Vertederos de aforo: cómo medir caudal con vertedero rectangular, triangular y Cipolletti

Medir el caudal de un canal no siempre requiere un correntómetro ni un aforador acústico. Un vertedero de pared delgada bien instalado convierte una medición de nivel —barata, continua y fácil de automatizar— en una medición de caudal con incertidumbre del orden del 2 al 5 %. La clave está en elegir el tipo correcto y en respetar las condiciones de instalación.

Vertedero rectangular

Es el más común en canales de riego de caudal medio y alto. Para un vertedero rectangular sin contracciones laterales, la fórmula de Francis entrega:

donde $Q$ es el caudal, $L$ el ancho de la cresta, $H$ la carga sobre la cresta y $C_d$ el coeficiente de descarga (del orden de 0,60 a 0,64). En la práctica de terreno suele usarse la forma simplificada $Q=1,84L{H}^{3/2}$ en unidades del SI. Si el vertedero tiene contracciones laterales, se corrige el ancho efectivo restando $0,1nH$, con $n$ el número de contracciones.

Vertedero triangular (V-notch)

Cuando el caudal es pequeño o muy variable, el rectangular pierde sensibilidad: una diferencia de caudal grande produce un cambio de nivel diminuto. El vertedero triangular resuelve exactamente ese problema, porque el caudal crece con la potencia $5/2$ de la carga:

Con la escotadura estándar de $\theta =90^{\circ }$ y $C_d\approx 0,58$, queda la expresión de bolsillo $Q\approx 1,4H^{5/2}$ (SI). Es el aforador preferido para caudales menores a unos 30 l/s, para ensayos de laboratorio y para medir filtraciones.

Vertedero Cipolletti

Es un vertedero trapecial con taludes $1:4$ (horizontal:vertical) en los costados. Esa geometría compensa el efecto de las contracciones laterales, de modo que se puede usar la fórmula rectangular simple sin corrección de ancho:

Su ventaja es operativa: se calcula como un rectangular pero se comporta mejor cuando el canal es angosto respecto de la cresta.

Las cinco reglas que definen si la medición sirve

• Descarga libre. La lámina vertiente (nappe) debe estar aireada por debajo. Si el agua se pega a la pared o el nivel aguas abajo ahoga el vertedero, la fórmula deja de valer.
• Carga mínima. Con $H<3$ cm la tensión superficial distorsiona la lámina; con $H$ demasiado alta respecto de la altura de cresta $P$ el vertedero se comporta como un orificio. La recomendación clásica es mantener $H/P\le 0,5$.
• Punto de medición. La carga se mide a una distancia de al menos $4H$ aguas arriba de la cresta, nunca sobre la propia cresta, donde la superficie ya está deprimida.
• Cresta biselada. La arista debe ser viva, de 1 a 2 mm de espesor, biselada aguas abajo a 45°. Una cresta gastada o redondeada cambia el $C_d$.
• Aproximación tranquila. El canal aguas arriba debe ser recto y de sección uniforme por al menos 10 veces el ancho, para que la velocidad de llegada sea baja y uniforme.

Cuándo no usar un vertedero

El vertedero introduce una pérdida de carga permanente y retiene sedimento aguas arriba. En canales con arrastre importante o con muy poca pendiente disponible conviene un aforador de resalto tipo Parshall o RBC, que trabaja con menor pérdida y no se colmata. Si necesitas comparar alternativas o dimensionar el canal donde irá el aforador, revisa la calculadora de caudal en vertederos y la calculadora de Manning para canales.