Cap. 3 | agua

3. Estimaciones del caudal de agua

3.0. Introducción

Existen diversas maneras convenientes de medir la cantidad de agua en un arroyo o canal. El método que se emplee dependerá de varios factores:

la exactitud del resultado que se necesite;
la cantidad de agua existente en el arroyo o canal que va a medir;
El material que puede usar.

Comparemos los diversos métodos. El Cuadro 3 le ayudará a comparar los diversos métodos y a seleccionar el que más se ajuste a sus necesidades. Cada uno de ellos se explica e ilustra plenamente en las secciones siguientes.

Nota: para averiguar el tiempo que tardará en llenarse o vaciarse un estanque empleando un conducto derecho o un sifón, véanse las secciones 3.7 y 3.8.

3.1. Estimación rápida aproximada

Este es un método muy sencillo para medir aproximadamente el caudal de agua en arroyos muy pequeños. Para ello no necesita emplear ningún equipo especial.

Eche una hoja en el agua del arroyo cuyo caudal quiere medir.

Vaya en la dirección en que flota la hoja al paso normal, unos 30 metros o 35 pasos.

Observe lo que ha avanzado la hoja mientras usted anda y estime el caudal de agua como se indica en los ejemplos.

Cuadro 3. Métodos para medir el caudal de agua de arroyos o canales

Nota: *muy sencillo; ** muy difícil; *** el más difícil.

Ejemplos

La hoja recorre la mitad de la distancia (15 m); el arroyo tiene 20 cm de anchura y 10 cm de profundidad en el centro; el arroyo puede suministrar 2 500 m³ de agua en una semana aproximadamente.

La hoja recorre la mitad de la distancia (15 m); el arroyo tiene 30 cm de anchura y 15 cm de profundidad en el centro; este arroyo puede suministrar 10 000 m³ de agua en una semana aproximadamente.

La hoja se mueve tan rápidamente como usted (30 m); el arroyo tiene 30 cm de anchura y 15 cm de profundidad; el arroyo suministrará 20 000 m³ de agua en una semana aproximadamente.

Si sus necesidades de agua no son mayores que las indicadas en estos ejemplos, no tiene que tornar ninguna otra medida del caudal.

Si sus necesidades de agua son mayores que las dadas en los ejemplos, tiene que emplear uno de los métodos más exactos para medir el caudal de modo que pueda estar seguro de que dispone de agua suficiente.

3.2. Método del cubo

Es un método sencillo para medir caudales muy pequeños de menos de 5 l/s con gran precisión

Se comienza construyendo una presa pequeña de tierra a través del arroyo para detener el agua. Se pueden emplear postes de madera, bambú o ramas de árboles para retener la tierra en su lugar mientras se construye la presa.

Cuando la presa está a medio construir, se pone un tubo de 5 a 7 cm de diámetro y de 1 a 1,5 m de longitud, que puede ser de bambú.

Termine de construir la presa a través del arroyo para que toda el agua pase por el tubo.

Busque por lo menos dos cubos u otros recipientes similares que empleará para llenarlos del agua que pasa por el tubo.

También necesitará una botella u otro recipiente pequeño de 1 litro.

Empleando el recipiente de 1 litro, cuente el número de litros que necesita para llenar de agua los cubos, a fin de determinar cuánto contiene cada uno.

Ejemplo

Si necesita 10 recipientes de 10 litros de capacidad.

Empleando el recipiente de 1 litro, cuente el número de litros que necesita para llenar de agua los cubos, a fin de determinar cuánto contiene cada uno.

Empleando un cubo tras otro, recoja toda el agua que pasa por el tubo durante un minuto (60 segundos). Cuente el número de cubos que puede llenar durante ese tiempo. Calcule el caudal total de agua (en l/s).

Ejemplo

Cada uno de esos cubos es de 10 litros; (llena 9 cubos en 1 minuto; el caudal total de agua en 1 minuto es 10 I x 9 = 90 I; 1 minuto = 60 s; el caudal total de agua en 1 segundo es de 90 I -r- 60 s = 1,5 l/s.

3.3. Método del flotador

Con este método se miden caudales de pequeños a grandes con mediana exactitud. Conviene emplearlo más en arroyos de agua tranquila y durante períodos de buen tiempo, porque si hay mucho viento y se altera la superficie del agua, el flotador puede no moverse a la velocidad normal.

Preparación de un flotador

Un buen flotador puede ser un trozo de madera o la rama lisa de un árbol de unos 30 cm de longitud y 5 cm de anchura, o una botella pequeña bien cerrada de 10 cm de altura, que contenga suficientes materias (tales como agua, tierra o piedras) para que flote con su parte superior justo encima de la superficie.

Dónde medir

Encuentre un tramo de longitud AA a BB a lo largo del arroyo, que sea recto por una distancia de por lo menos 10 m. Trate de encontrar un lugar donde el agua esté tranquila y exenta. de plantas acuáticas, de manera que el flotador se mueva con facilidad y suavidad.

Determine la velocidad media del agua

Pida a un amigo que ponga el flotador en el centro del arroyo, a unos pocos metros aguas arriba de la línea AA y que lo suelte suavemente en la corriente. Póngase en la línea BB y empleando el reloj mida exactamente el tiempo (en segundos) que tarda el flotador en recorrer la distancia de AA a BB.

Repita tres veces la operación. Ponga el flotador en el agua y observe cuánto tiempo tarda en recorrer la distancia de AA a BB en tres momentos distintos.

Nota: si una de las tres medidas difiere mucho de las otras dos, tome una cuarta y emplee ésta.

Ejemplo

Ha determinado que el flotador tarda 15, 21 y 20 segundos en ir de AA a BB: 15 segundos es mucho menos que las otras dos medidas; tome una cuarta medida y emplearla en vez de 15.

Ahora puede calcular el tiempo medio que ha tardado el flotador en ir de AA a BB. Sume las tres medidas y divida por tres.

Ejemplo

Los tres tiempos medidos son de 19, 21 y 20 segundos: su suma es de 19 + 21 + 20 = 60 segundos; el tiempo medio para recorrer la distancia de AA a BB es de 60 s. ^ 3 = 20 segundos.

Averigüe la velocidad de la superficie del agua (en m/s) dividiendo la distancia de AA a BB (en este ejemplo, 10 m) por el tiempo medio (en segundos) y multiplique este resultado por 0,85 (un coeficiente de corrección) para estimar la velocidad media del agua del arroyo.

Ejemplo

AA a BB = 10 metros

Tiempo medio = 20 segundos

Velocidad de la superficie del agua = 10 m - H 20 s o 10 ÷ 20 m/s = 0.5 m/s la velocidad media del agua = 0,5 m/s x 0,85 = 0,425 m/s.

Averigüe la profundidad media

Mida la anchura (en m) del arroyo en varios lugares. Tome la medida que reaparece con más frecuencia, como la anchura media.

Ejemplo

Las medidas de la anchura han sido 1,1 m, 1 m, 1 m, 0,9 m, 1 m y 1,2 m; utilice 1 m como la anchura media.

Calcule el caudal de agua

Para calcular el caudal de agua (en m³) multiplique la velocidad media del agua (en m/s) por la anchura media (en m) y por la profundidad media (en m).

Ejemplo

Caudal de agua = 0,425 m/s x 1 m x 0,6 m = 0,255 m³/s.

Nota: recuerde que 1 m³ = 1 000 I, de modo que multiplique por esta cifra para convertir las medidas del caudal de agua en litros por segundo (l/s).

Ejemplo

Caudal de agua = 0,255 m³/s x 1 000 I = 255 l/s.

3.4. Método del flotador y la sección transversal

Este es un método sencillo para medir un caudal de pequeño a grande con bastante más exactitud que el del flotador descrito en la Sección 3.3. Como este último método, conviene emplearlo en agua tranquila, en momentos de buen tiempo, cuando hay poco viento. Deberá preparar un flotador como se ilustra.

Dónde tomar las medidas

Busque un tramo de arroyo recto en una distancia de por lo menos 20 metros. Trate de encontrar un lugar de agua tranquila y exento de plantas acuáticas, de modo que el flotador se moverá con facilidad y regularidad. Márquelo con estacas en ambos lados de la corriente, en los puntos AA y BB y tienda una línea entre las estacas.

Averigüe la sección transversal media

La sección transversal del arroyo será distinta al comienzo (AA) y al final (BB). Tendrá que determinar la sección transversal media.

Mida 5 veces la profundidad del agua (en m) a distancias iguales a través del arroyo en el punto AA.

Será más fácil registrar las medidas que tomen en los puntos AA y BB si prepara un pequeño esquema con una hoja de registros en la cual hacer las anotaciones.

Cuando haya tornado todas las medidas en el punto AA, sume las cinco cifras de la profundidad y divida por cinco para encontrar la profundidad media del agua en AA.

Ejemplo

En el punto BB la profundidad media es de 0,8 m y la anchura del arroyo de 2 m; la sección transversal en ese punto es 0,8 m x 2 m = 1,6 m².

La sección transversal (en m²) en el punto AA es la profundidad media multiplicada por la anchura del arroyo.

Ejemplo

La anchura del arroyo en el punto AA es de 2 m; la sección transversal en ese punto es, por tanto, 1 m x 2 m = 2 m².

Tome en el punto BB las mismas medidas que en el punto AA para averiguar la profundidad media, anchura del arroyo y sección transversal en BB.

Ejemplo

La anchura del arroyo en el punto AA es de 2 m; la sección transversal en ese punto es, por tanto, 1 m x 2 m = 2 m².

Tome en el punto BB las mismas medidas que en el punto AA para averiguar la profundidad media, anchura del arroyo y sección transversal en BB.

Ejemplo

En el punto BB la profundidad media es de 0,8 m y la anchura del arroyo de 2 m; la sección transversal en ese punto es 0,8 m x 2 m = 1,6 m².

Para calcular la sección transversal media en los puntos AA y BB, sume los dos valores de la sección transversal que ha determinado y divida por 2.

Ejemplo

Sección transversal en el punto AA = 2,0 m²

Sección transversal en el punto BB = 1,6 m²

Total de AA + BB = 3,6 m²

Sección transversal media = 3,6 m² 4 - 2 = 1,8 m²

Averigüe la velocidad media del agua

Ahora tiene que encontrar la velocidad media del agua empleando un flotador. Que un amigo ponga el flotador en el centro del arroyo a unos pocos metros aguas arriba de la línea AA y que lo suelte con cuidado en la corriente. Póngase en la línea BB y, empleando un reloj, mida exactamente el tiempo (en segundos) que tarda el flotador en recorrer la distancia de AA a BB.

Repita la medida por lo menos tres veces y calcule el tiempo medio sumando todas las medidas y dividiendo por el número de medidas que haya tornado.

A continuación, divida la distancia de AA a BB por el tiempo medio para averiguar la velocidad del agua en la superficie y multiplique esto por 0,85 (un coeficiente de corrección) para estimar la velocidad media del agua.

Ejemplo

Distancia de AA a BB = 20 m; los tres tiempos medidos son de 59, 61 y 60 segundos; su suma es de 180 segundos; el tiempo medio en ir de AA a BB es de 180 -f- 3 = 60 segundos; la velocidad de la superficie del agua es de 20 m -r- 60 s = 0,33 m/s; la velocidad media del agua es de 0,33 x 0,85 = 0,27 m/s.

Calcule el caudal de agua

Para calcular el caudal de agua (en m³/s) multiplique la velocidad media del agua por la sección transversal media.

Ejemplo

Velocidad media del agua = 0,27 m/s;

Sección transversal media = 1,8 m²;

Caudal de agua = 0,27 m/s x 1,8 m² = 0,486 m³ /s.

Para expresar este caudal en litros por segundo (l/s) multiplique el resultado (en m³ /s) por 1 000.

Nota: este método puede resultar más exacto si se aumenta la distancia de AA a BB a 30 m, a 50 m o incluso a 100 m. Se recomienda una distancia mayor entre AA y BB si la corriente es rápida. Cuanto más veloz sea el agua, mayor deberá ser la distancia.

Nota: puede aumentar la exactitud de este método si se incrementan las medidas del tiempo a 5, 7 o incluso 10 veces.

Ejemplo: 0,486 m³ /s x 1 000 = 486 l/s..

Ejemplo: Distancia de AA a BB = 20 m.

Pero recuerde:

Cuanto mayor sea el tiempo medido, menor será el número de medidas que se necesiten;
Cuanto más largo sea el tiempo medido, mayor será la diferencia entre cada cifra.

Ha soltado el flotador cinco veces y ha medido el tiempo que tarda en ir de AA a BB como 50, 47, 51, 48 y 54 segundos.

Por término medio ha flotado 50 + 47 + 51 + 48 + 54 = (250 ÷ 5) = 50 s.

Velocidad de la superficie del agua = 20 m ÷ 50 s ó 0.4 m/s.

Velocidad media del agua = 0.4 m/s x 0.85 (coeficiente de corrección) = 0.34 m/s.

Recuérdese de adaptar sus cálculos de manera correspondiente.

3.5. Método del colorante y la sección transversal

Este es un método para medir caudales de agua pequeños y grandes con mediana exactitud, y en él se emplea un colorante del agua en vez de un flotador para medir la velocidad de ésta.

Mida el tiempo (ti1 en segundos) que tarda la parte delantera del colorante en llegar a la línea BB.

Arroje una pequeña cantidad de colorante en el centro del arroyo, un poco por encima de la línea AA, de manera que quede una mancha en el agua.

Nota: el permanganato potásico y la fluoresceína son soluciones colorantes convenientes que pueden obtenerse en la farmacia.

Mida el tiempo (t2 en segundos) que tarda la parte delantera del colorante en llegar a la línea BB.

Calcule el tiempo medio que tarda la parte delantera y trasera de la mancha de colorante en negar a la línea BB, sumando t y t2 y dividiendo el resultado por 2.

Ejemplo

Tiempo que tarda la mancha de colorante (t1) en llegar a la línea BB = 95 s

Tiempo que tarda la parte posterior de la mancha de colorante (t2) en llegar a la línea BB = 105 s

Tiempo total: 95 + 105 = 200 s

Tiempo medio: 200 -r- 2 = 100 s.

Calcule la velocidad del agua (en m/s) dividiendo la distancia de AA a BB (en m) por el tiempo medio (en s).

Nota: cuando usa un colorante no tiene que multiplicar la velocidad del agua por un coeficiente de corrección como cuando emplea un flotador.

Ejemplo

Distancia de AA a BB = 20 m

Tiempo medio = 100 s

Velocidad del agua = 20 m 4 - 100 s

Calcule la sección transversal media del arroyo como se describe (Sección 3.4).

Ejemplo

Sección transversal media = 1,8 m².

El caudal de agua equivale a la velocidad del agua multiplicado por la sección transversal media.

Ejemplo

Velocidad del agua = 0,2 m/s

Sección transversal media = 1,8 m²

Caudal de agua = 0.2 m/s x 1.8 m² = 0.36 m³ /s or 0.36 m³ /s x 1 000 = 360 l/s

Nota: se puede reforzar la exactitud de este método si se aumenta la distancia de AA a BB o el número de medidas de tiempo, como se describe en la sección .

Recuerde de adaptar sus cálculos de manera correspondiente

3.6. Métodos de presa

Las presas se emplean normalmente para medir caudales de agua grandes y pequeños con gran exactitud. Son especialmente útiles para registrar el caudal de agua durante un período de tiempo.

Nota: se puede reforzar la exactitud de este método si se aumenta la distancia de AA a BB o el número de medidas de tiempo, como se describe en la sección .

Recuerde de adaptar sus cálculos de manera correspondiente.

¿Qué es una presa?

Una presa es una obstrucción que se pone a través del arroyo y que obliga al agua a pasar por una entalladura. Las presas son de muchas clases y formas. En esta sección nos ocuparemos de dos clases, la triangular y la rectangular.

En la presa triangular y en la rectangular la entalladura empleada tiene bordes agudos, de manera que el agua que pasa por encima de la presa tocando sólo una línea fina; la anchura de la entalladura es menor que la anchura de la corriente (presa contraída).

Cuando la presa está en su lugar a través del arroyo, aumenta el nivel del agua aguas arriba. Para ser eficaz, la presa debe crear una caída vertical suficiente entre el fondo de la entalladura y la superficie del agua aguas abajo. En este caso, la cortina de agua cae libremente y el aire circula detrás de ella.

El coronamiento de una presa es el borde inferior de la entalladura. En una presa rectangular, la longitud del coronamiento es la anchura de la entalladura. En una triangular (o presa de entalladura en V) la longitud del coronamiento es cero.

La altura de una presa es la distancia vertical desde el coronamiento hasta la superficie tranquila del agua aguas arriba.

Ventajas e inconvenientes de las presas

Ventajas:

Permiten medir el caudal con facilidad y exactitud; se construyen
Fácilmente y sólo necesitan poco mantenimiento; la broza flotante
Pequeña pasa fácilmente por la entalladura; son duraderas.

Inconvenientes:

Necesitan mucha altura de caída para funcionar debidamente.
La broza grande puede obstruir la entalladura y cambiar el flujo de agua.
Pueden ocurrir cambios de calibración si se modifica el canal aguas arriba, como por ejemplo cuando se forman sedimentos detrás de la presa

Dónde construir la presa

Una presa debe construirse en un canal que sea recto aguas arriba de ella, con una distancia mínima por lo menos 10 veces mayor que la longitud del coronamiento de la presa.

Para aumentar la exactitud, haga la presa en el extremo inferior de un remanso largo, ancho y profundo para que el agua se aproxime con lentitud, regularidad y sin remolinos.

La velocidad del agua inmediatamente aguas arriba de la presa no deberá exceder de 0,14 m/s.

Haga la presa donde el nivel del agua aguas arriba (detrás de la presa) no cause pérdidas anormales de agua al inundar las orillas del arroyo o pérdidas por infiltración en la parte superior de las orillas, que no estaban sumergidas anteriormente. Tiene que tener especial cuidado en terrenos llanos o donde haya canales o zanjas junto al arroyo, que queden debajo del nuevo nivel del agua detrás de la presa.

Cómo elegir el tipo de presa

En primer lugar, estime el caudal del arroyo empleando los métodos del flotador y la sección transversal descritos en la Sección 3.4.

Emplee una presa triangular si va a medir el caudal de un arroyo que:

No varía mucho de estación en estación y es generalmente menor de 114 l/s;
Varía mucho de caudal grande a pequeño o de pequeño a grande.

Emplee una presa rectangular si el caudal que va a medir:

No varía mucho y es generalmente mayor de 114 l/s.

Cómo proyectar una presa triangular

Una presa triangular o de entalladura en V tiene una entalladura que forma ángulo recto (de 90°). Ambos bordes de la entalladura tienen que ser agudos y de no más de 3 mm de espesor.

Para obtener medidas exactas del caudal con una presa triangular asegúrese de que:

la altura del agua es mayor de 5 cm;
la altura del coronamiento por encima del fondo del arroyo aguas arriba de la presa es más de 2 o 3 veces mayor que la altura del agua;
la caída de agua detrás de la presa es lo bastante alta para crear una caída vertical suficiente para que el agua caiga libremente.

Nota: antes de comenzar a construir la presa, haga planes cuidadosos que reúnan las condiciones anteriores de altura, altura del coronamiento y caída del agua. Tenga especial cuidado de la anchura del arroyo (si es posible que sea más de 7 veces mayor que la altura máxima del agua) y de su profundidad donde intente construir la presa, porque una vez que la haya construido será difícil modificarla.

Cuando estime el caudal de agua empleando una presa triangular, el error tenderá a aumentar al disminuir la altura. En condiciones prácticas, si ha cumplido todos los requisitos citados anteriormente, el error se limitará en general al 10 por ciento.

Si en una presa triangular desea reducir el error, puede aumentar la profundidad de la entalladura, dentro de los límites fijados.

Se necesitan las siguientes profundidades de entalladura (en cm) para los caudales de agua (en l/s) indicados:

20 cm, caudal de menos de 15 l/s;
30 cm, caudal de 15 a 45 l/s;
40 cm, caudal de 45 a 65 l/s;
50 cm, caudal de 65 a 110 l/s.

Si el caudal de agua es superior a la mayor cifra anterior (110 l/s) tendrá que hacer un cálculo aproximado de la profundidad de la entalladura necesaria. Empleando el Cuadro 4, determine la altura (en cm) correspondiente al caudal máximo de agua (en l/s) que se va a medir y añada unos 10 cm al valor de la altura para obtener la profundidad de la entalladura corregida.

Cómo disertar una presa rectangular

El tipo de presa rectangular que se examina en esta sección tiene una entalladura rectangular con una longitud de coronamiento inferior a la anchura del arroyo. Los tres bordes de la entalladura tienen que ser agudos y de no más de 3 mm de espesor.

Para obtener medidas exactas del caudal con una presa rectangular, asegúrese de que:

la altura del agua es de más de 5 cm;

la longitud del coronamiento es por lo menos de 15 cm y debería ser preferiblemente 3 veces mayor que la altura máxima del agua que se va a medir;
la altura del coronamiento por encima del fondo del arroyo aguas arriba de la presa es mayor que 2 o 3 veces la altura del agua;
la distancia de los lados de la entalladura hasta los lados del canal del arroyo debe ser más de 2 veces mayor que la altura máxima del agua que se va a medir;
la caída del agua detrás de la presa debe ser lo bastante alta para que el agua caiga libremente.

Nota: antes de comenzar a construir la presa haga sus planes cuidadosamente para satisfacer las condiciones anteriores de altura, altura del coronamiento y caída del agua. Tenga especial cuidado de la anchura del arroyo; si es posible, que sea más de 7 veces mayor que la altura máxima del agua y de la profundidad donde intenta construir su presa. Una vez que la presa esté construida será difícil modificarla.

Cuando estime el caudal de agua empleando una presa rectangular, el error tenderá a aumentar al disminuir la altura. En condiciones prácticas, si ha cumplido todas las condiciones citadas anteriormente, el error se limitará generalmente al 10 por ciento. En una presa rectangular, si quiere reducir todavía más el error, puede disminuir la longitud del coronamiento dentro de los límites expuestos anteriormente, con lo que aumentará la altura. El Cuadro 5 le ayudará a hacerlo.

Para los valores de caudal se necesitan las alturas de entalladura y longitudes de coronamiento siguientes (en cm):

30 x 60 cm, caudal 80 a 120 l/s;
40 x 90 cm, caudal 120 a 300 l/s;
55 x 120 cm, caudal 300 a 600 l/s;
75 x 180 cm, caudal 600 a 1500 l/s.

Para definir las dimensiones de la entalladura de una presa rectangular, aparte de las indicadas anteriormente, se puede emplear la parte superior del Cuadro 5. Encuentre el caudal de agua máximo (en l/s) que se va a medir, manteniendo la longitud del coronamiento (en cm) lo más pequeña posible. Lea horizontalmente la altura correspondiente (en cm) y añada 10 a 15 cm para encontrar la altura de entalladura que debería emplear.

Ejemplo

El caudal de agua máximo que se va a medir es 250 i/s.

Empleando el Cuadro 5 obtiene que 253,97 l/s es el más próximo a 250 l/s en la parte más exacta del cuadro, que es la superior, y con la menor longitud de coronamiento: 90 cm.

Este valor del caudal de agua corresponde a una altura de 30 cm. Así, la altura de la entalladura deberá ser 30 cm + 10 cm = 40 cm.

El tamaño de la entalladura que deberá emplear es de 40 cm (altura) x 90 cm (anchura).

Cómo construir e instalar una presa

Como construye e instala usted una presa, dependerá de la velocidad del agua y del tamaño del arroyo.

En un arroyo de agua corriente

Si la corriente es lenta o el arroyo pequeño, puede construir su presa en la orilla, donde está seco y es fácil trabajar, e instalarla en el arroyo una vez terminada.

Con un arroyo muy pequeño, la presa que se ha construido en la orilla puede instalarse dándole golpes basta que encaje en su sitio, o excavando los lados y fondo del arroyo mientras fluye el agua.

Nota: si el agua fluye rápidamente o el arroyo es grande, puede preferir construir la presa directamente en el arroyo. Cuanto mayor es el arroyo mayor tendrá que ser la presa, y puede resultar demasiado grande y pesada para construirla en la orilla y colocarla en el arroyo una vez terminada.

Desviando el agua

Cuando el arroyo es grande y tenga que construir la presa en el lugar, tendrá que desviar el agua del canal alrededor del sitio donde va a construir la presa.

Para desviar el agua, haga una zanja desde un punto de la orilla aguas arriba del lugar donde va a poner la presa, hasta un punto de la orilla aguas abajo de la presa.

Construya un muro inmediatamente debajo del extremo aguas arriba de la zanja de desviación. Cuando el agua se acumule detrás del muro pasará por la zanja alrededor del lugar y regresará al arroyo.

Para impedir que el agua desviada aguas abajo regrese al lugar, es posible que tenga que construir otro muro aguas abajo de la presa.

Cuando el agua se ha desviado y el lugar está seco puede comenzar a construir su presa. Una vez que la presa esté terminada, quite los muros y deje que el agua regrese al canal del arroyo. Pronto alcanzará su nivel constante y comenzará a pasar por la entalladura.

Posición de la presa en un arroyo

Una presa debe construirse o colocarse en el arroyo en posición vertical y en una línea que atraviese el arroyo perpendicularmente al flujo del agua. Marque el lugar que ha seleccionado para la presa tendiendo una línea a través del arroyo de orilla a orilla en ángulo recto (90°) al movimiento del agua.

Clave una hilera de estacas de madera fuertes en el fondo del arroyo a lo largo de la línea. Emplee un nivel para asegurarse de que las estacas son verticales. Esta hilera de estacas le ayudará a situar la presa debidamente, lo mismo si la ha construido en la orilla antes de la instalación o en el lugar que le corresponde en el arroyo.

Cuando instale una presa que ha construido en la orilla o en el arroyo sin haber desviado el agua, colóquela en la parte de aguas arriba de las estacas verticales, de manera que el flujo del agua retenga la presa en la posición correcta contra las estacas.

Una vez que la presa está bien instalada en las orillas y el fondo del arroyo, puede quitar las estacas verticales si la presa no necesita refuerzos adicionales. Si la corriente es fuerte y se necesitan refuerzos adicionales, quite solamente las estacas delante de la entalladura.

Construcción de una presa de madera

Se puede construir una presa con tablones o planchas de madera muy ajustados que se sujetan mediante piezas verticales de madera en ambos lados.

El espesor de la madera que emplee dependerá de la anchura del arroyo y de la fuerza de la corriente de agua. En arroyos muy pequeños se pueden usar maderas ligeras, pero para corrientes grandes y fuertes necesitará maderas macizas o de construcción.

Mida la anchura del arroyo y la distancia desde las partes superiores de la orilla hasta el lecho para determinar el tamaño de la presa que tiene que construir.

Una presa debe tener anchura y altura suficientes para que encaje bien en las orillas y fondo del arroyo de modo que esté bien sustentada e impida fugas de agua por los lados y debajo de la presa.

Construya la presa de manera que quede espacio suficiente en el centro entre las piezas verticales para la entalladura del tamaño que necesitará.

Cubra las juntas de las planchas o tablones de madera con listones de madera para impedir fugas de agua.

Una vez que ha construido la presa, puede hacer la entalladura en el borde superior.

Presa triangular

Cómo construir una entalladura triangular de 90°:

Busque el punto central en el borde superior de la presa;
En cada lado de este punto mida y marque una distancia igual a la altura de la entalladura (digamos 30 cm) que va a emplear;
En el centro del punto trace una línea en ángulo recto hacia abajo, igual en longitud a la altura de la entalladura;
Una el extremo de esta línea con las dos marcas en el borde superior de la presa. De esta manera ha construido una entalladura triangular de ángulo recto;

Con una sierra corte cuidadosamente la entalladura;
Compruebe con una escuadra la entalladura que ha hecho para ver si tiene una abertura de 90° y que todas las demás medidas son exactas;
Si es necesario, refuerce las planchas o tablones que haya cortado. Haga esto con refuerzos de madera en la parte de aguas abajo de la presa;
Lime los dos lados de la entalladura hasta formar ángulo con el borde agudo de no más de 3 mm en el lado aguas arriba de la presa.

Presa rectangular

Cómo construir una entalladura rectangular:

Encuentre el punto central en el borde superior de la presa;
En cada lado del punto central mida y marque una distancia igual a la mitad de la longitud del coronamiento, digamos 30 cm (longitud del coronamiento, 60 cm) que va a emplear;
En cada una de estas dos marcas trace una línea en ángulo recto hacia abajo, igual a la longitud de la altura de la entalladura;
De estas dos líneas. Ha construido una entalladura rectangular;
Empleando una sierra corte cuidadosamente la entalladura;
Compruebe con una escuadra y un nivel de albañil la entalladura que ha hecho para ver si el borde del coronamiento forma un ángulo de 90° con los lados y que todas las demás medidas son exactas;
De ser necesario refuerce los tablones o planchas que ha cortado. Hágalo con refuerzos de madera en el lado aguas abajo de la presa;
Lime todos los lados de la entalladura hasta formar ángulo con un borde agudo de no más de 3 mm en el lado de aguas de la presa.

Cuando la presa está en posición en el arroyo y ha sido bien empotrada en las orillas y el fondo, asegúrese de que es estanca. Rellene las uniones entre los maderos con musgo, arcilla o algodón grasiento. Llene todos los agujeros a lo largo del fondo y lados de la presa con arcilla, tierra o hierba.

Construcción de una presa con otros materiales

También se puede construir una presa con láminas de metal o planchas onduladas de tejados.

Láminas de metal

El espesor y fuerza de la lámina de metal que tenga que emplear dependerán de la velocidad del agua y del tamaño del arroyo.

Cuando haga una entalladura en una lámina de metal tenga cuidado de que los bordes sean rectos y agudos. Puede pedir ayuda al herrero local.

Nota: si una presa de láminas de metal necesita refuerzos adicionales, deje las estacas verticales que ha puesto en el arroyo para marcar la posición de la presa, pero asegúrese de quitarlas delante de la entalladura.

Plancha acanalada de tejado

Este metal acanalado es fácil de encontrar en grandes planchas y mucho más barato que las láminas de metal.

Las planchas onduladas tienen el inconveniente de que se doblan a lo largo de las ondulaciones. Si éstas se colocan a través de la corriente y la presa está bien empotrada en las orillas y el fondo, la plancha será lo bastante fuerte.

Una entalladura que se haga en una plancha ondulada será irregular y dará un resultado menos exacto. Para evitarlo ponga un trozo de madera en el centro de la plancha y haga la entalladura como se describe para una presa de madera normal.

Nota: si una presa de planchas onduladas necesita refuerzos adicionales, deje las estacas verticales que ha clavado en el arroyo para marcar la posición de la presa, pero asegúrese de quitarlas delante de la entalladura.

Para obtener una medida exacta es esencial que su presa:

Se construye en ángulo recto (90°) respecto del flujo de agua;
Se coloca exactamente vertical, en ángulo de 90° con la superficie del agua.

Cuando instale o construya una presa en el lugar, compruebe esto periódicamente.

Empleo de una presa para determinar el caudal de agua

Se emplea una presa para determinar el caudal de agua midiendo la altura, o diferencia entre el nivel del coronamiento de la presa y el nivel del agua, aguas arriba de la presa.

El nivel del agua que pasa por el coronamiento de la presa no será tan alto como el del agua aguas arriba, porque al aproximarse el agua a la presa, el nivel comienza a descender antes de pasar por encima del coronamiento.

Para medir la altura, o el nivel del agua constante aguas arriba equivalente al de la presa, tendrá que transferir un punto igual a la altura del coronamiento a otro punto aguas arriba donde el nivel del agua sea constante.

Determine el punto aguas arriba midiendo una distancia encima de la presa que sea por lo menos 10 veces la profundidad de la entalladura de la presa.

Preparación de un punto aguas arriba para medir la altura cuando se ha desviado el agua

Si ha desviado el agua del canal para construir la presa, será más fácil preparar este punto aguas arriba.

Clave una estaca en el fondo del arroyo cerca de la orilla en el punto aguas arriba que haya seleccionado. Empleando un nivel de albañil y una tabla derecha transfiera la altura del coronamiento de la presa a la estaca. Siga clavando la estaca hasta que su parte superior esté a la misma altura que el coronamiento de la presa.

Deje ahora que el agua regrese al canal. Asegúrese de que esté cerrada la zanja de desviación de manera que cuando el nivel exceda al de la presa no se perderá agua. Cuando se ha alcanzado el nivel constante aguas arriba, el tope de la estaca estará debajo del agua.

Compruebe que la presa funciona debidamente

Compruebe la altura colocando una vara de medir con la marca cero en el fondo, encima de la estaca y leyendo la profundidad al ras del agua.

Preparación de un punto aguas arriba para medir la altura cuando no se ha desviado la corriente de agua

Si no ha desviado el agua del canal para construir la presa, tendrá que preparar este punto aguas arriba mientras el agua está en el canal.

Clave una estaca en el fondo del arroyo cerca de la orilla en el punto aguas arriba que haya seleccionado.

La estaca deberá ser lo bastante alta para que quede por encima de la superficie cuando el nivel del agua alcanza su altura máxima.

Ponga la vara de medir, con el O en el fondo, en la entalladura de la presa. La vara debe ser un poco más larga que la altura de la entalladura.

Empleando un nivel de albañil y un tablero recto, pase la altura de la parte superior de la vara de medir a la estaca y márquela, poniéndola junto a la estaca.

Quite la vara de medir de la entalladura y póngala junto a la estaca atándola a ella a la altura de esta marca.

Compruebe que la presa funciona debidamente

Averigüe la altura leyendo la profundidad en la vara de medir en la superficie del agua.

Hemos visto que las presas triangulares se emplean en general para medir caudales pequeños de agua, y las rectangulares para los grandes. Por esta razón, mida la altura de una presa triangular con una vara de medir graduada en medios centímetros, y la de una presa rectangular con una vara graduada en centímetros.

Nota: cuando mida la altura en el punto aguas arriba, tenga cuidado de no perturbar la superficie del agua (por ejemplo, metiéndose en ella), ya que esto puede hacer imprecisa la lectura de la altura.

Mantenimiento de una presa

Para asegurarse de que se estima exactamente el caudal de agua empleando una presa, ésta tiene que estar siempre en buenas condiciones:

Limpie la presa y quite la broza flotante que quede en la entalladura;
Quite los sedimentos que se acumulen en el lado aguas arriba de la presa;
Controle la erosión del fondo del arroyo en el lado aguas abajo de la presa;
Compruebe la alineación de la presa, tanto verticalmente (desde la superficie del agua) como perpendicularmente con respecto al movimiento del agua;
Compruebe que la presa se estanca;
Compruebe que la marca O en la vara de medir aguas arriba está a la altura del coronamiento de la presa.

Cómo calcular el caudal de agua empleando una presa

Presa triangular

Cuando se emplea una presa triangular, la altura se mide al medio centímetro más próximo en el punto de medida aguas arriba. Cuando haya determinado la altura emplee el Cuadro 4 para determinar el caudal de agua (en l/s).

Ejemplos

El nivel de agua constante en el punto de medida aguas arriba está más próximo a 23,5 cm; ésta es la altura en la presa. Empleando el Cuadro 4 observará que para una altura de 23,5 cm, el caudal de agua = 36,68 l/s.

El nivel de agua constante en el punto de medida aguas arriba es de 34 cm; es la altura en la presa. Empleando el Cuadro 4 observará que para una altura de 34 cm el caudal de agua = 92,35 l/s

Nota: recuerde que las presas triangulares son las que más convienen para medir caudales de agua de 114 l/s o menos (véase pág. 64). Cuando emplee el Cuadro 4 todos los valores superiores a F = 114,08 l/s y H = 37 cm no serán exactos.

Presa rectangular

Cuando se emplea una presa rectangular, la altura se mide al centímetro más próximo en el punto de medida aguas arriba. Cuando haya determinado la altura, emplee el Cuadro 5 y en la columna correspondiente a la longitud del coronamiento de la presa encontrará el caudal de agua en l/s.

Ejemplo

La longitud del coronamiento de su presa es de 30 cm y ha averiguado que la altura es de 10 cm; encontrará esta última cantidad en la escala de la izquierda del cuadro;

Cuadro 4. Estimación del caudal de agua empleando una presa triangular con entalladura en V (H = Altura en centímetros; F = Caudal de agua en litros por segundo)

Nota: La parte azul es menos exacta.

siga la línea a través del mismo hasta que llegue a la columna de la longitud del coronamiento correspondiente a 30 cm (observe que ésta es todavía la sección superior del cuadro, en la que los valores del caudal de agua son los más exactos); encontrará que el valor del caudal de agua es de 16,29 l/s.

Si encuentra valores intermedios o impares, tendrá que hacer una aproximación para determinar el caudal de agua exacto. En el Cuadro 5 sólo se dan valores de altura pares.

Ejemplo

La longitud del coronamiento es de 60 cm y ha medido una altura entre dos valores (H) que es la más próxima a 15 cm. Para encontrar un caudal de agua aproximado a una altura de 15 cm, tiene que promediar la diferencia entre los valores del caudal de agua (F se encuentra en el Cuadro 5 para H = 14 cm y H = 16 cm):

para H = 16 cm, F = 66,89 l/s; para H = 14 cm, F = 55,13 l/s.

Sumando estos dos valores de F y dividiendo el resultado por dos: 66,89 + 55,13 = 122,02 + 2 = 61,01 l/s

o, digamos, 61 l/s que es el valor corregido del caudal de agua para una altura de 15 cm.

Si la longitud del coronamiento de su presa es mayor de 30 cm y no aparece en el Cuadro 5 (por ejemplo, 40, 50, 70 y 80 cm) puede calcular el caudal de agua empleando la columna de 10 cm que figura a la derecha del cuadro, y procediendo como se indica en el ejemplo de la página siguiente.

Encuentre la altura en la columna de la derecha del cuadro y anote el correspondiente valor del caudal que aparece en la columna de 10 cm.
Determine el valor del caudal de agua que aparece en la columna donde la longitud del coronamiento es menor que la real de la presa que usted emplea, y el valor del caudal de agua en la columna de 10 cm.
Calcule el número de longitudes adicionales de 10 cm que tiene el coronamiento de la presa, y compárelo con la longitud menor de coronamiento que ha averiguado en el cuadro.
Multiplique el valor del caudal de agua que ha encontrado en la columna de 10 cm por este número y sume el resultado al valor del caudal de agua correspondiente a la longitud del coronamiento menor que la real.
El resultado es el valor corregido del caudal de agua para la longitud real del coronamiento.

Ejemplo

La longitud del coronamiento de su presa es de 110 cm, y ha medido la altura más próxima a 34 cm.

La columna donde la longitud del coronamiento es menor de 110 cm, es 90 cm, con un caudal de agua de 303,50 l/s.

Siguiendo la misma línea, el caudal de agua en la columna de 10 cm es de 34,40 l/s.

La diferencia entre la longitud real del coronamiento y la longitud en el cuadro es de 110 cm - 90 cm = 20 cm.

El número de longitudes adicionales de 10 cm es 20 -r 10 = 2.

En este caso, el caudal adicional debido a esto es de 34,40x2 = 68,80 l/s.

El valor correcto del caudal de agua para la longitud real del coronamiento de 110 cm es 303,50 l/s + 68,80 l/s = 372,30 l/s.

Si mide un caudal de agua de 130 l/s o menos, puede emplear el Cuadro 6. Haga esto determinando la altura (en cm) en la escala de la izquierda del cuadro y siga este valor horizontalmente hasta que llegue a la curva que representa la longitud del coronamiento correcta. Lleve este punto verticalmente hacia abajo hasta el fondo de la escala y lea allí el caudal de agua (en l/s).

Ejemplo

La longitud del coronamiento de su presa es de 50 cm y la altura es de 15 cm; encuentre la altura en la escala de la izquierda del cuadro y siga la línea horizontal hasta que llegue a la curva de una longitud de coronamiento de 50 cm; desde este punto siga verticalmente hacia abajo hasta el fondo de la escala del cuadro. Verá que el caudal de agua es de unos 51 l/s.

¹ Con contracciones completas del extremo y bordes agudos

Nota: La exactitud de los valores del caudal de agua disminuye cuando los valores de la altura son mayores que la tercera parte de la longitud del coronamiento. Los valores del agua 84 en este cuadro están divididos en tres secciones: blanca, azul y gris. Los valores de la sección blanca son los más exactos. En las secciones azul y gris, la exactitud disminuye al aumentar la altura hacia un valor igual al de la longitud del coronamiento.

Cuadro 5. Estimación del caudal de agua empleando una presa rectangular¹

Cuadro 6. Estimación del caudal de agua empleando una presa rectangular¹

¹ Con contracciones completas del extremo y bordes agudos

² Valor aproximado del caudal de agua para cada 10 cm adicionales de coronamiento de la presa (para longitudes del coronamiento de 30 cm o más y para valores de la parte superior del cuadro solamente).

3.7. Flujo de agua por un tubo recto

Este es un método para estimar el paso de agua por un tubo relativamente corto y derecho, desde un nivel más alto hasta otro más bajo y puede emplearse, por ejemplo, cuando llena o vacía un estanque. Para emplear este método tendrá que determinar la altura (en cm).

Si el agua que pasa de un nivel más alto a otro más bajo sale del tubo encima de la línea de agua del nivel inferior, puede determinar la altura midiendo la distancia vertical entre la superficie del agua encima y la línea central del tubo debajo.

Si el agua que sale de un nivel más alto a otro más bajo sale del tubo debajo de la línea de agua del nivel inferior, puede determinar la altura midiendo la distancia vertical entre la superficie del agua encima y la superficie del agua debajo.

Para determinar la altura, prepare primero un punto constante desde el cual medirla.

Puede hacerlo empleando un nivel de albañil y una tabla recta, o una línea de nivel y una cuerda tendida entre dos estacas.

Ponga la tabla recta en la parte superior de la orilla. Asegúrese de que es horizontal empleando un nivel de albañil. Si no es horizontal cálcela con piedras basta que lo sea. Determine la altura midiendo hacia abajo en ambos lados de la orilla y anotando la diferencia entre ambas medidas.

Ejemplo

Si el tubo está encima de la línea de agua, mida la distancia desde la horizontal hasta la superficie del agua (AB) en el nivel superior; mida la distancia desde la horizontal hasta el centro del tubo (CD) en el nivel inferior; la altura es CD menos AB.

Ejemplo

Si el tubo está debajo de la línea de agua, mida la distancia desde la horizontal hasta la superficie del agua (AB) en el nivel superior; mida la distancia desde la horizontal hasta la superficie del agua (CD) en el nivel inferior; la altura es CD menos AB.

Cuando haya determinado la altura, averigüe el caudal empleando el Cuadro 7 si el diámetro interior del tubo es menor de 9 cm, y el Cuadro 8 si el diámetro interior del tubo es mayor de 9 cm.

Haga esto determinando la altura (en cm) en la escala vertical del cuadro y siga horizontalmente a través hasta que llegue a la curva que marca la dimensión del tubo que emplea. Mire hacia abajo a la escala del fondo en la que encontrará el caudal de agua (en l/s).

Ejemplos

Su tubo tiene un diámetro interior de unos 7,6 cm; ha averiguado que la altura es de 18 cm; entre con este valor en la escala de la izquierda del Cuadro 7 (diámetro inferior a 9 cm) y siga a través hasta que encuentre la curva para un tubo de 7,6 cm; siga verticalmente hacia abajo hasta la escala del fondo donde observará que el caudal de agua es de 6,5 l/s.

El diámetro interior de su tubo es de unos 25,4 cm y la altura es de 19,5 cm; entre con este valor en la escala de la izquierda del Cuadro 8 (diámetro superior a 9 cm) y siga hasta que llegue a la curva para un tubo de 25,4 cm; siga verticalmente hacia abajo hasta la escala del fondo, donde encontrará que el caudal de agua es de unos 76 l/s.

Cuadro 7. Estimación del caudal de agua por tubos rectos con un diámetro interior de menos de 9 cm

3.8. Flujo de agua por un sifón

Con este método se puede estimar el paso de agua por un tubo relativamente corto, curvado, llamado sifón, desde un nivel superior hasta otro inferior y puede emplearse, por ejemplo, cuando llena o vacía su estanque. Como con el método del tubo (véase Sección 3.7), para emplear este método tendrá que calcular la altura (en cm).

Cómo hacer un sifón

Se puede hacer un sifón con un tubo de caucho o plástico, lo bastante largo y elástico para pasar por encima de la orilla desde el nivel superior del agua hasta el inferior.

Cuadro 8. Estimación del caudal de agua por tubos rectos con un diámetro interior de más de 9 cm

Cómo funciona un sifón

Un sifón sólo funciona cuando hay una diferencia en los dos niveles de agua, y el extremo del tubo en el inferior está por debajo del extremo sumergido en el agua en el superior.

Mida la altura, o diferencia entre la superficie del agua en el nivel superior y en el nivel inferior, empleando un nivel de albañil y una tabla recta, o un nivel y una cuerda tendida entre dos estacas, como con el método del tubo.

Ejemplo

Mida la distancia desde la horizontal hasta la superficie del agua (AB) en el nivel superior; mida la distancia desde la horizontal a la superficie del agua (CD) en el nivel inferior; la altura es la diferencia entre ambos o CD menos AB.

Cuando haya encontrado el valor de la altura, averigüe el caudal del agua en el Cuadro 9 para sifones con un diámetro interior de menos de 9 cm, o en el Cuadro 10 para sifones con un diámetro interior de más de 9 cm.

C10

Hágalo determinando la altura (en cm) en la escala vertical del cuadro y siga horizontalmente a través hasta que llegue a la curva que marca el tamaño correcto del sifón. Mire hacia abajo al fondo de la escala donde encontrará el caudal de agua (en l/s).

Ejemplo

Su sifón tiene un diámetro interior de unos 5,1 cm; ha averiguado que la altura es de 21 cm; busque este punto a la izquierda del cuadro y siga horizontalmente a través hasta que llegue a la curva para un sifón de 5,1 cm. Siga verticalmente hacia abajo hasta el fondo de la escala donde encontrará que el caudal de agua es de unos 2,5 l/s.

Cuadro 10. Estimación del caudal de agua por sifones con un diámetro interior de más de 9 cm

Cuadro 9. Estimación del caudal de agua por sifones con un diámetro interior de menos de 9 cm