El agua es un recurso de alta importancia en todo sistema de

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1 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓNES AGROPECUARIAS, CENTRO DE INVESTIGACIÓN ESPECIALIZADO EN AGRICULTURA DEL DESIERTO ALTIPLANO (CIE), INIA URURI, REGIÓN DE ARICA PARINACOTA. MINISTERIO DE AGRICULTURA. INFORMATIVO N 50, ABRIL 200 Abelardo Villavicencio P. Ingeniero Agrónomo, Mg.Sc. Alexis Villablanca F. Ingeniero Agrónomo. El agua es un recurso de alta importancia en todo sistema de producción agropecuario, por lo tanto, cuantificar o estimar la cantidad de agua que recibe un predio permite determinar la disponibilidad de agua en un predio a través de la temporada para realizar una correcta planificación de recursos hídricos intraprediales, diseñar adecuadamente un método de riego o evaluar la eficiencia de uso del recurso hídrico. Un caso de especial importancia constituye la posibilidad de estimar la superficie posible de regar a partir de un cierto caudal disponible, lo que para zonas de permanente restricción hídrica como la región de Arica y Parinacota, es un importante indicador para que un agricultor ajuste sus intenciones de siembra o plantación. En esta cartilla se explican seis métodos de aforo o medición de caudal según diferentes situaciones y disponibilidad de instrumentos. Los métodos son: método volumétrico, del flotador, de trayectoria y aforador Parshal.. Método volumétrico Permite medir pequeños caudales, como los que escurren en surcos de riego, pequeñas acequias o tuberías. El método requiere de: Depósito (balde o tambor ) de volumen conocido en el cual se colecta el agua, Cronómetro para medir el tiempo de llenado del depósito Repetir 2 ó 3 veces el procedimiento y promediar para asegurar mayor exactitud. Metodología El procedimiento de cálculo consiste en dividir el volumen de agua recogido en el depósito por el tiempo (en segundos) que demoró en llenarse. El resultado expresa el caudal medido en litros por segundo. Proyecto: Validación y transferencia tecnológica para el manejo y mantención de sistemas de riego tecnificado, en los valles de Azapa, Lluta y Camarones, en la región de Arica y Parinacota.. Financia: Gobierno Regional de Arica y Parinacota.

2 La metodología es la siguiente: Figura. Método volumétrico Ejemplo: Volumen del balde : 20 litros. Tiempo que demoró en llenarse : 0 seg Se elige un tramo del canal que sea recto y de sección transversal uniforme, entre 0 y 30 metros de largo, donde el agua escurra libremente. Figura. Para determinar la velocidad que lleva el agua en esa sección, se marca en el terreno la longitud elegida y se toma el tiempo que demora un flotador en recorrerla. 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 velocidad. Se divide la longitud del tramo por el tiempo que tarda el flotador en recorrerla. 20litros Caudal 2 0segundos l s Una adaptación de este sistema puede emplearse para medir caudal desde un tubería matriz, para ello se construye un elevador con dos trozos de tubería de Pvc (,5 m y 0,6 m de largo), un codo de 90, una T y un tapagorro. El diámetro de las piezas debe coincidir con el de la matriz a aforar. Foto y 2. V Longitud ( m) Tiempo( s) Figura 2. Tramo de acéquia o canal Fotografía. (A) Materiales de elevador; (B) Elevador terminado. 2. Método del flotador Este método relaciona el área de la sección que conduce agua y la velocidad de escurrimiento. Se utiliza en canales y acequias y da sólo una medida aproximada de los caudales, siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere mayor precisión A B Ejemplo de cálculo de velocidad Longitud del tramo: 0 m; tiempo que demora el recorrido del flotador : 55 segundos Por lo tanto la velocidad es V= 0 m/55 seg = 0,8 m/s Un segundo aspecto de este método considera la determinación de la sección o área de escurrimiento del canal o acequia. Para ello se usa un listón marcado cada 5 cm (d), (esta distancia depende del ancho de la acequia) y una varilla con la cual se mide la profundidad del agua (h) cada 5 cm a lo ancho del cauce, Figura 3. 2

3 Figura 3. Perfil de profundidades en la sección. La sección se determina mediante la semisuma de dos profundidades contiguas, (descontando la distancia entre el listón y el espejo de agua) y multiplicadas por el ancho o separación entre cada medición, en este caso un valor fijo (d). Los datos se ordenan en una tabla de las siguientes características: Punto Distancia entre listón y fondo de acequia (cm) Distancia entre listón y superficie del agua (cm) Profundidad efectiva (cm) Promedio de profundidades (h0 +h)/2 (cm) Promedio de profundidades multiplicado por d d*(h0+h)/2 (cm) ,5 2, ,5 07, Superficie total (cm2) 700 Se procede ahora a determinar el caudal mediante la multiplicación del área de la sección, la velocidad de escurrimiento y un factor de corrección que incluye ajustes en la velocidad del agua y cambio de unidades de medida. El resultado es expresado en l/s, como se indica en la siguiente expresión: Q=A*V*0,08 donde : Q= caudal (l/s) ; A= área de sección (cm2) ; V= velocidad del flujo (m/s) Ejemplo: Datos: V= 0,8 m/s ; A = 700 cm2 Entonces: Q = 700 cm2 * 0,8 m/s * 0,08 Q = 5,6 l/s 3

4 3. Método de la trayectoria Este método es de gran utilidad para el aforo de tuberías o de caudales proporcionados por bombas de riego. La energía del agua que fluye por una tubería se manifiesta por la trayectoria que describe al salir por su extremo libre. La trayectoria tiene dos componentes X e, con ellos es posible obtener una aproximación aceptable cuando se usa en forma adecuada. La ventaja que presenta es su fácil y rápida operación, como se indica en la Figura Metodología: El material que se utiliza es tubería, soportes, nivel de carpintero y una escuadra, cuya forma se indica en la figura (tubería a nivel). 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. Se registran los valores de x e y de varias mediciones y se promedian. Cabe considerar dos posibilidades en este método, tubería llena o parcialmente llena, que se detallan a continuación: 3.2 Tubería totalmente llena. Datos de terreno: D = Diámetro de la tubería (mm): 50 Pvc clase 6 X = Trayectoria horizontal (cm):20 = Trayectoria vertical (cm):5 Figura 4. Método de la trayectoria. = 0,258 cm cm cm cm 26 0,96 5 0, ,5 2 0, , , ,4 3 0, , , ,3 4 0, , , ,3 5 0, , , ,2 6 0, , ,34 8 0, 7 0, , , ,0 8 0, , ,3 83 0,0 9 0, ,7 59 0, ,09 0 0, , , ,08 0, ,67 6 0, ,08 2 0, , , ,07 3 0, , , ,07 4 0, , , ,06 5 0, , , ,05 6 0, , ,23 9 0,05 7 0, , , ,04 8 0, , ,2 93 0,04 9 0, ,5 69 0, , , , , ,03 2 0, ,47 7 0,9 96 0, , , ,8 97 0, , , ,7 98 0,0 24 0, , ,6 99 0,0 25 0, ,4 75 0,5 00 0,00 4

5 La siguiente tabla muestra como ordenar los datos para calcular el caudal respectivo: Valor de X Constante Caudal (l/s) Diámetro X diámetro (mm) (3) () (2) (4) (*2*3*4) 20 0, , ,2 3.2 Tubería parcialmente llena En este caso, se realiza una medición adicional que cosiste en tomar la distancia entre la superficie del agua y la pared superior de la tubería, que se denomina h, esto genera un factor de corrección que se aplica sobre el cálculo anterior. Este factor se determina ubicando la altura h y el diámetro de la tubería, en la tablas siguientes se indican los valores según diámetro y clase de tubería de Pvc que se esta utilizando para la medición. Tabla. Factor de corrección para tubería de PVC Clase 0 (diámetro nominal en mm) h ,4 0,546 0,660 0,742 0,803 0,852 0,882 0,908 0,932 0,945 0,955 0,965 0,98 0,99,000,000, ,2604 0,432 0,56 0,66 0,723 0,777 0,825 0,85 0,87 0,892 0,92 0,945 0,964 0,972 0, ,08 0,308 0,465 0,56 0,642 0,75 0,755 0,786 0,88 0,862 0,898 0,927 0,940 0,95 4 0,047 0,263 0,393 0,505 0,604 0,658 0,7 0,743 0,803 0,85 0,890 0,906 0,92 5 0,056 0,222 0,365 0,492 0,56 0,63 0,667 0,743 0,803 0,852 0,873 0, ,047 0,222 0,377 0,46 0,524 0,59 0,682 0,755 0,84 0,840 0, ,077 0,26 0,359 0,435 0,53 0,62 0,707 0,776 0,806 0, ,42 0,256 0,344 0,434 0,56 0,658 0,738 0,773 0, ,022 0,52 0,253 0,355 0,497 0,609 0,700 0,739 0, ,047 0,6 0,275 0,435 0,56 0,66 0,705 0,743 0,066 0,94 0,37 0,5 0,622 0,670 0,73 2 0,2 0,308 0,46 0,583 0,636 0, ,03 0,243 0,409 0,544 0,60 0, ,78 0,359 0,504 0,566 0,62 5 0,3 0,308 0,464 0,53 0,59 6 0,047 0,256 0,424 0,496 0, ,204 0,384 0,46 0, ,52 0,344 0,426 0, , 0,303 0,390 0, ,047 0,262 0,354 0, ,22 0,38 0, ,80 0,282 0, ,38 0,246 0, ,096 0,209 0, ,054 0,72 0, ,02 0,35 0, ,098 0,2 28 0,06 0, ,024 0, ,3 5

6 Tabla 2. Factor de corrección para tubería de PVC Clase 6 (diámetro nominal en mm) H ,745 0,8092 0,8593 0,888 0,93 0,936 0,948 0,958 0,968 0,982 0,993,000,000, ,4388 0,5724 0,6758 0,736 0,787 0,833 0,858 0,878 0,898 0,926 0,949 0,967 0,975 0, ,92 0,3274 0,4873 0,579 0,657 0,729 0,766 0,796 0,827 0,869 0,904 0,93 0,943 0, ,074 0,2936 0,49 0,526 0,622 0,673 0,74 0,755 0,82 0,858 0,896 0,92 0, ,0949 0,256 0,39 0,55 0,579 0,63 0,682 0,755 0,83 0,86 0,88 0, ,089 0,255 0,405 0,483 0,545 0,609 0,697 0,767 0,823 0,848 0,87 7 0,5 0,294 0,386 0,46 0,535 0,638 0,72 0,787 0,86 0,84 8 0,8 0,288 0,373 0,46 0,579 0,674 0,75 0,783 0,83 9 0,066 0,89 0,285 0,384 0,52 0,627 0,74 0,75 0, ,088 0,97 0,307 0,459 0,579 0,677 0,78 0,755 0,07 0,23 0,399 0,532 0,639 0,685 0, ,06 0,52 0,338 0,484 0,602 0,652 0, ,073 0,276 0,436 0,564 0,69 0, ,24 0,387 0,526 0,586 0, ,5 0,338 0,488 0,552 0, ,088 0,289 0,45 0,59 0, ,025 0,239 0,42 0,485 0,55 8 0,9 0,373 0,45 0,52 9 0,39 0,334 0,47 0, ,089 0,295 0,382 0,46 2 0,038 0,256 0,348 0, ,27 0,33 0, ,77 0,279 0, ,37 0,244 0, ,097 0,209 0, ,057 0,73 0, ,06 0,38 0, ,02 0, ,067 0, ,03 0,52 6

7 Tabla 3. Factor de corrección para Tubería de PVC Clase 4 (diámetro nominal en mm) h ,890 0,96 0,9383 0,95 0,96 0,969 0,983 0,994,000,000, ,739 0,799 0,8373 0,862 0,88 0,90 0,928 0,95 0,968 0,976 0, ,5846 0,6655 0,7348 0,772 0,80 0,83 0,873 0,906 0,934 0,945 0, ,4265 0,5367 0,6306 0,68 0,72 0,76 0,87 0,862 0,898 0,94 0, ,265 0,4054 0,5248 0,588 0,638 0,689 0,76 0,87 0,863 0,883 0,90 6 0,0999 0,278 0,475 0,495 0,555 0,67 0,704 0,772 0,828 0,852 0, ,358 0,3085 0,4 0,47 0,545 0,646 0,726 0,792 0,82 0, ,979 0,304 0,386 0,47 0,588 0,68 0,756 0,789 0,87 9 0,0857 0,207 0,30 0,397 0,53 0,635 0,72 0,757 0, ,08 0,24 0,322 0,47 0,588 0,684 0,725 0,76 0,009 0,26 0,246 0,42 0,542 0,647 0,693 0, ,037 0,7 0,352 0,495 0,6 0,66 0, ,093 0,292 0,448 0,574 0,628 0, ,05 0,23 0,4 0,537 0,595 0, ,7 0,352 0,5 0,563 0,67 6 0,08 0,304 0,462 0,53 0, ,046 0,256 0,425 0,497 0, ,207 0,387 0,463 0,53 9 0,58 0,349 0,43 0, ,08 0,3 0,396 0,47 2 0,059 0,272 0,363 0, ,009 0,234 0,329 0, ,95 0,295 0, ,56 0,26 0, ,7 0,227 0, ,077 0,92 0, ,038 0,58 0, ,23 0, ,088 0, ,053 0,7 7

8 Siguiendo el ejemplo anterior y suponiendo que la altura entre el agua y la pared superior interna de la tubería es de 2 cm, el factor de corrección se busca en la Tabla 2, Factor de corrección para tubería de Pvc, clase 6, haciendo coincidir el diámetro nominal y la altura h. El factor corresponde a 0,5724. Luego se multiplica este factor por el caudal de la tubería determinado anteriormente, es decir 2,2 l/s * 0,5724 =,26 l/s, que corresponde al caudal que conduce la tubería parcialmente llena. Fotografía 4. Vista frontal y planta aforador Parshall Fotografía 3. Tubería parcialmente llena. 4. Canoa Parshal Es una estructura que puede ser construida en diferentes materiales como metal, cemento, madera o fibra de vidrio, su construcción es compleja y sus dimensiones específicas dependen del caudal que se requiera medir. Su principal característica es el cambio de pendiente de su fondo y el angostamiento de su garganta. Como ventajas, no necesita caída libre de agua ya que no produce elevación del nivel, se puede adaptar a cauces poco profundos y baja pendiente, no acumula sedimentos, es de fácil mantención, su precisión es independiente de la velocidad de aproximación del agua a la estructura. Fotografía 5. Aforo Parshall, mostrado en día de campo: Aforos de caudal. Presenta algunos inconvenientes como alto costo de fabricación y el estricto cuidado en las dimensiones de sus piezas para el rango de caudales a medir. Permitida la reproducción del contenido de esta publicación, citando la fuente y el autor. INIA URURI, Magallanes 865, Arica, Región de Arica y Parinacota, Chile. Teléfono (58)