Introducción
El uso sostenible de los recursos que rodean el sistema de producción agrícola es uno de los sustentos de la conservación del medio ambiente. El agua es un elemento finito y fundamental para el desarrollo de la agricultura y para el abastecimiento a la población. En las últimas décadas el acceso a la misma se ha convertido en un punto crítico con su consecuente incremento de conflictos entre los agricultores, la industria y la población. El hecho de que el agua sea un recurso cada vez más escaso y exista más competencia entre sus diversos usos, obliga a utilizarla de forma eficiente y a manejar con eficacia los mecanismos de gestión (Tarjuelo, 2005).
Cuba se caracteriza por tener una distribución no uniforme de las lluvias y sequías periódicas por lo que hay limitaciones en el uso de las fuentes de abasto de agua superficiales y subterráneas, esto nos indica que el aprovechamiento del recurso hídrico constituye una tarea fundamental por parte de los usuarios (Herrera, 2013).
Para los productores, es vital conocer cómo hacer un uso eficiente y racional de los medios de producción, y especialmente el agua, los fertilizantes y la energía permitiéndoles optimizar su gestión, contribuyendo a que la agricultura sea una actividad sostenible compatible con el medio ambiente (Cisneros et al., 2015).
El empleo eficaz del limitado recurso agua, depende en gran parte de la medida de su aforo, lo que permite contabilizar hasta la última gota la cantidad que se utiliza y la disponible para reducir los daños que provoca la sequía. La hidrometría es la rama de la hidráulica que estudia los métodos y medios para determinar las magnitudes de los elementos que caracterizan el movimiento de los líquidos. Tiene su origen del Griego "hidro" significa agua y "metro" medición, o sea medición de agua 1 (León, 2002).
El control del agua de riego, la organización de una correcta distribución de la misma en los diferentes canales, así como los trabajos investigativos para el estudio integral del sistema, son las principales funciones del servicio hidrométrico de explotación (Liotta, 2002; Francisco et al., 2009).
El presente trabajo tiene como objetivo fundamental brindarle al pequeño y mediano agricultor herramientas sencillas para conocer el volumen de agua que utiliza en el área productiva, sin necesidad de contar con equipamiento especializado y de alto costo, y que de esta manera puedan hacer un uso más racional del recurso hídrico.
Desarrollo del Tema
Para la conformación del presente trabajo se consultaron manuales prácticos sobre la explotación de sistemas de riego y obras hidrométricas. Según las referencias bibliográficas consultadas, existen dos métodos para medir el agua (directo e indirecto), entre los métodos directos, que incluye varios, solo mencionamos el volumétrico y trayectoria del chorro por ser los más prácticos a desarrollar, dentro de los indirectos citamos en este trabajo el uso de flotadores y contracción de la sección transversal de la corriente estos temas son abordados en los diferentes acápites. Consideramos de gran importancia aclarar las unidades de medidas utilizadas para referirnos al agua en reposo y para la que pasa por un curso.
Unidades de medida utilizadas
Cuando se mide un volumen de agua que está en reposo, como es el caso del embalse o laguna, se expresa en litros (L) o en metros cúbicos (m3). Cuando se mide el volumen de agua que pasa por un curso, se le llama gasto o caudal y se expresa en L/seg o en m3 /seg.
Existen diferentes métodos para medir el caudal, los que se pueden agrupar en:
Métodos directos
Son los que permiten determinar directamente el volumen que pasa por una sección en la unidad de tiempo. Este caudal se puede medir por diferentes métodos, a continuación se explican dos de ellos:
Método Volumétrico
Consiste en medir el volumen de agua que se recoge en un recipiente durante un tiempo determinado (Salgado y Martín, 1989).
Ejemplo:
Si se tiene una pequeña corriente superficial que pasa por un terreno accidentado cerca de un área de producción, es importante conocer su caudal para su posterior explotación, ya bien sea para construir un reservorio o realizar un pequeño tranque. Según se muestra en la Figura 1, se debe buscar un lugar donde exista un salto para colocar un recipiente de volumen conocido.
El caudal se calcula de la siguiente forma:
(A la mayoría de los equipos usados en riego se les conoce el gasto, pero hay equipos que no están aforados y en otras ocasiones no se pueden obtener estos datos con facilidad.
En el caso de una motobomba, el método volumétrico es adecuado cuando el gasto es pequeño 2, (Rodríguez, 1990). Es importante colocar un recipiente de volumen conocido y hacer al menos tres mediciones (Figura 2).
El caudal (Q), se calcula de la siguiente formula:
(Por el contrario este método no puede utilizarse en una estación de bombeo con altos caudales, ya que el recipiente se llena en muy pocos segundos y se cometen muchos errores en las mediciones, en este caso podemos utilizar el método de trayectoria de chorro.
Método de la trayectoria del chorro
Es un método práctico del cual se derivan dos casos:
Es muy importante que las tuberías estén colocadas horizontalmente. Se debe construir una escuadra de madera, la cual debe medir por el lado más largo 150 cm ó 60 pulgadas y por el lado más corto 30 cm ó 12 pulgadas, (Figura 3)
La pieza de madera (escuadra), se coloca por la parte más alargada sobre el tubo buscando la distancia D (en centímetros), donde la parte corta de 12 pulgadas toca el chorro de agua. (Figura 4).
En la Figura 5, por el eje de las Y se localiza el valor D, se trazar una recta que corte la línea del diámetro de la tubería con que se trabaja, desde ese punto de intercepción, se traza una perpendicular hasta el eje X donde se puede encontrar el gasto de interés (L/seg).
Método Gravimétrico
Es importante conocer que un litro de agua pesa 1 Kg. Este método consiste en pesar la cantidad de agua que se colecta en un recipiente en la unidad de Kg, dividiendo entre el tiempo que tarda en llenarse el mismo. Se obtiene directamente el número de litros por unidad de tiempo.
Métodos indirectos
En estos, para determinar el caudal, es importante conocer el área de la sección transversal que es atravesada a una cierta velocidad. Los métodos indirectos se agrupan en: los de contracciones, donde se modifica el curso del agua mediante estructuras de sección conocida y los de área-velocidad, que es el que se tendrá en cuenta en este trabajo, donde no se altera el curso de la corriente de agua (Rodríguez, 1990).
Uso de flotadores
El procedimiento se emplea en canales, donde sea posible medir la sección del cause. Si este es muy irregular o presenta malezas, conviene mejorarlo con una pala 3, a lo largo de 10 m, para que quede de forma más rectangular o semicircular posible.
Es importante conocer el área de la sección transversal (Figura 6), para esto se utiliza la fórmula.
.(
Es importante calcular el promedio de las dos áreas.
Se calcula el promedio:
(La velocidad se determina midiendo el tiempo (T ) que tarda en desplazarse una distancia conocida (d), en este caso 10 m, un objeto flotante, este puede ser un trozo de madera, hasta una botella plástica con tapa. Esto debe repetirse al menos tres veces y promediar.
Por lo tanto
(Es muy importante que cuando el flotador se desplaza ligeramente sumergido en el agua, se utiliza la formula anterior, pues mide directamente la velocidad media del agua. Pero si el objeto se desplaza sobre la superficie del agua, la velocidad obtenida es ligeramente superior a la media, por lo que se corrige multiplicándolo por 0,85
Por lo tanto para calcular el gasto (Q), se multiplica la velocidad (V) por la sección o área del canal (A).
(Método de contracción de la sección transversal de la corriente
Estos métodos son los empleados más frecuentemente para medir el agua en las áreas de producción. Se fundamentan en el calculo de la velocidad del agua de una manera indirecta, midiendo la carga o altura de agua que existe sobre una escotadura de área conocida, en una estructura de retención que se coloca en la corriente de agua (Rodríguez, 1990).
Vertederos
Es un dispositivo sencillo consistente en una retención que tiene una abertura de forma rectangular, triangular o trapezoidal, y de paredes anchas o delgadas, por donde se hace circular agua.
Vertederos rectangulares
Son fáciles de construir por lo que se usan muy frecuentemente (Figura 7). El agua pasa al pasar se contrae lateralmente, el gasto se calcula por la fórmula:
(donde:
Q: Gasto en metros cúbicos por segundo;
L: Longitud de la cresta, en metros;
H: Carga del agua sobre el vertedero, en metros.
Vertedero triangular
La abertura del vertedero es en forma de triángulo (Figura 8). Es más exacto que el anterior para la medición de caudales pequeños. El caudal se calcula con la siguiente fórmula:
(donde:
Q: gasto en metros cúbicos por segundo
H: carga del agua en metros, medida desde la superficie del líquido hasta el vértice del triangulo del vertedero
Ca/2: constante de 1,40 cuando el ángulo es de 90º y de 0,78 para ángulo de 60 º
Vertedero trapezoidal
Tiene forma de un trapecio (Figura 9), de paredes laterales con pendiente 1:4 (horizontal: vertical). Con esta forma se eliminan las contracciones laterales que sufre la corriente de agua en los vertederos rectangulares. El caudal es proporcional a la longitud de la cresta del vertedero (L). El caudal se calcula por la fórmula:
(donde:
Q: gasto en metros cúbicos por segundo.
L: ancho de la base en metros.
H: carga o altura del agua en metros.
Conclusiones
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A modo de conclusión podemos decir que son muchos los métodos de medición del agua utilizados en la práctica, su clasificación es amplia y varía de un autor a otro. Existen otras técnicas más sofisticadas que requieren de equipamientos complejos como son los molinetes, caudalímetros; pero al ser costosas y necesitar de un mayor volumen de información para su aplicación, no fueron citadas en este trabajo.
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No se puede hablar de explotación correcta del riego si no se realiza la medición de los gastos de agua que entran o salen a la parcela. La explotación de un sistema de riego puede llegar a ser extremadamente crítica cuando se toman el agua de una fuente con limitaciones en la entrega y no existen mediciones.