SUBDIRECCION DE ESTUDIOS E INVESTIGACIONES

DIVISION DE REDES

SECCION DE INSTALACION Y OPERACION DE ESTACIONES

AFOROS LIQUIDOS

Bogotá. D.E.. agosto de 19138

1

CONTENIDO GENERAL

H HIDROLOGIA M METEOROLOGIA

1 DATOS DE CAMPO 1 PRECIPITACION

EMPLAZAMIENTO DE ESTACIONES

HIDROMETRICAS I MEDICION DE PRECIPITACION

2 AFOROS

I AFOROS LIOUIDOS 2 TEMPERATURA

2AFOROS ANGULARESBOTE CAUTIVO

I TEMPERATURA Y HUMEDAD

3 SEDIMENTOLOGIA

3 VIENTO

3 HIDROTOPOGRAFIA 1 VIENTO EN SUPERFICIE

1 TOPOGRAFIA PARA HIDROMENSORES

4 RADIACION SOLAR

4 ESTRUCTURAS 1 ASPECTOS METEOROLOGICOS DELA RADIACION SOLAR

1 FA 0RICACION DEESTRUCTURAS

5 PRESION ATMOSFERICA

5 INSTRUMENTAL MEDICION DE LA PRESION

ATMOSFERICA

1

LIMNIMETROS , MAXIMETROS Y

LIMNIGRAFO

MOLINETES , CONTADORES Y

MALACATES

6 EVAPORACION

1 EVAPOTRANSPIRACION

H. HIDROLOGÍA

5. INSTRUMENTAL

2. Molinetes, contadores y malacates

Elaboró:

Revisó:

Milton Garzón Ortiz

Guillermo Alberto Ardila Hernández

Jorge Enrique Avila Gómez

Dibujos:Clara Inés Jordán Rodríguez

1

Bogotá. D.E ., agosto de 1988

TABLA DE CONTENIDO

1hliF;c::: JC_C.'ID4d 1

1. C•Er.lE::F:r L..I i: AT>E:. 2

DF_ F1NICION DE: E(...II)AI.._ 3

3. DI STP T BUC I ON DE VE:LOE 1: DAI.)Ef i 5

-1. f_:F-1RFrf::TE:R I r i. CA.S DE: !.._A DI STR i olio I ON DE VE:L.00:r DADES 6

4« 1. VARIA Iot..l VERTICAL.. 6

4.2 VARIACION hlUIR1 ic:wnAL... 6

5, ME TODOS DE AFORO 8

5. 1 h1ETODO DE t._A VELOCIDAD SUPERFICIAL.. 8

5.2 ME TODO DE UN PUNTO 9

5.3 Mk T ODC:i DE::. L..f'j nr PUNTOS 10

5.4 F IETÍ1DIJ DF:: LOS TRES PUNTOS 10

5.5 r1E:TC:IDr. j DE LOS CINCO PUNTOS 11

5.6 ME TODO DE: L...ns PUNTOS MULT 1 ROES 12

6. APL_ I CAc I ON DI _ rlETODO`.>> Y EDO ]: F'OS DE AFORO SEGUN I_.F•i

CORRIENTE A MEDIR 14

6.1. DISTANCIA ENTRE:: VERTICALES 14

6.2 I)ETF:RM 1 NAO I ON DEI_ TIPO DE HEL.. I L'E 15

6.3 DE:T [-_F:ry I NAO I ON DEL METC)DO DE AFORO 15

7. TIPOS DE MOROS 16

7. 1 TIPO VADEO

7. 2 T I PO S us `EN1n 1 or.i

7.2.1 Desde puentes

7.2.2 Desde la urilla

7.2.3 Desde teleférico o tarabita

7.2.4 Desde bot. o,

E l DL I OGRAF I A

16

16

16

18

19

19

1

INTRODUCCION

El gu a c:c_tmo el pmen to natural rae present a en difer entes;

estados , Orr r1!:, c.-,l rst Rdo 1 i qui do uno de los más influyentes en

z onas c omo la nuestra.

Por esta razón, !gin partic ular, la m ayorp pa.rte de r'il..(rstr-o5

e studios Hidrológicos se orientan a cu nt . ificar este recurso.

Se presentan a cont.i nu-:ición las diferentes formas de medir el

?scurr'imient . o super"fi(:ial de las aguls c:ontinenta ].E Fue; que

siguen t rayectos c analizados on la corteza terrestre, con

(: ar _(c: t r r más o rlln nn 's E s t ab 1 F'?.

2

1. GENERAL I DADES

Se denominan aforos 1ilal..lid todas las operaciones tanto d c"

campo , como de ofici na qme ion necesarias efectuar-

para calcular r_' l. c audal liquido que pasa por unce i€ cc:]. 6n

transversal de un curso de agua., en la unidad de tiempo.

Estas pueden caer expresadas en: t:m /sog, m i _ieq, (;) en l iti seg.

Tale:' mediciones, en la actualidad, se tornan muy importantes,

debido a. 1a variada apl i c:at_: 1. ?n que so le dá al agua

st_lprrf i c i al .

3

2. DEFINICIUN DE CAUDAL.

Coma se inriic_r:, o el resultado cien` los aforos 1iquidos. Sus

partes fundamentales son: el área de la secci6n transversal y

la vol oc i dad media de 1 a corriente. Por lo que tenemos que:

tJ f1XVm dando:

0 Caudal

n = ñroa do la sea c ibri

Vm Vel oci dad media

En este pun k: o analizaremos la parte correspondi ente el área de

la secC: i !]n ql!t?, como su nomb re lo ind ica, corresponde al área

de l a ssec- c_i8n majada. Fi.q 1.

F 1 G. 1

4

Existen varias formas de hallar este valor , el más usual es el

de á reas parci ales, que consiste en d iv id i r- l a secci ón en

varias partes, generalmente de 12 a 18. Fig 2.

N. Agua

r0.0.02

03

04

5 A= + ++o ..... On

a6

F o n d o

F 1 G• 2Lugo se sondea en cada vertical resultante. Este si. stema.

facil ita la oper ac i ten de campo, ya que los sondeos se utilizan

t.ambibn para la medición de velocidades en los puntos de la

vertical, sey,'in n]. Modoodo utilizado.

Generalmente en las estaci ones de control se determinan y

materia l i z an puntos fijos de referencia., para asl cada ve z que

se efectúe un aforo liquido, el perfil transversal resultante

nos indi que si la sección ha sufrido cambios o se ha mantenido

estable.

S

3. DISTRIEUCION DE VELOCIDADES

Las velocidades, del agua de un cauce natural no son uniformes,

si no que se encuentran condicionadas a las cara.cter i st i cas

f i si cas de éste. Por lo tanto en una corriente se encuentran

variaciones de velocidad tanto horizontales, como verticales.

6

4. CARACERISTICAS DE LA DISTRIPUCION DE VELOCIDADES

4.1 VARIACION VERTICAL

A la largo de punto madi. do, se tiene un vector

representativo., r!.i y_? envol vente toma la, forma e.pro :: i mada. de

una perAbola. fiq Y.

F I G. 3Esto nos demuestra que las velocidades son menores en el fondo

y van aume? ntendo, generalmente hasta un punto cercano e le

superficie.

4.2 VARIACION HORIZONTAL

El flujo !le la corrient e de los raros r e asemeja e

? reos de no cierren en le super fi . t i.e .l i . br Fig •4.

7

F 1 G . 4

Siendo menores; las velocidade s cerca a l as paredes del 1 echo y

aumentando a medi da que se aleja de bst, as.

Donde los cauces son muy irregu lares , las mayores ve locidades

se presentan donde se hallan 1. as mayores profundidades. Fi q 5.

F 1 G. 5

8

5. METODOS DE AFOROS

Como r e vi b , las vel ocidades del agua no son uniformes y se

requiere conoc er la velocidad media para determinar el caudal;

por lo tantom es necesario conocer las diferentes velocidades

que se pre< entan, para lo cual existen diferentes m +todos,

entre los que se destacan los si gui entes:

5.1 METODO DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL

Este es el menos preciso de todos , no solo porque requiere un

coeficiente par a t ransformar la_, velocidades superficiales en

velocidad medi . a, sino porque esta relac_ ibn no es muy exacta,

debido a la irregularidad de l os c auces, considerándose

apro x imadamente en 0,975 . Esta velocidad se toma c erca de la

superficie del agua, condicionada al diámetro de la h&l i. ce del

molinete. Fig ¿.

F 1 G • 6

9

Por lo general este n'iItodo se uti liza en estaciones de secc i Len

transversal conocida y durante crecientes o avenida, con el

fin de minimizar los r"ie°sl:jc)s, para cnu.l.po y de imp1ifi.c.ar

tiempo de medic:iñn.

5.2 METODO DE UN PUNTO

Tanlbi En ll mado de (O,6), con_..>i.st.e en medi r- la vel ocidad a

e l.

de la profundidad total de la vert ica l. La veloci dad medida en

ese punto s e considera la velocidad medi a de la vertical. f=iq 7.

F I G . 7

Es aplicable en arroyos c.:en profundidades superiores a 0 ,20 m, si

SE utiliza mi.-romo]. i. note, a 0.50 m con varillas para vadea y e..

0,70 m con equipo para aforos por sospensibn.

Se uti li z a com o el anterior. cuan do nor razones de tiempo no

epueden efectuar s e más determinaciones.

l o

5.3 METODO DE LOS DOS PUNTOS

I_.l.cillf•if_In I: .u,I'1.órl Fit nin dos,

toman yr;1, nci r l -a.dr'va Et 0.7

punto oLh o 1.2.M . En este se

Q,0 de la profundidad partiendo de

la E-'_lp'2r-'f 1Cit? drel agt.li?., siendo 1 velocidad medir.'?., r'1 I:J1"amedio

de 1 dc+s. ri.g O.

F I G. 8

Este es apl.icabie en corrientes con profundidades superiores a

0,25 ffl. cuando se opr r•" Con mi cr-r)rnn1,inet __r^ , mientr as?. -5 q u e con

eq"i pr c; m ayore s debe superar l os 0, 75 m

Es e?1 filt''t:r :? Clo más r P'F?r'4::.'t:'.r?Il I ': ;?.I' 'Lvra r.itr311t r'.D t:IE 1.a trll. rl1 mi ac::l ??n de

i ca.s 1 abor os por 1 r:) t:.:itf1.o e l rllá''.

5.4 METODO DE LOS TRES PUNTOS

Este result a r_omn combi n,?Cir`'n del filfNi:::.orlo de un punto y el de

dos puntos, `;inndr) .1..;?. velocida d rrt:':Ii.l :Lg'Jel al promedio de la il

obser vaciones efec tuadas en los F:, ::'c:; puntos de la vertical.

Fija. 9.

11

Vm = VO.2+VO.6+ VO.8

VO.2+VO.8 } VO.6

Vm= 22

J0.1d

0.6 d

F I G . 9 ....,,.., y ' ''., ...,^. 3

Este m6t. odo es api i.cable en rios de mor ► #:. (fea, tanto en la fase

ele esti e t-:r)Ino 1:1 1.- cr9(y l(.1 , c::!.landci esta c itima tiene un

periodo inoder°aci a.rnr?ntea largo y el equ ipo no se expone a riesgos

mayor es.

Se debe en estaciones con pr ofundi dades mayores a O,?!:)

M. (b U, 75 m. ssi se u.t111 aan equipos menores o mayores

respectivamente.

5.5 METODO DE LOS CINCO PUNTOS

Este m6todo consi stcr en g!_e ademes de los puntos medidos par-

e l método ele 1. o -, l..r'e<s punt(.,s, se mi dean ve.l. oci dadte , en puntos

cercanos a la >!.(p^':?rfici.r (velocidad superficial.) y al fondo

(ve,?.l.ncidad de fondo:)) . Fi.q 1 Vm= V s t 3VO.2 +2V0 . 6+3V0.8+VF

F 1 G • 10

12

Debido a que para ejncuta.r los _aforos por este mitodo,

requiere dei un esfuerzo y ti empos mayore s, se debe utilizar

únicamente cuando se desea conocer, en dota l 1 e, el fi uj o de 1 a

corriente, generalmente a l ini ciar estudios hi drorn tr i co s en

una os taci6n.

Las rancjn'_a de profundidad mini.mos para su utjii. ación son 0,6(-'

m. con mi cr omo 1. i note y cae 2. 00 m. con equipos mayores.

5.6 METODO DE LOS PUNTOS MULTIPLES

Tal procedimiento consiste en medir las siguientes

vol coi dades:

VELOCIDAD SUPERFICIAL (Vs>. La obtenida en el punto donde

el agua cubra totalmente la h?l i ce di=l correntbmr tro durante

todo el tiempo de la medición.

- VELOCIDAD DE FUNDO (Vf). Es la que se toma en la parte más

cercana al fondo, cuya distancia est< condicionada a la que

exista entre el eje de la ht ii.ce y la parte inferior- del

escandallo o lastre.

- VELOCIDADES A CADA DECIMO DE LA PROFUNDIDAD . Son aquellas

que se teman en los puntos correspondientes a cada dicima

parte do la profundidad total.

13

Estos puntos deben qued ar lo suficientemente alejados entre

si, para que en ninguna medí c : . n la hilice penetre en el

área de ln s puntos adyacentes , por lo que se recomi enda que,

1 as profundidades sean mayores a 5900 m. Fi q. 1 1 .

N. Agua .,'\ N . Aguo

w.O. I d0.2d

0.3d

70.7 d0.8d

0.9d Vi

FIG. II

Vm= Vi tV. 2 iV,3 ......• *V.an

Su aplicación está dada para estudios con fines especiales o

en e t ód.!::i ones nuev a s .

Fuera de los métodos estudiados existen otros que, por su poca

utilización, no se t.ratarAn en esta gula. A manera de

información diremos que aquellos son: de INTEGR'ACION, con

FLOTADORES, f 1JIMICOS. VOL_l.JHETRICOS y otros.

14

6. APLICACION DE METODOS Y EQUIPOS DE AFORO SEGUN LA

CORRIENTE A MEDIR

Puesto que las estaciones hidromót.rica s varían segón el tipo

cíe cauce y la +poca, se hace necesario la utilización de

distintos tipos de equipo, como as¡. también las

infra.estrur_:tuas a utilizar.

Para la definici ón de estas labores , es necesario programar

previ amente en 1 a oficina o en el sitio, si se cuenta con la

expeeriencia suficiente , la mol:odoingia a adoptar.

6.1 DISTANCIA ENTRE VERTICALES

Una vez efectuado el chequeo de la sección de aforos, lo que

permite conocer sus dimensiones y caracteristi.cas fisicas se

procede al establ ecimiento de la cantidad de verticales y la

distancia entre estas.

Por norma se debe selecc ionar- una canti dad mínima de

verticales, distribuidas a travós de la secci b n que nos

permi ta medir caudales parciales menores o iguales al 10% del

caudal total..

15

Es c on veni en te , s7.c:IIIpre y cuando l as es t r uLturas inst a ladas l o

permitan , e s tab lecer intervalos fijos con el ohj eto de poder-

ami cones.. correlac ionar dichas verticales „_las emplead as en

aforos poste ri ores, l i gando estas a un punto fijo de

ref er' enc: i..?. (PR).

6.2 DETERMINACION DEL TIPO DE HELICE

De acuerda a las velocidades de la corriente del. -agua, se debe

elegir la Mico cuyo pasa sea el m.'.`̂a. s adecuado. Normalmente?

los mol inet.es traen indicados los raniaos vera los cueles

pueden ser utilizadas.

Debe tenerse presente que tal elección es necesaria hacer la.

para no realizar un cambio de la hbli ce durante l a ej ecución

del aforo.

6.3 DETERMINACION DEL METODO DE AFORO

Con basa en 1" +r al adm en el c:a.pl. t: mb e `.'S se puede decir que el

m' f. r,?!:ic_i a adoptar, estará dado en f !. -?c:^.'ñn de 1.< F:... . ^ ,r-r:.c_x .. :.,ir'a n

requerida, de las profundidades conocidas y del rquipo a

i_i,1.i 1 izar.

16

7. TIFOS DE AFOROS LIOUIDOS

s e~~n -Y' Vd.Clef.', rrr.lepr'rrcJ. 6¡!, vr?l! !. lilrt.,t.Y-7.(:"n a indirectos.

7.1 TIFO VADEO

Es r.gri.rl rlunde e l ni e': i_!I

h a c er l as mr d i c i ones,

ante;? ¡!s ede penetr a r a la corri ente y

para l o !`''al monte el correntbmntr l:3

sobre u n v arilla con divi.,:i.oneg, ;ac-?ner-a1rrnni:e, l cr.nt:.i.mei_ra.

Estos afor os son posibles en corrientes pequeNas.

7.2 TIPO SUSPENSION

Ha utiliza h;- t';i l.-.!!alment.n en gr.aridos r-i es y en r'i. de r_gimen

tcr-rencial. c e ejec u ta" de sde di.fornr!t.es tipr)=_, di...?

es tru c turas ; a cun t i rn .i ac:i 6n se dar á n ?a conoc er l as m&s

u su a les.

7.2. 1 Desde puentes . Arl!_! .ii l os aforos se r ealizan con tor no o

¡rial.%:ac.: at:.r? -r;)r¡ipl- , r'1. ^ r:1!.!r„dn ;c r- tran sportad o !::1r1 n

rli.r-r'c si i: i\.'o po l._a}ti1. I!eop .:a. 1._al cine permita- el 1ibre

IIUl`.'1.mi (.:nfo par<ii s'! r?(::sl:.r'r .!)r !.!t?i.neci.Crin cr? C:a!.1r'a !! IlR de las

17

verticales corr+.:_spondi.entec:. Fi.g 1:2.

MARCAS EN PINTURA

F I G . 12

Es conveniente colocar ma r cas con pi ntura u otros elementos,

de maro rca. t.al que quede perfectamen te i ndicado el. l ugar que

corresponde a cada vertical, con e l objeto de verificar,

Pa5 ter1ormente la s me dl c:. 1. c)nes9 especi al mente el perfi l

t r a nsversa l d e 1. e si t aa l _iÓn.

Para la e.,j ccu(..: I. bn de los trabajos de af oro, la baranda aguas

arriba "os brinda cii star° si c,nes menores, pero en r3 ns

torrentosos, la bara.nda aguas abajo nos brinda m&s seguridad y

facilidad de eper aci bu en momentos de riesgo.

En puent es donde las pi lastras se local izan dentro del aguas

se present an di s torsiones de 1.a velocidad en las proximidades

de &st s :t que impide una mcdici' n correcta , aparte del

riesgo de ~us a l equipo.

En s nt.e ;i s, se puede decir que los puentes no constituyen por

18

la general un hi'.en 1 usar para realiz ar a f or"ns. Se los Utiliza

r'f?cL!ffl'f:efllf.'., 1_itC', prtiY' qrr4-, r:!')1) ellos ie pucsC :i!z'fl practicar clec manera

Fácil y ec!jnbml l dichos trabajos. '

7 .2.2 Desde la orilla. En este caso, [:. f oros son

real i =¿dr1-. r_C.n un sistema de fll:_tI.-r ate d"b1ey operario desde una

orilla, rnecI i ante el cual 5'.`r pi. r:`d :.:'n hacer movimientos tanta

vertical, como ^i'?Y ).. (.tfl ):: a1.fltr311t!?;!, con, el objeto de poder ubicar-

el eq'_!ipn ri ciada pci1i-':) de medie'. )!1. Fi q 1::..

F 1 G 13

Es fierrssar•ie taml: i. :'ril aq'..d !_ue las verticales se oncuent ren

r el a c. i e' nar:las a ' .! n pu n to l ij o , d e men ora con las

mediciones pr sterior es, se puedan lr:)'_jr'ar" las c omprobac iones de?

la sección a gi.ir hubiera 1"q:='.r

Tal sistema es apl icable en lo=s r Tos de rEgimen t o rr encial , en

donde l a. dist anci a en í ra ni ii'-'eriE:'s no es muy C]i- ide.

19

7.2.3 Desde Teleférico o Tarabit a. La mct:or::iologl a adoptar

es simil ar ;.. la anteri or, con l a diferenci a que I ns aforos se

deben rea lizar desde una v•_ gons t a ' '.. pc•ndi d _.+. sobrT uno o dos

cabl es, que t i ene l a f inali dad de t:.l' art s^} <rar a bo r d a ?el

persona l y equipo ?. toda la ancho de la SOCC =n.

se en c uentran_:^E•> ver ticales ..aindicadas E_•C]bY"E? F'l cable,

transportad or. F"'i•3 14.

Fig. 14

Debe destrear'sr qu.' tanto el si stema anter ior t='nnio este

üI ti fno, pueden present ar error os por el d s1::ensi onarn ent:o de

los cables, por lo tant o es conveniente^ estar cnr r°] ylendo 1.a

c:__,tnriar i :a rs.T:'_ 1. t ante.

7.2.4 Desde bote . t:st.r' : son utilizados en i os cuya anchura

os S.:r) r')C31.^'.^er rb1 E', de tal manera qus no e m i<. ton otros e lenihntos,

tales c::r )InC:), i:?uO1't'I p.?s y i jo hay o n r.5rJ$ 1I_.'.j,:itres no oFrecen las

condiciones fli rlini_s r-rII.Ir r i d-aes.

20

En e?1 bate sk-, degr: .l i r i grupo d+ ir bajo a l o s puntos de

rne'iici.bn„ rnut;,. Iirio por"a esta con ?l impulso c:I un matar n

sujetándose _. un cable tendido :¿ t.rav -' C)e la corriente.

Ver figura 15.

ANGULAR - SEXTANTE ANGULAR - TRANSITO

Fig. 15

Para r.;?. alineamiento _ . .r,del h: .. ^- puntos ciy 1-•^ ^.ib^.c_.^c.:an h r. en 1.c:.::>

medir o•' i ¶s i:Eu v a rios M i ndos ; l os =s usual es son anqu l. dr can

sextante a t:.+ : c dol i t(:' por . nt.or'soc d e vi sual es y con

te=metro. Por "Ft ; r az iri se deben uti l i z ar equipos

adicinnal.osn tales c ono estailtesy teodolitos, teel?met ros y

otros.

BIBLIOGRAFIA

MFCJF'ÍS L. JÍ.:?HIDOS . V. Curso de capacitación t e'r'nic Pr)

medi.ciunes Hidrolbgi.caas _CIHRS(. -- 1.996. C:6 r-dob-?. -Ar sent ina.

MANUAL_ DE Hl DROL_OG T A PARA H I ?:iRC]MEPISORE 9. Hl MAT 1975.

AFER I QL) I C'A No 24.