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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA
(Creada por LEY N° 25265)
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE AGRONOMIA
“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO”
PRACTICAS DE TECNOLOGIA DE
RIEGO
Jesús Antonio Jaime Piñas
Acobamba – Huancavelica
Perú
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA
(Creada por LEY N° 25265)
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE AGRONOMIA
“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO”
PRACTICAS DIRIGIDAS DE TECNOLOGIA DE RIEGO
ING. JESÚS ANTONIO JAIME P.
1.- DETERMINACION DE LA HUMEDAD DEL SUELO
METODO DE CAMPO (GRAVIMETRICO)
- Materiales y Herramientas.-
Plástico grueso 2.5 m. doble ancho.
Lampas{
Balde.
Muestras de suelo.
Balanza de aproximación (0.1 g.)
- Procedimiento.-
Construir un dique de contención en 01 m2 aproximadamente de terreno plano de forma
circular para lo cual se debe levantar el bordo con tierra de 0.1 m. a 0.2 m. de alto.
Nivelar el piso y, saturar con agua, luego cuando desaparece ésta de la superficie
cubrir con el plástico todo el área circular con tierra, paja u otro material para evitar
pérdidas de humedad por evaporación de la superficie del suelo.
Tomar muestras de suelo a las 24,48,72,96 horas según las profundidades deseadas,
determinar la humedad actual y llevarlo a estufa (105° - 110°C) 24 horas.
Determinar el % de humedad en base a peso de suelo seco.
Un suelo estará en capacidad de campo cuando el % de humedad permanece
invariable de 01 día para otro.
Observación : La humedad capilar se denomina también índice de textura, equivalente de humedad,
capacidad de campo o coeficiente hídrico.
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Cálculos:
% CC = (Psh – Pss) x 100
Pss
Donde: Psh = Peso del suelo en humedad actual en g.
Pss = Peso de muestra secada a 105 ° C 24 horas.
CC = Capacidad de campo.
Lcc = PS x da x prof. (del suelo)
Donde: Lcc = Lámina de agua en el suelo a capacidad de campo.
Phps= Porcentaje de humedad del suelo en base a peso de suelo seco.
da = densidad aparente.
Lpmp= Lámina a punto de marchites permanente.
Lpmp = Lcc / 2 ( aprox.)
Las = % H x da x Prof. ( del suelo)
Donde: Las = Lámina de agua en el suelo .
% H = 15.
da = 1.3 g/cc.
Prof = 0.3 m (30 cm.)
Las = 0.15 x 1.3 x 80
Las....= 5.85 cm. (58.5 mm)
2.-DETERMINACION DE PENDIENTES Y TRAZADO DE CURVAS A NIVEL:
Para determinar la pendiente del terreno se puede usar el nivel rústico de madera en A ó se puede
utilizar un nivel de manguera con agua, nivel de carpintero, eclímetro o nivel de Ingeniero.
NIVEL DE MANGUERA.-
Construcción.-
El nivel se construye de la siguiente forma:
A 1,5 m de altura en los trozos de madera se marca el 0, y a partir de esta marca se
hacen marcas cada 2 cm hasta completar 20 cm hacia arriba y hacia abajo.
Se amarra a ambos listones frente a las marcas anteriores la manguera plástica.
A 10 cm de la base de los listones se amarra la lienza, de manera que al separar los
palos queden a una distancia de 10 metros.
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Para medir en el terreno:
Se llena la manguera con agua y en uno de los listones se hace coincidir el nivel del
agua con el cero. Se mantiene este listón parado en el suelo y se avanza hasta que la
lienza quede estirada.
Una vez que se ha avanzado los 10 metros, se para el otro listón en el suelo y se mide la
altura a que se encuentra el nivel del agua.
Al parar los listones deben quedar lo más derecho posibles.
La distancia entre el 0 y el nivel del agua representa el desnivel en centímetros que hay
en 10 metros.
Para conocer el desnivel en 100 metros o porcentaje, el desnivel medido se multiplica
por 10. Por ejemplo, si la distancia entre el 0 y el nivel del agua es de 4 cm, la pendiente es
40 cm en 100 metros, ó 0,40 m en 100 metros ó 0,4%.
Procedimiento de lectura.- Para determinar pendientes de 0 a 10 % se deben separar los listones
que tienen atados la manguera transparente con agua a 10 m., si el nivel de agua no cambia,
entonces ambos puntos de apoyo están al mismo nivel, si el nivel cambia y se encuentra a:
5 cm la pendiente es 0.5 %
10 cm la pendiente es 1.0 %
15 cm la pendiente es 1.5 %
20 cm la pendiente es 2.0 %
50 cm la pendiente es 5.0 %
Para el trazo de una curva de nivel se debe escoger un punto inicial, luego separar los listones uno
de los cuales se debe subir o bajar en el terreno hasta que el agua mantenga un mismo nivel de
altura en ambos listones, repetir los pasos para otros puntos.
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Fotografía de un nivel de manguera Chupaca
Esquema de un nivel de manguera:
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OBSERVACIÓN.- El agua de riego en surcos en mínima pendiente (0.5 % a 2 %) debe ser
controlado para caudales no erosivos:
Pendiente Caudal
0.5 % 1 ¼ l / s.
1.0 % ¾ l / s.
2.0 % ¼ l / s.
3.-SIFONES PARA RIEGO:
Los sifones son tubos de plástico en forma de curva que se usan para sacar agua del canal a la
parcela, permiten además medir y controlar adecuadamente el agua de riego. El diámetro y el largo
dependen del cultivo y del surco, siendo los más comunes de 4 o 5 cm de diámetro y de
1,20m de largo.
¿Cómo funcionan?
Desde la acequia se deriva el agua a los surcos o regueras a través de los sifones, sin
necesidad de abrir zanjas o piqueras, facilitando el trabajo del regador. Para hacerlos
funcionar es necesario “cebarlos”, lo que significa introducirlos en la acequia y llenarlos con
agua mientras se tapa un extremo. Inmediatamente, se vuelcan por sobre el bordo hacia el
surco o reguera. Al principio es dificultoso hacerlos funcionar y suelen descargarse por el
ingreso de aire. Un regador experimentado puede poner en funcionamiento una serie de
treinta sifones en un tiempo reducido (10 minutos o menos).
Principales ventajas:
� Se logra una distribución pareja del agua en el lote. Por ejemplo, si el caudal total
disponible es de 20 litros por segundo, el caudal erogado por cada sifón es de 1 litro
por segundo aproximadamente, con lo que se consigue un frente de avance más
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uniforme. De esta manera, se logra mejorar la eficiencia de distribución y aplicación del
agua.
� Se evitan roturas en los bordos de las acequias, lo cual es un problema en los primeros
riegos (de asiento) cuando los bordos no están lo suficientemente firmes y asentados.
En los suelos sueltos y arenosos los sifones evitan abrir piqueras y tener que regular el
caudal en forma permanente, reduciendo las posibilidades de erosión que causa un
riego tradicional.
� Debido a que son portátiles, con un número reducido de sifones se puede regar una
superficie importante, ya que se van trasladando a lo largo de la acequia en la medida
que se riegan los diferentes sectores. Un solo operario con algo de práctica puede
operar sin mayores dificultades hasta 50 sifones y manejar un área de 15-20 ha.
Procedimiento de fabricación.-
Para fabricar los sifones es necesario tubería de PVC (plástico) de ½”, ¾”,1”, 1 ½”, 2”, 3”, 4” o
más denominada de alta resistencia a la presión (Clase 10), que tiene un espesor de pared
de 2,8 mm. Esto es para evitar deformaciones al construirlos y para una mayor duración. Los
tubos se consiguen en el comercio por tirones de 6 m, los que luego se cortan. De cada
tramo de 6 m se obtienen 5 sifones de 1,20 m de longitud. Se construyen aplicándoles calor
y moldeándolos hasta conseguir la forma curvada.
Pasos de la fabricación de sifones:
Cortar los tubos de 1.00 m. a 1.50 m., de largo.
Llenar el tubo con arena fina y taponarla bien an ambos lados.
Calentar uniformemente el tubo en el fuego.
El Tubo cuando adquiere flexibilidad debe adecuarse a la forma deseada del sifón a construir.
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Esquema de sifones:
Fotografía de diversos sifones Sistema de riego Chupaca
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Caudal mínimo y máximo (lt/s) que entregan los sifones según su diámetro:
Caudales (l/s) de sifones para riego, según carga de agua y diámetro
Caudal (lt/s) sifones según su diámetro y carga de agua en cm.:
DIAMETRO cm. CARGA DE AGUA cm.
5 10 15 20
10 0,05 0,07 0,08 0,09
20 0,19 0,26 0,32 0,73
30 0,42 0,59 0,73 0,84
40 0,75 1,06 1,29 1,49
50 1,17 1,65 2,02 2,33
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4.-CRITERIOS PARA OPERAR UN SISTEMA DE RIEGO
Abastecimiento de demanda: se estima 1 litros /Seg/ha.
Abastecimiento continuo > 250 has cuando el canal lleva continuamente agua es eficiente para
áreas >s a 250 has si se cuenta con las debidas estructuras de control.
Abastecimiento rotacional <s a 250 has.
Q Partidor = QA + QB+QC
Q partidor x Area de infiltración de A
Q A = ----------------------------------------------------
A A A B + A C + (Sumatoria de las áreas)
Bocatoma
280 has.
Partidor
250 has.
350 has.
11
1000 x 280
Q A = --------------------------- = 318/Seg.
880
1000 x 250
Q B= --------------------------- = 284/Seg. 1000 lts / seg
880
1000 x 350
Q C= --------------------------- = 398/Seg.
880
TURNO DE RIEGO
Area x i
T = --------------------------- = 318/Seg.
Q entrega
EJEMPLO
LATERAL A
Partidor
80 x 7
Ta = -------------------- = 2 días.
318 280 has.
12
60 x 7
Tb = -------------------- = 1.5 días.
318
140 x 7
Tc = --------------------- = 3.5 días. TOTAL 7.0 Días
6.- DETERMINACION DE ALTITUDES UTILIZANDO ALTÍMETRO.
- Procedimiento.-
Transformar la altura en presión atmosférica (hPa) a milímetros de mercurio (mmHg) multiplicando el
valor de la lectura en hPa x 0.7500616.
Sumar el valor a la lectura matriz según el lugar donde se pretende hallar la altitud en msnm.
7.-APORTE UNITARIO DE MATERIALES PARA CONCRETO SIMPLE:
- Concreto.- Concreto con resistencia promedio de140 Kg/cm2 .
Relación agua – cemento de 0.8.
CUADRO N° 1.-DE MATERIALES SIN CONSIDERAR DESPERDICIOS
Proporción a / c MATERIALES POR M3
Cemento
(bolsas)
Hormigón
(m3)
Agua
(m3)
1:6 0.80 6.2 1.05 0.21
1:7 0.80 5.5 1.09 0.19
1:8 0.80 5.0 1.13 0.17
1:9 0.80 4.6 1.16 0.16
1:10 0.80 4.2 1.19 0.14
1:12 0.80 3.6 1.23 0.12
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Cuadro Nº 02.- MATERIALES POR M3 DE CONCRETO SIMPLE
Proporción a / c Cemento
(bolsas)
Hormigón
(m3)
Piedra
Mediana (m3)
Agua
(m3)
1:8 + 25% P.M. 0.80 3.7 0.85 0.40 0.13
1:10 + 30% P.M. 0.80 2.9 0.83 0.48 0.10
Cuadro Nº 03.- ANÁLISIS PARA UNA MEZCLA CON CAL (Diablo fuerte):
Proporción a / c Cemento (Kg) Cal (Kg) Arena (Kg)
1:1:5 0.80 42.5 17.5 226.5
8.-RIEGO POR CAUDAL INTERMITENTE:
Esta técnica de riego se puede aplicar utilizando sifones, spiles o multicompuertas.
- Procedimiento.- Si se trata de spiles estos deben ser colocados en el canal de cabecera
convenientemente nivelado en tramos no mayores a 20 metros. Para la utilización de los sifones es
necesario nivelar el canal de cabecera de igual forma en tramos no mayores a 20 metros para que los
sifones funcionen adecuadamente y se puedan fácilmente distribuir caudales uniformes a los surcos o
melgas respectivamente. Cuando se trata de tubos multicompuertas primero se deben colocar las
compuertas convenientemente distribuidas según los surcos o melgas luego deben ser enterrados
puesto que su distribución corresponde al de un canal de cabecera.
FIGURA N° 1
TUBOS RECTOS PARA LA DISTRIBUCIÓN DEL AGUA
TUBERIA CON DESCARGA LIBRE
h = Altura de carga en cm.
= Superficie de agua
h
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TUBERIA CON DESCARGA SUMERGIDA
h = Altura de carga en cm.
= Superficie de agua
Riego utilizando spiles (tubos recto de PVC) Huancayo
9.-DETERMINACION DE PENDIENTES.-
9.1.-CON NIVEL DE CARPINTERO:
Se necesita una barra de madera recta de 1 m de largo y 3 cm., de diámetro y una soga delgada o
cáñamo de 2 m de largo, la cual se une por uno de sus extremos de la barra de madera. También puede
emplearse una wincha métrica, graduada en cm., teniendo cuidado de considerar la medición a partir del
h
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“cero “. La barra de madera de 1 metro se ubica horizontalmente con ayuda del nivel de carpintero,
apoyándola en uno de sus extremos sobre el suelo y siguiendo la pendiente que se desea evaluar. Una
vez realizada esta operación, con la wincha, se mide la altura que existe entre el otro extremo de la barra
y el suelo. Posteriormente esta medida se relaciona con una distancia de 100 metros, a través de una
regla de tres se metro simple, para determinar la pendiente en forma porcentual. Por ejemplo si en la
barra de madera mide 1 metro de largo se determina una altura de 10 cm., ) significa que en 1 metro de
largo hay una diferencia de 0,1 ( 10 cm ), por lo tanto en 100 metros la diferencia será:
- Materiales.- Se requiere cordel, regla de madera y un nivel de carpintero.
- Procedimiento.- Determinar la distancia vertical y horizontal de terreno.
% Declive = Distancia vertical x 100
Distancia horizontal
9.2.-NIVEL DE CABALLETE.-
Consiste en un trozo de madera seca y recta de 1 x 3 y de 3 m., de largo, provisto de un nivel de
carpintero y dos patas, una de 100 cm., y la otra de 99 cm., Esta diferencia de 1 cm., da una pendiente
de un 0,3 %, o sea de un 3 por mil. El trazado de la curva se inicia tomando como referencia la pata más
corta.
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9.3.-CON NIVEL “A “:
¿Para qué sirve el nivel en “A”?
Sirve para trazar líneas sin caída y líneas con caída en los terrenos faldíos (qhatas), y así poder hacer
obras de conservación de suelos y aguas:
¿Qué materiales y herramientas se necesitan para construir el nivel en “A”?
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Calibración de nivel “A”
Se colocan las patas del nivel en “A” en 2 puntos fijos, uno más alto que el otro. Se marca el punto donde
cae la plomada en el palo del medio, a este se llama “Punto A”
Se gira el nivel en “A” cambiando de posición las patas en los puntos fijos. Se marca nuevamente el punto
donde cae la plomada en el palo del medio, a este se llama “Punto B”
Utilizando una pita se mide la distancia entre el “Punto A” y el “Punto B”.
Después de medir la distancia entre los Puntos “A” y “B”, se dobla la pita a la mitad, y se marca el Punto
Central entre los Puntos “A” y “B”.
Cuando se quiere trazar líneas con caída, debe hacerse una nueva calibración del Nivel en “a”. Se coloca
un “taquito” de 2 centímetros de altura a una de las patas para obtener una caída de 1%; o de 4
centímetros para que la caída sea de 2%.
Estos porcentajes son los más recomendables para construir zanjas con caídas que no provocan erosión.
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Trazo de curva de nivel con el nivel cholo en “A “
10.- MEDICION DE CAUDALES.-
HIDROMETRIA
La hidrometría aparte de medir el agua, comprende también el planear, ejecutar y procesar
la información que se registra de un sistema de riego, sistema de una cuenca hidrográfica,
sistema urbano de distribución de agua. En el contexto del ingeniero agrícola, la hidrometría
tiene dos propósitos generales (ver grafico 01):
a) Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometría a nivel de fuente
natural).
b) Conocer el grado de eficiencia de la distribución (hidrometría de operación.
Gráfico No 01
LA HIDROMETRÍA EN LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO
HIDROMETRÍA
Declaración de intención de
siembra
PLAN DE CULTIVO Y
RIEGO
Cálculo de la demanda de
agua
BALANCE
HÍDRICO
EJECUCIÓN Y SEGUIMIENTO
DE LA CAMPAÑA
Info
rmació
n d
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eg
istr
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de la
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bab
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isp
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Medición de
caudales en fuente
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Medición de caudales en el sistema
Info
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n p
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sta
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lan
de
dis
trib
ució
n
Monitoreo de aportes
de la fuente
Padrón de
usuarios
PLAN DE
DISTRIBUCIÓN
Verificación de la red hidrométrica.
Procedimientos y formatos de
registro
Ejecución y registro de
mediciones.
(observaciones en la red)
Procesamiento e interpretación de
información.
Documentación y archivo
Entrega de información para
ser utilizada
Documentación y archivo.
Se necesita concentrar y conservar toda la información, tanto de base de datos, como la
procesada en cuadros, tablas, gráficos, y otros en archivos y sistemas de computo en un lugar
apropiado, porque es importante a fin de tomar las decisiones adecuadas para la operación del
sistema de riego.
El análisis y utilización de la información por ser usadas en otras rutinas, es de responsabilidad
de la Gerencia Técnica y de los Dirigentes de Junta de Usuarios y Comisiones de regantes.
El gráfico No 2.- se muestra la rutina de control hidrométrico.
Requerimiento de información histórica
Implementar
Calibrar SI NOO
Req
ue
rim
ien
to d
e
info
rmació
n
Rutinas de operación
IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE CAUDALES
Los derechos o acciones sobre un sistema de riego, río o canal, por lo general aparecen
registrados en el Padrón de Regantes del Sistema. Cada usuario o regador representa una
parte conocida o "alicuota" del caudal total que fluye por el río o canal. De esta forma si un
canal fue diseñado para conducir 1000 l/s de agua y tiene inscritos 1000 usuarios, cada
hectárea equivaldrá a 1 l/s. Un agricultor que tenga derechos por 30 hectáreas, dispondría
de 30 l/s cuando el canal conduzca los 1000 l/s. Si el canal conduce menos agua el valor
de la acción disminuirá proporcionalmente. Por otra parte, en algunos sistemas de riego,
una hectárea de agua equivale a un volumen de agua por hectárea /año (3.000 - 5.000
m3/ha/año, por ejemplo); teniendo el usuario la posibilidad de extraer del canal un
determinado caudal en un tiempo definido. De esta forma, el usuario debe regular las
extracciones que realice en la temporada para ajustarse al número de acciones que le
pertenecen, equivalentes a un volumen total de agua.
Las variaciones de caudal en el río y en los canales se producen durante las diferentes
épocas del año, lo cual hace variar el valor de cada acción o regador. De ahí entonces la
Importancia de poder determinar con alguna seguridad los caudales reales que recibe el
predio, para poder planificar la superficie a regar especialmente en los meses de máximo
consumo.
Al conocer la disponibilidad de agua del predio y la demanda de los cultivos, se puede saber
la superficie factible de regar:
Superficie regable = Oferta (l/s)
(ha) Demanda (I/s/ha)
Tal antecedente es válido a nivel de todo el canal, como a nivel de cada predio.
METODOS PARA LA MEDICION DE CAUDALES
Entre los métodos más utilizados para medir caudales de agua se encuentran los
siguientes:
a. Método del flotador
b. Método volumétrico
c. Método de la trayectoria
d. Estructuras de medida
A).-MÉTODO DEL FLOTADOR
Este procedimiento se puede emplear en canales, acequias de tierra, etc, donde sea
posible medir la sección del cauce hasta el nivel del agua (en m2). En acequias de tierra,
si el cauce es muy irregular o presenta malezas, conviene mejorarlo con pala en un
tramo (unos 10 m) para que quede con forma rectangular o semicircular.
El método del flotador se utiliza en los canales y acequias y da sólo una medida
aproximada de los caudales. Su uso es limitado debido a que los valores que se obtienen
son estimativos del caudal, siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere
una mayor precisión.
- Materiales
Se elige un tramo del canal que sea recto y de sección transversal uniforme, de alrededor
de 30 metros de largo, donde el agua escurra libremente.
Se marca en el terreno la longitud elegida y se toma el tiempo que demora el flotador en
recorrería, con el fin de conocer la velocidad que lleva el agua en esa sección.
Como flotador se puede usar cualquier objeto que sea capaz de permanecer suspendido
en el agua, como un trozo de madera, corcho u otro material similar, que no ofrezca gran
resistencia al contacto con el aire y que se deje arrastrar fácilmente por la corriente de
agua.
- Determinación de la velocidad
El método consiste en determinar la velocidad media del agua, arrojando un elemento
que flote (trozo de madera, corcho, etc.), y midiendo el tiempo (en segundos) que
demora en recorrer el trayecto acondicionado. Se calcula la velocidad dividiendo el
espacio recorrido en el tiempo transcurrido. Esto debe repetirse al menos tres veces y
promediar. El valor obtenido se lo multiplica por un valor que depende de las
características de la pared:
Liza 0,80
Rugosas 0,75
Irregulares 0,70
Elegir un sector del canal lo más recto posible y medir 10 metros.
Marcar con alambre o cordel sobre el canal el inicio y el término del sector a medir.
Lanzar el flotador al canal 3 metros antes de la primera medida.
Tomar el tiempo que demora en recorrer el flotador los 10 metros.
Luego de repetir de tres a más veces este proceso se calcula el tiempo promedio a fin de ir
a la tabla siguiente para determinar el factor de velocidad que le corresponde:
Tabla para determinar el factor “Fv” según tiempo usado por un flotador en recorrer 10 m
- Determinación del área del canal
El paso siguiente es determinar el área promedio del canal (sección transversal del canal).
Se multiplica el ancho promedio del canal por su profundidad, con todas las medidas
expresadas en metros.
DETERMINACIÓN DEL CAUDAL
Primer método:
Conocida la velocidad (V) del agua y el área (A) del canal, se aplica la siguiente fórmula
para calcular el caudal (Q):
Q = A x V x 1000
Donde:
Q = caudal en l/s
A = área del canal en m2
V = Velocidad en m/s
Ejemplo para calcular el caudal, utilizando el Método del Flotador
a) Cálculo de la velocidad
Largo sección canal = 10 metros.
Tiempo en recorrerla = 20 segundos.
Velocidad = 10 / 20
Velocidad = 0,5 m/s
Ahora bien considerando que el canal es rugoso tendremos:
Velocidad = 0,5 m/s * 0,75
Velocidad = 0,37 m/s
b) Cálculo del área
A = (0,60 + 0,40) * 0,30 = 0,15 m2
2
c) Cálculo del caudal
Q = 0,15 * 0,50 * 1000 = 75 l/s sin factor de características de la pared del canal.
Q = 0,15 * 0,37 * 1000 = 55,50 l/s
Una variante de este método corresponde a aquella que utiliza un "molinete hidráulico"
para medir la velocidad del agua a distintas profundidades del canal; multiplicándose dicho
valor por el área del canal para la obtención del caudal.
El cálculo a realizar es:
Caudal (m3 / seg) = Velocidad (m / seg) x sección (m2)
Para pasarlo a litros/seg se lo multiplica por 1000.
Segundo método:
Cálculo del caudal. El caudal está dado por la siguiente expresión:
Q = A x Fv
Donde:
Q = es el caudal, en lt/s
A = es el área, en m2
Fv = es el factor de velocidad.
Supongamos que se hacen 5 mediciones y el flotador en recorrer 10 metros se demora:
Medición 1: 69 s
Medición 2: 63 s
Medición 3: 66 s
Medición 4: 68 s
Medición 5: 65 s
Suma total: 330 s
El promedio es 330: 5 = 66 s.
Con el valor 66 s se busca el factor “Fv” en la Tabla para determinar el factor “Fv” , que en
este ejemplo tiene un valor de 128,9.
Considerando que el área es de 0,165 m2: aplicando la fórmula tendremos:
Q = A x Fv
Q = 0,165 x 128,9 = 21,2 lt/s
Ahora bien considerando el resultado del primer método es decir área es de 0,15 m2., y
tiempo de recorrido del flotador promedio 20 segundos de corresponde según tabla para
determinar el factor “Fv” 475 por lo tanto:
Q = 0,15 x 0,5 x 1000 = 75 lt/s sin considerar factor rugosidad del canal (primer método).
Q = 0,15 x 475 = 71,25 lt/s sin considerar factor rugosidad del canal (segundo método).
Q = 0,15 * 0,37 * 1000 = 55,50 l/s considerando el factor rugosidad (primer método).
Q = 0,15 x 475 x 0,75 = 53.4375 lt/s considerando el factor rugosidad (segundo método).
b.- MÉTODO VOLUMÉTRICO
Este método se basa en medir el tiempo que demora en llenarse un balde de un volumen
conocido. Al dividir la capacidad del balde (litros) por el tiempo empleado (segundos) se
obtiene el caudal en lt/s, como se indica en la siguiente fórmula:
Este método permite medir pequeños caudales de agua, como son los que escurren en
surcos de riego o pequeñas acequias. Esta operación puede repetirse 2 ó 3 veces y se
promedia, con el fin de asegurar una mayor exactitud.
Dividiendo el volumen de agua recogido en el recipiente por el tiempo (en segundos) que
demoró en llenarse, se obtiene el caudal en litros por segundo.
Ejemplo: Volumen del Balde : 20 litros.
Tiempo que demoró en llenarse : 10 segundos.
Caudal en l / s = 20
10
Caudal en l / s = 2 l / s
Tabla para determinar el caudal (lt/s) según el tiempo empleado y volúmenes llenados
c.- MÉTODO DE LA TRAYECTORIA
Este método es de gran utilidad para el aforo de tuberías y bombas. Con él es posible
obtener una aproximación aceptable cuando se usa en forma adecuada.
La ventaja que presenta es su fácil y rápida operación.
Procedimiento
El material que se utiliza es una escuadra de ángulo recto, la característica de ella es que
uno de sus lados (Y) debe medir 25 cm para poder hacer uso de las tablas que se
adjuntan en el presente. La medición se realiza desplazando la regla hasta que el extremo
inferior (mango) roce el chorro de agua que sale del tubo. El lado X de la regla debe
quedar paralelo y apoyado en dicho tubo, para medir así la distancia horizontal que hay
desde el punto donde el chorro toca la regla, a la boca de salida de la tubería.
La tubería debe estar en forma horizontal. Debe cuidarse que no se produzcan curvaturas
a lo largo de ella y que la tubería vaya llena de agua.
Es conveniente hacer varias lecturas con el fin de promediar los resultados y obtener una
medición más próxima al caudal verdadero. Una vez realizada la medición en la reglilla
horizontal X, se mide el diámetro interno del tubo.
Con estos dos valores se determina el caudal en la Tabla 1.
Ejemplo:
Lectura sobre la reglilla horizontal (X) = 40 cm
Diámetro del tubo = 5 pulgadas
Caudal según Tabla adjunto = 22.0 l / s
Caudal en lts. / s para varios diámetros de tubería
Distancia de la
trayectoria horizontal
en cm., ( X )
Diámetro de la tubería en pulgadas
2" 3" 4" 5" 6" 8" 10"
CAUDAL EN en lts. / s
5,0 0,4 1,0 1,8 2,7 4,0 7,0 11,0
7,5 0,7 1,5 2,6 4,1 5,1 11 16,5
10,0 0,9 2,0 3,5 5,5 7,9 14 22,0
12,5 1,1 2,5 4,4 6,9 9,9 18 27,4
15,0 1,3 3,0 5,3 8,3 11,8 21 33,0
17,5 1,5 3,5 6,2 9,6 13,9 25 38,4
20,0 1,8 4,0 7,0 11,0 15,8 28 44,0
22,5 2,0 4,4 7,9 12,4 17,8 32 49,5
25,0 2,2 4,9 8,8 13,8 19,8 35 55,0
27,5 2,4 5,4 9,7 15,1 21,8 386 60,5
30,0 2,6 5,9 10,6 16,5 23,7 42 66,0
32,5 2,8 6,4 11,5 17,9 25,8 46 71,5
35,0 3,0 6,9 12,4 19,2 27,7 49 77,0
37,5 3,3 7,4 13,2 20,6 29,7 53 82,5
40,0 3,5 7,9 14,2 22,0 31,7 56 88,0
42,5 3,7 8,4 14,9 23,4 33,6 60,0 93,5
45,0 4,0 8,9 15,7 24,8 35,7 64 99,0
47,5 4,2 9,4 16,7 26,1 37,6 67,0 105,0
50,0 4,4 9,9 17,7 27,5 39,6 71 110,0
52,5 4,6 10,4 18,5 28,9 41,6 74,0 116,0
55,0 4,8 10,9 19,4 30,2 43,6 78 121,0
57,5 5,0 11,4 20,2 31,6 45,5 81,0 127,0
60,0 5,3 11,9 21,2 33,0 47,5 85 132,0
Datos del ejemplo
d.- Método del Correntómetro. En este método la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado
correntómetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua.
Existen varios tipos de correntómetros, siendo los mas empleados los de hélice de los
cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean
las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato.
Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la fórmula
para calcular la velocidad sabiendo él numero de vueltas o revoluciones de la hélice por
segundo. Estos correntómetros se calibran en laboratorios de hidráulica: una formula de
calibración es la siguiente
v = a n + b
Donde:
V es la velocidad del agua, en m / s
n es él numero de vueltas de la hélice por segundo.
a es el paso real de la hélice en metros.
b es la llamada velocidad de frotamiento en m / s
Como el Correntómetro mide la velocidad en un punto, para obtener la velocidad media de
un curso de agua se deben en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más
puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del
agua.
Las profundidades en las cuales se mide las velocidades con el correntómetro en función
de la altura del tirante de agua d.
Tirante de agua ( d ) cm.
Profundidad de lectura del Correntómetro cm.
< 15 d / 2
15 < d < 45 0,6 d
> 45 0,2 d y 0.8 d o
0.2 d, 0.6 d y 0.8 d
Conocidas las profundidades se calcula el área de la sección transversal, la que se
utilizara para él cálculo del caudal
Donde:
V velocidad determinada con el correntómetro
A Área de la sección transversal
Q = v x A
D.-ESTRUCTURAS PARA MEDICION DEL AGUA
VERTEDEROS DE AFORO.-
La medición del caudal de las corrientes naturales nunca puede ser exacta debido a que
el canal suele ser irregular y por lo tanto es irregular la relación entre nivel y caudal. Los
canales de corrientes naturales están también sometidos a cambios debidos 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 se podría simplemente
alisar el fondo y los lados del canal, o recubrirlos con mampostería u hormigón o instalar
una estructura construida con ese fin. Existe una amplia variedad de esos dispositivos, la
mayoría idóneos para una aplicación particular. A continuación se describe una selección
de los dispositivos que son fáciles de instalar y de hacer funcionar con referencia a
manuales adecuados para estructuras más caras o complicadas.
Vertedero triangular ángulo de 90 º Sistema de riego Chupaca
En general las estructuras a través de la corriente que cambian el nivel de aguas arriba se
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 se construye e instala
siguiendo especificaciones uniformes y cuando el caudal puede obtenerse directamente
de la profundidad de la corriente mediante el empleo de diagramas o tablas de aforo, es
decir, cuando el aforador ha sido previamente calibrado. Un vertedero o aforador no
estándar es el que necesita ser calibrado individualmente después de la instalación
mediante el empleo del método velocidad/superficie como cuando se establece el aforo de
una corriente. Existe un conjunto tan amplio de dispositivos estándar que es preferible
evitar las estructuras no normalizadas salvo para hacer cálculos aislados de los caudales
de la corriente utilizando 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 la
sección crítica con el fin de que el caudal sea proporcional a la profundidad de la corriente
en el vertedero, pero algunos vertederos pueden funcionar en una situación denominada
sumergida o ahogada, en el que el nivel de aguas abajo interfiere con la corriente sobre el
vertedero. Algunos tipos de vertederos se pueden corregir mediante la sumersión parcial,
pero esto constituye una complicación poco conveniente que requiere medidas
adicionales y más cálculos, por lo que se la debe evitar siempre que sea posible (Figura
01). Otra variación que también es preferible evitar, es la del vertedero sin contracción,
que es un vertedero instalado en un canal del mismo ancho que la sección crítica (Figura
02).
Vertederos 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 03. Debe haber una poza de
amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y
lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. Para tener mediciones
precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al ancho del vertedero
y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero.
El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya
libremente tal como se muestra en la Figura 04. A esto se denomina contracción final,
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 debe
instalarse bastante detrás de la escotadura para que no se vea afectado por la curva de
descenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma.
FIGURA 01 - Corriente libre y corriente sumergida sobre un vertedero de pared
aguda
CORRIENTE LIBRE
CORRIENTE SUMERGIDA
FIGURA 02.- Corriente libre con contracción final y corriente controlada con
contracción en el vertedero en un canal
FIGURA 03 - Medición del caudal con vertederos de pared aguda
(a) vertedero con escotadura en V de 90°
(b) vertedero con escotadura rectangular
FIGURA 04 - Los vertederos con pared aguda deben tener el extremo agudo aguas
arriba
Los vertederos con escotadura en V son portátiles y sencillos de instalar de manera
temporal o permanente. La forma en V significa que son más sensibles a un caudal
reducido, 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 para
otros ángulos, 60°, 30° y 15°, cuando es necesario aumentar la sensibilidad. En el Cuadro
01 Figuran los valores del caudal a través de pequeños vertederos con escotadura en V
de 90°.
Para caudales mayores el vertedero rectangular es más adecuado porque el ancho se
puede elegir para que pase el caudal previsto a una profundidad adecuada. En el Cuadro
02 se indican los caudales por metro de longitud de la cresta, por lo que se puede aplicar
a los vertederos rectangulares de cualquier tamaño.
Cuadro 01.- Caudales vertedero de escotadura en V de 90 º (de USDI 1975)
Carga Carga Caudal
(mm) (cm) (l/s)
40 4 0,44
50 5 0,73
60 6 1,21
70 7 1,79
80 8 2,49
90 9 3,34
100 10 4,36
110 11 5,54
120 12 6,91
130 13 8,41
140 14 10,20
150 15 12,00
160 16 14,10
170 17 16,40
180 18 18,90
190 19 21,70
200 20 24,70
210 21 27,90
220 22 31,30
230 23 35,10
240 24 38,90
250 25 43,10
260 26 47,60
270 27 52,30
280 28 57,30
290 29 62,50
300 30 68,00
350 35 100,00
Estructura común de un vertedero triangular:
Estructura común de un vertedero trapeziodal:
Cuadro 02.- Caudales por encima un vertedero rectangular con contracciones
finales (de USDI 1975)
Carga ( mm)
Caudal (l/s) por metro de longitud de cresta
30 9,50
40 14,60
50 20,40
60 26,70
70 33,60
80 40,90
90 48,90
100 57,00
110 65,60
120 74,70
130 84,00
140 93,70
150 103,80
160 114,00
170 124,50
180 136,00
190 146,00
200 158,50
210 169,50
220 181,50
230 193,50
240 205,50
250 218,50
260 231,00
270 244,00
280 257,50
290 271,00
300 284,00
310 298,00
20 311,50
330 326,00
340 340,00
350 354,00
360 368,50
370 383,50
380 398,00
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 una
escotadura rectangular y lados en pendiente, sin embargo, para instalaciones sencillas,
esto no aporta ninguna ventaja con respecto a la escotadura rectangular.
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 mediciones de
caudales grandes a través de la escotadura rectangular. El diseño y la calibración más
complicados implican que este tipo de vertedero se limite a estudios hidrológicos
complejos.
En los Estados Unidos se han desarrollado varios modelos de aforadores para ser
utilizados en situaciones especiales y se emplean extensamente a pesar de lo inadecuado
de las unidades de medida. El diseño, la construcción y las calibraciones de laboratorio se
efectuaron en unidades de pies por segundo (pps) y, hasta que algún laboratorio
emprenda la tarea de transformar a unidades métricas, el método práctico consiste en
construir los aforadores según las especificaciones originales en pies y utilizar las
conversiones métricas de los índices de los caudales calculadas por un consorcio de
laboratorios hidráulicos de los Países Bajos (Bos 1976).
La razón de este enfoque es el diseño complicado de las diferentes dimensiones de los
aforadores, que se normalizaron después de años de pruebas y errores y que luego se
calibraron. Las diferentes dimensiones de los aforadores no son modelos a escala
hidráulicos, de manera que no se puede asumir que una dimensión en un aforador de
cuatro pies será el doble de las dimensiones correspondientes de un aforador de dos pies.
Algunas dimensiones o proporciones son constantes para algunas partes, pero otras
varían para cada medida. Como resultado de ello, cada una de las 22 variaciones que se
pueden encontrar en los canales de aforo Parshall, y cada uno de los aforadores en H
debe considerarse como un dispositivo diferente. Tendrán algunas características
comunes, pero cada uno de ellos tiene sus propias especificaciones de fabricación y sus
propias tablas de calibración.
A pesar de esta complicación, los aforadores se utilizan ampliamente debido a sus
ventajas: se construyen para satisfacer una necesidad particular; son dispositivos de
medición "normalizados", es decir, que se fabrican e instalan de acuerdo con las
especificaciones y no necesitan calibración, y la medición se puede tomar directamente de
las tablas publicadas. Al igual que los vertederos, es preferible que los aforadores
funcionen con descarga libre; algunos tipos pueden funcionar de manera satisfactoria en
situación en parte sumergida, es decir, cuando las aguas descansan en el aforador y
crean cierta restricción de la corriente. Si el efecto es previsible y cuantificable, el
problema no es grave, pero implica que se debe medir la profundidad del caudal en dos
puntos en el aforador, como se indica en la Figura 05 y que se aplique un factor de
corrección a las tablas de aforo.
El canal de aforo Parshall
Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense que lo concibió, se
describe técnicamente como un canal venturi o de onda estacionaria o de 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 el 70%. En consecuencia, es
adecuado para la medición del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturales
con una pendiente suave.
El principio básico se ilustra en la Figura 05. El aforador está constituido por una sección
de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso en pendiente hacia
aguas abajo y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba.
Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta y con una
onda estacionaria en la sección de divergencia.
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 y argamasa utilizando un armazón de metal prefabricado para
garantizar mediciones exactas. Si hacen falta varios aforadores, se pueden moldear en
hormigón empleando tableros reutilizables. Se pueden tomar medidas eventuales de la
profundidad del caudal a partir de un puesto de aforo establecido en el muro del canal o, si
se requieren registros constantes, es posible instalar en una poza de amortiguación
colocada en una situación específica un registrador de flotante.
FIGURA 05 - Canal de aforo Parshall (dibujado a partir de Scott y Houston 1959)
BIBLIOGRAFIA.-
1. PSI, Manual de entrenamiento a usuarios de distritos de agua de la costa del Perú;
2001
2. Simón, Andrew L., Hidráulica Practica, Limusa Noriega Editores, 1994
3. Ven Te chow, Maidment David, Hidrologia Aplicada, McGraw Hill, 1994
