganta, por debajo de la cresta.

P = Anchura entre los extremos de las

paredes curvadas, a la entrada, en forma de

campana.

R = Radio de curvatura de las paredes

acampanadas.

X = Distancia horizontal al punto de

medición Hb, desde el punto inferior de la

garganta.

Y = Distancia vertical al punto de medición

Hb, desde el punto inferior de la garganta.

Z = Diferencia en elevación entre el nivel

del piso al punto inferior de la garganta.

Las relaciones carga-descarga para canaletas

Parshall de varios tamaños, como fueron

calibradas empíricamente, pueden ser estimadas

utilizando el ancho de la garganta con las

siguientes ecuaciones:

Ancho de garganta:

14

En las ecuaciones anteriores, Q es la descarga

libre en m3/s, W es el ancho de la garganta en

metros y Ha es la carga superior en metros.

El grado de sumersión reduce la capacidad de

flujo. En este caso, la descarga calculada con las

ecuaciones anteriores debe ser corregida por

una cantidad sustraída.

Los diagramas del Anexo 3 permiten hacer la

corrección por sumersión para varios tamaños

de aforadores Parshall.

La corrección para la canaleta de 0.295 m es

aplicable a las canaletas más grandes,

multiplicando la corrección (para las canaletas

mayores de 0.295 m) por el factor dado en el

Cuadro 4 para el tamaño particular de canaleta

en uso.

Cuadro 4. Factores de corrección por sumersión para

canales Parshall de diferentes tamaños (tomando como

base a las canaletas de 0.295 a 2.95m).

Tamaño de Factor de Tamaño de Factor de

canaleta, W, m Corrección canaleta, W, m Corrección

0.2957 1 1.1828 3.1

0.44355 1.4 1.7742 4.3

0.5914 1.8 2.3656 5.4

0.8871 2.4

7. BIBLIOGRAFÍA

Briones Sánchez Gregorio. 1998. Aforo del

agua en canales y tuberías. Edit.Trillas. 1ª

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García Prats Alberto. 2006. Hidráulica

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Hudson, M. 1997. Medición sobre el Terreno

de la Erosión del Suelo y de la Escorrentía.

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Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

(IMTA). 1992. Manual de aforos. 3ª Edición.

Universidad Autónoma Chapingo.

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(IMTA). 1996. Tratado Elemental de

Hidráulica. 2ª Edición. Universidad Autónoma

Chapingo, México.

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

(IMTA). 2007. Métodos y Sistemas de

Medición de Gasto. Jiutepec, Morelos,

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INIA. 2007. Revista técnica. Métodos

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20 de noviembre de 2012.

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United States Departament of the Interior.

Bereau of Reclamation. Reprint.

Ven Te, Chow. 1959. Open Channel

Hydraulics. McGRAW-HILL, BOOK COMPANY,

INC. México.

15

ELABORARON:

Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso

Dr. Mario R. Martínez Menes

Ing. Edgar Zamora Cruz

Para comentarios u observaciones al presente documento contactar a la

Unidad Técnica Especializada (UTE) COUSSA

www.coussa.mx

M. C. Félix Alberto LLerena Villalpando allerena@correo.chapingo.mx y f.allerenav@gmail.com Teléfono: (01) 595 95 2 15 58

Universidad Autónoma Chapingo Dr. Mario R. Martínez Menes mmario@colpos.mx Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso demetrio@colpos.mx Teléfono: (01) 595 95 5 49 92

Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, México.

16

ANEXO 1. COEFICIENTES DE MANNING PARA CAUCES NATURALES

Valores del coeficiente de rugosidad (n) de Manning para cauces naturales.

TIPO DE CANAL MÍNIMO MEDIO MÁXIMO

CURSOS MENORES (ANCHO SUPERFICIAL < 30 m)

A) DE LLANURAS O PLANICIES (BAJA PENDIENTE)

LIMPIOS, RECTOS, A CAPACIDAD PLENA SIN VADOS O CHARCAS PROFUNDAS 0.025 0.03 0.033

IDEM, CON MÁS PIEDRAS Y MALEZAS 0.033 0.035 0.04

LIMPIO, CON CURVAS, ALGUNAS POZAS Y BANCOS DE ARENA 0.035 0.04 0.045

IDEM, CON ALGO DE MALEZA Y PIEDRAS 0.04 0.045 0.05

IDEM, A NIVELES BAJOS Y SECCIONES Y PENDIENTES IRREGULARES 0.045 0.048 0.055

IDEM ANTERIOR PERO MÁS PEDREGOSA 0.05 0.05 0.06

TRAMOS DESCUIDADOS CON MALEZA, POZAS PROFUNDAS 0.075 0.07 0.08

TRAMOS CON MUCHA MALEZA, POZAS PROFUNDAS O CAUCES DE CRECIDA CON

ÁRBOLES Y ARBUSTOS

0.10 0.15

B) DE MONTAÑA (ALTA PENDIENTE), SIN VEGETACIÓN EN EL CANAL, RIBERAS

USUALMENTE EMPINADAS, ÁRBOLES Y ARBUSTOS SUMERGIDOS A LO LARGO DE LAS RIBERAS

FONDO: GRAVA, RIPIO Y POCOS BOLONES 0.03 0.04 0.05

FONDO: RIPIO Y GRANDES BOLONES 0.04 0.05 0.07

PLANICIES DE INUNDACIÓN

A) PASTIZALES, SIN MATORRALES

PASTO PEQUEÑO 0.025 0.03 0.035

PASTO ALTO 0.03 0.035 0.05

B) ÁREAS CULTIVADAS

SIN COSECHAS 0.02 0.03 0.04

CULTIVOS CRECIDOS, PLANTACIÓN EN SURCOS 0.025 0.035 0.045

CULTIVOS CRECIDOS, PLANTACIÓN A CAMPO TRAVIESA 0.03 0.04 0.05

C) MATORRALES

MATORRALES DISPERSOS, GRANDES MALEZAS 0.035 0.05 0.07

POCOS MATORRALES Y ÁRBOLES, EN INVIERNO 0.035 0.05 0.06

POCOS MATORRALES Y ÁRBOLES, EN VERANO 0.04 0.06 0.08

MEDIANA A GRAN CANTIDAD DE MATORRALES, EN INVIERNO 0.045 0.07 0.11

MEDIANA A GRAN CANTIDAD DE MATORRALES, EN VERANO 0.07 0.10 0.16

D) ÁRBOLES

SAUCES DENSOS, EN VERANO, RECTOS 0.11 0.15 0.20

TIERRA DESPEJADA CON POSTES O TRONCOS DE ÁRBOLES, SIN BROTES 0.03 0.04 0.05

IDEM, CON GRAN CANTIDAD DE BROTES O RAMAS 0.05 0.06 0.08

TRONCOS O POSTES, POCOS ÁRBOLES CAÍDOS, PEQUEÑOS CULTIVOS, NIVEL DE CRECIDA BAJO LAS RAMAS 0.08 0.1 0.12

IDEM, PERO EL NIVEL DE CRECIDA ALCANZA LAS RAMAS 0.10 0.12 0.16

CURSOS MAYORES (ANCHO SUPERFICIAL >30 M). EL VALOR DE N ES MENOR QUE PARA EL CASO DE

CORRIENTES MENORES SIMILARES, YA QUE LAS RIVERAS OFRECEN MENOS RESISTENCIA EFECTIVA

A) SECCIÓN REGULAR SIN ROCAS O MATORRALES 0.025

0.06

B) SECCIONES IRREGULARES Y RUGOSAS 0.035 0.10

18

ANEXO 2. GASTO PARA DIFERENTES CARGAS EN VERTEDORES TRIANGULARES Y

RECTANGULARES

Vertedor en V Vertedor rectangular

Carga Caudal Carga

Caudal por metro de

longitud de cresta

(mm) (l/s) (mm) (l/s)

40 0.4 30 9.50

50 0.7 40 14.60

60 1.2 50 20.40

70 1.8 60 26.70

80 2.5 70 33.60

90 3.3 80 40.90

100 4.4 90 48.90

110 5.5 100 57.00

120 6.9 110 65.60

130 8.4 120 74.70

140 10.2 130 84.00

150 12.0 140 93.70

160 14.1 150 103.80

170 16.4 160 114.00

180 18.9 170 124.50

190 21.7 180 136.00

200 24.7 190 146.00

210 27.9 200 158.50

220 31.3 210 169.50

230 35.1 220 181.50

240 38.9 230 193.50

250 43.1 240 205.50

260 47.6 250 218.50

270 52.3 260 231.00

280 57.3 270 244.00

290 62.5 280 257.50

300 68.0 290 271.00

350 100.0 300 284.00

19

ANEXO 3. DIAGRAMAS PARA CANALES PARSHALL