LuengasMachadoDanielJulian2015

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SIMULADOR DE LLUVIA PARA ESTUDIOS 
HIDROLÓGICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDIANTES 
 
DANIEL JULIAN LUENGAS MACHADO 
STEVEN FELIPE DE LA ROSA PARRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS 
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES 
TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL 
BOGOTÁ 
2015 
 
 
 
 
 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SIMULADOR DE LLUVIA PARA ESTUDIOS 
HIDROLÓGICOS 
 
 
 
 
 
 
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN 
SANEAMIENTO AMBIENTAL 
 
 
 
 
 
ESTUDIANTES 
 
DANIEL JULIAN LUENGAS MACHADO 
CÓDIGO 20121085039 
STEVEN FELIPE DE LA ROSA PARRA 
CÓDIGO 20121085103 
 
 
 
 
 
 
DIRECTOR 
JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO, I.C, Msc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS 
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES 
TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL 
BOGOTÁ 
2015 
 
 
 
 
 
 
 NOTA DE ACEPTACION 
 
 
 
 
 
 ____________________________________ 
NOTA DE CALIFICACIÓN DEL PROYECTO 
 
 
 
 
 
 
 
 ____________________________ 
DIRECTOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ____________________________ 
REVISOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estamos agradecidos en primera 
instancia con nuestras familias, 
quienes nos han brindado su 
apoyo y esfuerzo en toda ocasión. 
 
También agradecemos a nuestros 
docentes por su excelente guía en 
los caminos del saber, en especial 
al profesor Jorge Alberto Valero 
Fandiño quien nos brindó su apoyo 
y voto de confianza para el logro 
de esta meta. 
 
No podemos dejar de agradecer a 
cada una de las personas que 
coincidieron en este camino y lo 
volvieron más ameno cuando se 
mostraba difícil. 
 
Gracias totales. 
 
CONTENIDO 
1 RESUMEN ............................................................................................................................... 1 
2 ABSTRACT ............................................................................................................................... 1 
3 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2 
4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ................................................................. 3 
5 OBJETIVOS .............................................................................................................................. 4 
5.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 4 
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................. 4 
6 MARCOS DE REFERENCIA ......................................................................................................... 5 
6.1 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................................... 5 
6.1.1 PRECIPITACIÓN ................................................................................................................................ 5 
6.1.2 TAMAÑO DE LAS GOTAS DE LLUVIA ...................................................................................................... 6 
6.1.3 INTENSIDAD DE LA LLUVIA .................................................................................................................. 6 
6.1.4 VELOCIDAD TERMINAL DE LAS GOTAS DE LLUVIA .................................................................................... 7 
6.1.5 SIMULADORES DE LLUVIA .................................................................................................................. 7 
6.1.6 TIPOS DE SIMULADORES DE LLUVIA...................................................................................................... 9 
6.2 MARCO DE ANTECEDENTES ....................................................................................................... 10 
6.2.1 SIMULADORES DE LLUVIA A NIVEL MUNDIAL ....................................................................................... 10 
6.2.2 SIMULADORES DE LLUVIA A NIVEL NACIONAL ...................................................................................... 11 
6.2.3 SIMULADORES DE LLUVIA A NIVEL LOCAL ............................................................................................ 11 
7 METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 12 
7.1 REVISIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN RECOLECTADA .......................................................... 12 
7.2 CONSULTA A EXPERTOS ............................................................................................................ 12 
7.3 DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ................................................................................. 12 
7.4 DISEÑO DEL SIMULADOR DE LLUVIA ............................................................................................. 13 
7.5 CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR ................................................................................................ 13 
7.6 PUESTA EN MARCHA DEL SIMULADOR .......................................................................................... 13 
7.7 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ................................................................................................. 13 
7.8 ELABORACIÓN DEL INFORME FINAL ............................................................................................. 13 
8 DISEÑO Y PUESTA EN MARCHA DE UN SIMULADOR PORTÁTIL ................................................ 14 
8.1 PARÁMETROS CONSIDERADOS EN LA ETAPA DE DISEÑO DEL SIMULADOR DE LLUVIA ................................. 14 
8.1.1 CARACTERÍSTICAS DESEABLES DE LA LLUVIA A SIMULAR ......................................................................... 14 
8.1.2 CARACTERÍSTICAS DESEABLES DEL EQUIPO .......................................................................................... 14 
8.2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL SIMULADOR FINALMENTE CONSTRUIDO .............................................. 15 
8.2.1 FUENTE DE ENERGÍA ....................................................................................................................... 15 
8.2.2 SISTEMA DE BOMBEO ..................................................................................................................... 15 
8.2.3 RED DE DISTRIBUCIÓN ..................................................................................................................... 16 
8.2.4 VÁLVULAS .................................................................................................................................... 16 
8.2.5 ASPERSORES ................................................................................................................................. 16 
8.2.6 FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE AGUA .............................................................................................. 17 
8.2.7 SISTEMA DE RETROALIMENTACIÓN .................................................................................................... 17 
8.2.8 ESTRUCTURA DE SOPORTE DEL SIMULADOR ........................................................................................ 18 
8.3 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS DEL SIMULADOR ........................................................................... 18 
8.4 OPERACIÓN DEL SIMULADOR DE LLUVIA ....................................................................................... 19 
8.5 MANTENIMIENTO DEL SIMULADOR DE LLUVIA ................................................................................ 20 
8.6 PRUEBAS REALIZADAS AL SIMULADOR Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................... 20 
8.6.1 PRUEBA DE FUGAS .........................................................................................................................20 
8.6.2 DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE GOTA ............................................................................................ 20 
8.6.3 VARIACIÓN ESPACIAL DE LA INTENSIDAD DE LA TORMENTA .................................................................... 22 
8.6.4 VELOCIDAD TERMINAL DE LA GOTA: .................................................................................................. 26 
9 CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 27 
10 RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 28 
11 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 29 
 
 
 
 
 
 
INDICE DE TABLAS 
 
Tabla 1. Clasificación de la lluvia en función del diámetro de las gotas (Roth, 2003) ............................................. 6 
Tabla 2. Velocidad Terminal de la gota (Jose M. Cuadrat, 1997). ........................................................................... 7 
Tabla 3. Algunos simuladores de lluvia construidos en el mundo (Artemi Cerda, 1999), (BENITO E, 2001) (Ortuya, 
2004) (C.M. ROSTAGNO, 1995).............................................................................................................................. 10 
Tabla 4. Análisis de precios unitarios del simulador. ............................................................................................. 18 
Tabla 5. Relación entre la presión de salida y el diámetro promedio de las gotas generadas. Fuente: Autores. . 21 
 
 
INDICE DE FIGURAS 
 
Figura 1. Bomba Periférica Predollo ½HP. Fuente: http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-448091637-bomba-
de-agua-electrica-periferica-12-hp-pedrollo-pkm-60-_JM .................................................................................... 16 
Figura 2. Placa de la bomba. Fuente: Autores ....................................................................................................... 16 
Figura 3. Aspersores utilizados. a) Vista lateral y b) vista inferior. Fuente: Autores ............................................. 17 
Figura 4. Sistema de retroalimentación. Fuente: Autores. .................................................................................... 17 
Figura 5. Montaje del simulador de lluvia. Fuente: Autores. ................................................................................. 18 
Figura 6. Bandeja con harina expuesta a la lluvia artificial. Fuente: Autores. ...................................................... 21 
Figura 7. Bolitas de harina resultantes. Fuente: Autores. ..................................................................................... 21 
Figura 8. Determinación de la masa de las bolitas de harina. Fuente: Autores. ................................................... 21 
Figura 9. Vista en planta del montaje simulador – malla de muestreo. Fuente: Autores. .................................... 22 
Figura 10. Montaje del simulador de lluvia y la malla de pluviómetros. Fuente: Autores..................................... 22 
Figura 11. Determinación del volumen de agua registrada en cada pluviómetro durante 3 minutos. Fuente: 
Autores. ................................................................................................................................................................. 23 
Figura 12. Variación espacial de la intensidad para diferentes presiones registradas en el manómetro de salida. 
a) 2.5psi; b) 4.0psi; c) 6.0psi; d) 8.0psi; e) 10.0psi y f) 12.0psi. .............................................................................. 25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P á g i n a | 1 
 
1 Resumen 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SIMULADOR DE LLUVIA PARA ESTUDIOS 
HIDROLÓGICOS 
 
DE LA ROSA P. STEVEN F., LUENGAS M. DANIEL J. 
 
El presente documento describe el diseño y construcción de un simulador de lluvia 
portable, capaz de replicar características de la lluvia natural tales como tamaño de 
la gota e intensidad de la tormenta. Para cumplir con los objetivos propuestos fue 
necesario realizar una revisión bibliográfica con el fin de conocer trabajos similares a 
nivel mundial, nacional y local. Realizada la consulta bibliográfica se logró establecer 
que existen dos grupos de simuladores de lluvia: los simuladores por aspersión y los 
simuladores de lluvia por goteo o gravedad (BENITO, de BLAS, SANTIAGO, L., & 
VARELA, 2001). En la etapa de diseño se decidió construir un simulador por 
aspersión y portátil. El instrumento finalmente construido cuenta con un sistema de 
alimentación, sistema de bombeo, red de distribución, boquillas pulverizadoras y 
sistema de recirculación. Para garantizar con certeza la réplica de las características 
físicas de la lluvia se llevaron a cabo pruebas para determinar el tamaño de la gota, 
intensidad y distribución espacial de la tormenta generada por el simulador. El 
simulador finalmente construido fue donado por los autores de este documento a la 
Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital 
Francisco José de Caldas. 
 
Palabras clave: Simulador de lluvia, intensidad de la tormenta, tamaño de las gotas 
de lluvia. 
 
2 Abstract 
 
DESIGN AND CONSTRUCTION OF A RAINFALL SIMULATOR FOR 
HYDROLOGICAL STUDIES 
 
DE LA ROSA P. STEVEN F., LUENGAS M. DANIEL J. 
 
In the present document describes the design and construction of a portable rainfall 
simulator, able to replicate the characteristics of natural rainfall like drop size and 
storm intensity. To meet the objectives it was necessary revise bibliography for the 
purpose of meet similars documents to worldwide, nationwide and locally. Made the 
bibliography consultation it was established that exist two groups of rainfall 
simulators: Simulators by sprinkling and simulators by drip or gravity (BENITO, de 
BLAS, SANTIAGO, L., & VARELA, 2001). In the design stage it was decided to 
construct a simulator by sprinkling and portable. the instrument built has a power 
system, pumping system, distribution network, spray nozzles and recirculation 
system. To ensure the replication with certainty physical characteristics of rain were 
did tests to determine drop size, intensity and spacial distribution of storm generated 
by the simulator. The simulator finally built was donated for the authors of this 
document to the Faculty of Environment and Natural Resources of the Distrital 
University Francisco José of Caldas. 
 
Key Words: Rainfall simulator, storm intensity, raindrop size 
 
P á g i n a | 2 
 
3 INTRODUCCIÓN 
El presente trabajo se refiere al diseño y construcción de un simulador de lluvia para 
estudios de algunas áreas del ciclo hidrológico, como lo son la infiltración y la 
escorrentía de los suelos. Un simulador de lluvia es un instrumento para la 
investigación por medio de la imitación de la precipitación natural (Meyer, 1988). Los 
simuladores de lluvia se dividen en dos grupos: el primero son los simuladores de 
goteo, y el segundo son los simuladores de boquillas pulverizadoras (BENITO, de 
BLAS, SANTIAGO, L., & VARELA, 2001). 
 
Los simuladores de lluvia representan gran ayuda para los estudios del ciclo 
hidrológico ya que la espera para que haya una lluvia natural puede tardar 
demasiado tiempo y es ahí donde este instrumento juega un papel importante 
replicando la precipitación natural permitiéndole al investigador llevar a cabo su 
trabajo sin depender de la lluvia. La clave del éxito de un simulador de lluvia consiste 
en conocer las características físicas de la lluvia a semejar, como lo son el tamaño 
de la gota, la intensidad de la tormenta y la velocidad con la que se precipitan las 
gotas de lluvia, conociendo estos factores la elaboración y la comprensión del 
presente diseño se hará mucho más fácil (Artemi Cerda, 1999). 
 
En este proyecto se le presentan al lector de manera fácily práctica, las 
características de la lluvia y los pasos a seguir para la elaboración de un simulador 
de lluvia para lograr imitar con la mayor exactitud posible la lluvia natural. 
 
P á g i n a | 3 
 
4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN 
En el programa de pregrado de "tecnología en saneamiento ambiental" en la materia 
de hidrología se presentaron temáticas sobre infiltración de agua y escorrentía en 
los suelos, con estos temas se pueden determinar algunas características del suelo 
y así poder clasificarlo o comprender sus particularidades, pero surge la necesidad 
de presentar estas temáticas de una forma más didáctica, en la cual los estudiantes 
de pregrado de tecnología en saneamiento ambiental tengan la oportunidad de 
observar en prácticas de campo como son realmente estos procesos de escorrentía 
y de infiltración dependiendo del tipo y uso del suelo. 
A causa de que en la universidad no se cuenta con los equipos ni espacios 
necesarios para determinadas áreas académicas como es el caso de la asignatura 
de Hidrología, surgió la necesidad de diseñar y crear un simulador de lluvia, con el 
fin de brindar una explicación más completa de los procesos de infiltración y 
escorrentía que se presentan en los suelos dependiendo de su tipo y uso. 
Por tal razón se buscó responder la pregunta ¿Cuáles son las consideraciones a 
tener en cuenta para diseñar y construir un instrumento que permita replicar las 
características de la lluvia natural? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P á g i n a | 4 
 
5 OBJETIVOS 
5.1 Objetivo general 
 
Diseñar y construir un simulador de lluvia para estudios hidrológicos. 
 
5.2 Objetivos específicos 
 
 Revisar la bibliografía relacionada con los simuladores de lluvia. 
 
 Generar una propuesta de diseño de simulador de lluvia atendiendo criterios de 
tamaño de gota, intensidad de la tormenta, economía y portabilidad. 
 
 Construir, hacer funcionar y probar el desempeño del simulador de lluvia 
previamente diseñado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6 MARCOS DE REFERENCIA 
6.1 MARCO CONCEPTUAL 
 
6.1.1 Precipitación 
Fenómeno meteorológico que forma parte del ciclo hidrológico por el cual caen las 
partículas de agua, en estado sólido o liquido al suelo con una velocidad apreciable 
(Vide, 1991), como resultado de la condensación de las partículas de agua que se 
evaporan de la superficie de la tierra. 
 
 Origen de la precipitación 
Para que la precipitación se genere son necesarios cuatros procesos fundamentales 
del ciclo hidrológico: 1.) Ascenso del aire y su enfriamiento; 2.) condensación del 
vapor de agua y la formación de nubes; 3.) alta concentración de humedad; y 4.) 
aumento de diámetro de las gotas de agua que conforman la nube. Los dos 
primeros procesos se dan en la atmosfera sin excesiva demora, no obstante una vez 
formadas las nubes, estas no siempre ocasionan precipitaciones, por lo tanto se 
resalta la importancia de los dos últimos requerimientos. De tal modo que la 
humedad contenida en las masas nubosas no es suficiente para producir lluvia 
continua, es por ello que el mecanismo de la precipitación va acompañado con un 
proceso de regeneración de las nubes con nuevos aportes de vapor agua de las 
superficies por donde pasa la lluvia evitando así que las nubes se descarguen por 
completo y desaparezcan. El último proceso requerido es quizá el más crítico e 
importante, lo cual radica en que las gotas de lluvia tienen tamaños milimétricos 
mientras que las gotitas de nube son de tamaño micrométrico y se mantiene flotando 
en el aire en tanto no crezcan y pesen lo suficiente para vencer la resistencia del 
aire y precipitarse (Jose M. Cuadrat, 1997). 
 
 Formación de las gotas de lluvia 
Teniendo en cuenta que la formación de la precipitación es un proceso lento de 
aproximadamente de 60 minutos, el crecimiento de las gotitas por condensación no 
es suficiente para explicar la rápida velocidad de formación de gotas de lluvia y su 
cambio de tamaño. El proceso es demasiado lento por lo cual no es suficiente para 
explicar el mecanismo de la precipitación, por lo que existen dos teorías que 
explican el cambio de tamaño que sufren las gotas en el interior de las nubes (Jose 
M. Cuadrat, 1997). 
 
 Teoría de Bergeron- Findeisen (nubes Frías) 
Este proceso solo se da lugar en nubes de carácter mixto donde coexistan cristales 
de hielo y gotas de agua en subfusión (es decir agua líquida con temperatura 
negativa). Esas gotículas se evaporan y se subliman sobre los cristales de hielo 
haciendo que estos crezcan. Este fenómeno se da ya que la presión de saturación 
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del vapor sobre el hielo es menor que sobre el agua subfundida (Vide, 1991). Una 
vez formados los cristales de hielo, estos continúan creciendo por sublimación de 
vapor, o por unión con otros cristales de hielo hasta alcanzar el peso suficiente y 
precipitar como nieve o agua. Este proceso es más activo en nubes con 
temperaturas de -30 °C a 0°C (Jose M. Cuadrat, 1997). 
 
 Teoría de la coalescencia 
Este proceso se da a cabo por la colisión y coalescencia de gotas de diferentes 
tamaños, que al caer con diferentes velocidades las gotas de mayor diámetro 
pueden chocar con las gotas de menor diámetro y fusionarse con ellas aumentando 
así su tamaño y por coalescencia forman gotas de lluvia que al obtener el tamaño 
adecuado se precipitan (Jose M. Cuadrat, 1997). 
 
 Clases de precipitación: 
La precipitación se manifiesta de forma líquida como lluvia, llovizna y chubasco de 
agua o aguacero y de forma sólida como nieve, chubascos de nieve y granizo 
(Jimeno, 2011). A continuación se describen las formas de lluvia líquida. 
 
6.1.2 Tamaño de las gotas de lluvia 
El diámetro de las gotas de lluvia varía según la intensidad de la lluvia, dando así 
gotas de pequeño diámetro como las gotas de la niebla hasta gotas de gran tamaño 
como las de un aguacero de un diámetro máximo de 6-7 milímetros. Este es el límite 
superior de la estructura física de la gota y al sobrepasar estas dimensiones la gota 
se dividirá en gotas más pequeñas debido a la turbulencia del aire. El diámetro de 
las gotas de lluvia por general oscila de 1.0 a 3 milímetros (N.W.Hudson, 1997). En 
la Tabla 1 se aprecia la clasificación de la lluvia en función del diámetro de las gotas. 
 
Tabla 1. Clasificación de la lluvia en función del diámetro de las gotas (Roth, 2003) 
Tipo de lluvia Diámetro (mm) 
Llovizna 0.06 - 0.6 
Lluvia 1.0 - 3.0 
Aguacero o Chubasco 4.0 - 6.0 
 
 
6.1.3 Intensidad de la lluvia 
La intensidad de la tormenta es la cantidad de agua que cae en un tiempo 
determinado y se mide en milímetros por hora (Hudson, 1987). El caudal de la lluvia 
o intensidad de las precipitaciones puede cambiar rápidamente en condiciones 
naturales, lo cual no suele ser práctico ni necesario al construir un simulador de 
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lluvia. Por lo cual para un simulador se escoge un único valor de intensidad a 
replicar (N.W.Hudson, 1997). 
 
6.1.4 Velocidad terminal de las gotas de lluvia 
Las gotas de lluvia al momento de precipitarse alcanzan una velocidad límite o 
máxima que es cuando la resistencia del aire se iguala a la fuerza gravitacional y 
luego continuará cayendo con una velocidad constante (Hudson, 1987). La 
velocidad límite aumenta con el tamaño de la gota alcanzando el valor de 9 metros 
por segundo para las gotas de mayor diámetro 5 – 6 milímetros (Hudson, 1987). Las 
velocidades terminales de la lluvia se pueden apreciar en la Tabla 2. 
 
Tabla 2. Velocidad Terminal de la gota (Jose M. Cuadrat, 1997). 
Precipitación Diámetro 
(mm) 
Velocidad 
Terminal 
(cm/sg) 
Tiempo empleado en caer 100 
metros 
Llovizna 
0,10 
0,40 
27 
170 
1 hora 
10 minutos 
lluvia 
1,00 
2,00 
4,00 
390 
690 
930 
4 minutos 
2,3 minutos 
1,8 minutos 
 
 
6.1.5 Simuladores de lluvia 
Unsimulador de lluvia es un instrumento ideal para el análisis de la infiltración, 
escorrentía, erosión del suelo, y otras áreas de investigación relacionadas para 
emular el proceso y las características de la lluvia natural (Hafzullah Aksoy, 2012), 
sin tener que esperar que la lluvia natural suceda. Los simuladores de lluvia se han 
utilizado como herramientas de investigación de los estudios hidrogeomorfológicos 
entre los cuales se incluyen la escorrentía, la infiltración y las características de 
erosión, así como estudios de nutrientes, sedimentos, y el transporte de 
contaminantes dentro de las cuencas hidrográficas (Aksoy, 2005). 
Adicionalmente, los simuladores de lluvia permiten controlar la intensidad y la 
duración de la precipitación. 
 
 Importancia de un simulador de lluvia 
La necesidad de estudiar determinadas áreas del ciclo hidrológico, como la relación 
lluvia-escorrentía, infiltración, salpicadura, flujo superficial, etc. (Artemi Cerda, 1999), 
bajo condiciones de laboratorio, y determinadas parcelas en campo ha atribuido 
gran importancia al uso de los simuladores de lluvia, por la practicidad que presenta 
al poder semejar casi por completo las características de una lluvia natural, 
permitiendo ver y analizar de una manera cuantitativa la distribución del agua que 
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llega a los suelos y así poder identificar las principales causas del deterioro de los 
suelos a causa de la lluvia y su relación con ciclo hidrológico (Roberto Monge 
Jeremías, 2008). 
 
 Características de un simulador de lluvia 
Las características de la lluvia natural que se deben obtener en los simuladores de 
lluvia son las siguientes (Bubenzer, 1979, págs. 22-35; Meyer, 1988): 
 La distribución del tamaño de gota debe ser parecido al de la lluvia natural. La 
lluvia natural tiene un amplio rango de tamaños de gota desde cerca a cero 
hasta siete milímetros (7 mm) de diámetro. La media del diámetro de la gota 
esta entre 1 y 3 mm y tiene tendencia a incrementar con la intensidad de la 
lluvia. 
 La velocidad del impacto debe ser similar al de las gotas de lluvia natural. La 
gota de lluvia natural cae a distintas velocidades, desde valores cercanos a 
cero como la gota de niebla hasta valores de 9 m/seg para las gotas más 
grandes. Las gotas de lluvia de 2 mm de diámetro caen a velocidades entre 6 
m/seg y 7 m/seg. 
 El tamaño de área de investigación debe ser bastante representativo de las 
condiciones que serán evaluadas. 
 Las características de la gota e intensidad deben mantenerse uniformes a lo 
largo del área de estudio. 
 
 El simulador deberá contar con la capacidad para replicar repetidas veces las 
mismas precipitaciones. 
 
 El equipo debe ser portable para facilitar su traslado a otra área de 
investigación. 
 
 Energía cinética similar a la de la lluvia natural. 
 
 Lluvia uniforme y distribución aleatoria de las gotas. 
 
 
 Usos de los simuladores de lluvia 
Los simuladores de lluvia son una herramienta de gran ayuda puesto que son 
capaces de semejar en cualquier momento la lluvia natural, dado que esperar a que 
está ocurra bajo sus condiciones naturales puede ser muy demorada debido a su 
demora según las condiciones climatológicas. Esta facilidad de replicar la lluvia hace 
que el simulador presente varios usos pedagógicos según el área de estudio a 
desarrollar, como por ejemplo: Los simuladores de lluvia son un instrumento que en 
su mayoría ha sido usados para los estudios e investigaciones de conservación de 
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suelos y la agrología, siendo idóneos para los estudio de diferentes componentes 
del ciclo hidrológico, la relación (lluvia-escorrentía, infiltración, salpicadura, flujo 
superficial, etc.) (Artemi Cerda, 1999). 
 
6.1.6 Tipos de simuladores de lluvia 
Los simuladores de lluvia se pueden dividir en dos grupos según la forma en que 
forman las gotas de lluvia: en el primer grupo se encuentran los simuladores de 
lluvia por goteo, y en el segundo grupo los simuladores por aspersión (BENITO, de 
BLAS, SANTIAGO, L., & VARELA, 2001). 
 
 Simuladores por goteo 
Estos simuladores se caracterizan por reducida complejidad técnica, ya que consiste 
en formar gotas de manera individual y dejarla precipitar por gravedad a 
determinadas alturas. Los simuladores por goteo solo pueden representar una 
intensidad de tormenta a lo largo de una medición, a no ser que sus orificios de 
precipitación o agujas se modifiquen para que cambie el diámetro de la gota (Ploey, 
1983). Estos simuladores presentan una desventaja en cuanto la caída de la gota 
debido a que esta siempre se precipitara en el mismo lugar perdiendo así la 
aleatoriedad una característica de la lluvia natural, por este motivo se diseñaron 
simuladores de movimiento continuo (KLEIJN, 1979). 
En los simuladores por goteo se forman las gotas de agua cuando caen bajo el 
efecto de la gravedad. Estos simuladores se vuelven poco prácticos para uso en el 
campo ya que se requiere una gran altura (10 metros) para que las gotas lleguen a 
la velocidad terminal adecuada. A menos que el dispositivo se suba muy alto, las 
gotas impactan el suelo a una velocidad mucho menor que la velocidad terminal y 
con una energía cinética más baja (Esteves, 2000). Estas dificultades han generado 
la necesidad de construir simuladores transportables y de fácil manipulación 
(McQueen, 1963). Los simuladores portátiles permitieron saciar el interés de 
conocer la respuesta de los suelos in situ (Artemi Cerda, 1999). 
 
 Simuladores por aspersión 
Se componen de un sistema de boquillas pulverizadoras que producen gotas de 
agua a presión, estas boquillas al expulsar el agua generan velocidades de gotas y 
valores de energía cinética apropiados en las alturas de caída más bajas que las de 
la lluvia natural, de tal modo que se asemejan casi por completo las características 
de la lluvia como lo es energía cinética con la que se precipitan las gotas de lluvia 
(Artemi Cerda, 1999). Aunque sus intensidades y velocidades suelen ser 
exageradas ya que el agua se libera bajo presión. Un disco giratorio, una pluma 
giratoria o una barra se pueden usar como métodos para iniciar o detener la 
pulverización a fin de reducir la intensidad de lluvia exagerada (Bubenzer, 1979). 
Los simuladores de lluvia por aspersión a diferencia de los simuladores por goteo no 
necesitan de grandes alturas para su funcionamiento, ya que estos funcionan a 
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presión por ayuda de bombas, lo cual representa mayores gastos para su 
construcción pero brinda resultados de mayor fiabilidad y su operación es menos 
engorrosa en comparación con los simuladores por goteo (IGNACIO SANCHEZ C., 
1999). 
 
6.2 Marco de antecedentes 
6.2.1 Simuladores de lluvia a nivel mundial 
Los simuladores de lluvia nacen en los años 30 y 40, y su origen se halla en las 
dificultades metodológicas y conceptuales de las mediciones tomadas con los 
infiltrometros de cilindro y con los cálculos de infiltración a partir de balances 
hidrológicos. Desde sus comienzos, la simulación de lluvia se ha visto como una 
herramienta de trabajo la cual busca representar una parte importante del ciclo 
hidrológico de una manera experimental (Artemi Cerda, 1999). 
El espectacular avance e innovación de esta técnica se dio durante la segunda 
mitad del siglo XX, a consecuencia de la significativa investigación agronómica en 
USA durante los años entre guerras. En los años 30 se inició en USA la construcción 
de simuladores, prosiguió en los años 40 y se apremió en los años 50 (NEFF, 1979), 
acrecentándose consecutivamente el número de simuladores y apareciendo nuevos 
diseños a partir de los 60 (NICHOLS, 1932). A la actualidad los primeros 
simuladores parecían instrumentos rústicos debido a la falta de conocimiento sobre 
las características físicas de la lluvia. Los simuladores construidos antes de la 
segunda guerra mundialconsistían en aplicar una cantidad determinada de agua 
sobre una superficie, sin tener en cuenta la relación del agua con el suelo (Artemi 
Cerda, 1999). 
Los estudios sobre las características de la lluvia generaron una evolución en los 
diseños de los simuladores de lluvia a partir de los años 60, creando diseños que 
semejaban con mayor exactitud el tamaño de la gota y la energía cinética de la 
lluvia. Los primeros simuladores hechos en Estados Unidos fueron replicados y 
rediseñados en otros países a partir de los años 60 (Artemi Cerda, 1999). En las 
siguientes décadas años 70 y 80 esta técnica presento una gran expansión 
geográfica en el resto del mundo, que es cuando llega a España (SANROQUE, 
1984). En Latinoamérica a finales del 70 e inicios de los años 80 inicia el auge del 
uso de esta técnica. Se cuenta con registros del usos de simuladores de lluvia en 
Venezuela por parte de Ramón Augusto Puello Reyes en 1979 (Reyes, 1979). 
La Tabla 3 presenta algunos de los simuladores consultados. 
 
Tabla 3. Algunos simuladores de lluvia construidos en el mundo (Artemi Cerda, 1999), 
(BENITO E, 2001) (Ortuya, 2004) (C.M. ROSTAGNO, 1995) 
Autor Año País 
Neal 1938 USA 
Beutner 1940 USA 
Vilenskii 1953 Rusia 
P á g i n a | 11 
 
Autor Año País 
Rose 1960 Uganda 
Costin 1970 Australia 
Farres 1980 Reino Unido 
Pelegrin 1989 España 
Rostagno 1995 Argentina 
Rodríguez 1997 Venezuela 
Oostwoud 1998 Alemania 
Benito 2001 España 
Ortuya 2004 Chile 
 
6.2.2 Simuladores de lluvia a nivel Nacional 
En Colombia se construyeron simuladores con el fin de acelerar los estudios en 
diferentes áreas de investigación. En el Eje Cafetero la industria agrícola buscaba 
optimizar los tiempos de estudio de una manera fácil y practica en las 
investigaciones de la relación de la lluvia con el suelo (infiltración, escorrentía, 
salpicadura, erodabilidad, etc.), ya que llevar a cabo estos estudios en condiciones 
de lluvia natural implicaba demasiado tiempo y elevados costos, por este motivo a 
partir de 1996 la Federación Nacional de Cafeteros incorpora a sus estudios de 
conservación de suelos el uso de simuladores de lluvia (HINCAPIE G., 2002) (KARL 
M, 1999). 
El uso de simuladores de lluvia se ha acrecentado por la facilidad que presenta al 
replicar la lluvia natural, lo cual lo ha convertido en una herramienta de gran ayuda 
en áreas de estudio del ciclo hidrológico. En el área Andina del departamento del 
Cauca el uso de simuladores de lluvia portátiles permitió el estudio y evaluación de 
la susceptibilidad de suelos a la erosión hídrica en la parte media de la cuenca río 
Las Piedras (Fernando Andrés Muñoz Gómez, 2014). 
A nivel nacional fuera de las áreas ya nombradas en el uso de simuladores de lluvia 
para estudios del ciclo hidrológico, se encuentran documentados la implementación 
de un simulador de lluvia en el Valle de Cauca en el estudio de erosión de suelos la 
asociación de la infiltración y la escorrentía en laderas del departamento (TORRES, 
2000). Adicionalmente, en el municipio de Tunja en el 2009 se analizaron las 
capacidades de infiltración y escorrentía de las coberturas del suelo bajo diferentes 
intensidades de lluvia mediante el usó un simulador para determinar que cobertura, 
conserva más las propiedades del suelo de la región (Rodríguez, 2009). 
 
6.2.3 Simuladores de lluvia a nivel local 
A nivel de la ciudad de Bogotá no se encontraron simuladores de lluvia. 
 
P á g i n a | 12 
 
 
7 Metodología 
En este capítulo se presentan las etapas llevadas a cabo durante la ejecución del 
trabajo de grado. 
 
7.1 Revisión y clasificación de la información recolectada 
Se consultaron diferentes fuentes: páginas web, artículos en español e inglés, libros 
y proyectos de grado, todo lo relacionado y que pudiera brindar información 
suficiente sobre los simuladores de lluvia, su composición y sus características. 
La información recolectada se clasificó en las siguientes categorías: 
- Que es un simulador de lluvia 
- Características y principios de un simulador de lluvia 
- Usos de los simuladores de lluvia 
- Tipos de simuladores de lluvia 
 
 
7.2 Consulta a expertos 
Se consultaron expertos en el tema de rociadores para lucha contra incendio 
(sprinklers) y boquillas de aspersión, con el fin de determinar el mejor dispositivo de 
aspersión para el simulador de lluvia, considerando las dimensiones de espacio y de 
equipos necesarios para el mejor funcionamiento de este. 
Fueron consultados los expertos: 
- Ingeniero Antonio Yesid Lopez Ortiz (Gerente técnico de S2R Ingenieros). 
- Ingeniero Rodrigo Chiguazuque (Gerente técnico de AKV) 
- Alejandro Correa (Gerente de Acodinsa S.A.) 
 
7.3 Definición de los parámetros de diseño 
Una vez recopilada la suficiente información respecto a simuladores de lluvia se 
establecen los siguientes parámetros como los más relevantes para el diseño: 
- Tamaño de la gota 
- Intensidad de la tormenta 
- Velocidad terminal de la gota 
- Inclinación de la lluvia 
- Portabilidad 
- Economía 
- Operación del instrumento 
- Mantenimiento 
 
P á g i n a | 13 
 
7.4 Diseño del simulador de lluvia 
Una vez culminados los puntos anteriores se procedió a formular diferentes 
propuestas de diseño para así poder plantear un instrumento que cumpliese con los 
requerimientos identificados, en particular tamaño de las gotas e intensidad de la 
tormenta. 
 
7.5 Construcción del simulador 
En esta etapa se procedió a realizar el montaje de las diferentes partes del 
simulador, tales como son: 
- Fuente de energía 
- Fuente de abastecimiento 
- Sistema de bombeo 
- Red de distribución 
- Estructura de soporte del simulador 
- Válvulas 
- Aspersor 
- Sistema de recirculación. 
 
 
7.6 Puesta en marcha del simulador 
La puesta en marcha inicia con el cebado de la bomba hidráulica. Se le proporciona 
energía a esta para que inicie el movimiento del agua pasando por la red de 
distribución hasta los dos aspersores y de esta manera generar la precipitación. 
 
7.7 Pruebas de funcionamiento 
En esta etapa se realizaron las siguientes pruebas: 
- Prueba de fugas. 
- Prueba de tamaño de gota 
- Prueba de variación espacial de la intensidad de la tormenta. 
 
 
7.8 Elaboración del informe final 
Una vez culminadas las etapas de búsqueda de información, diseño, construcción y 
pruebas del simulador, se continuó con la elaboración del actual documento. 
 
P á g i n a | 14 
 
8 Diseño y puesta en marcha de un simulador portátil 
En este capítulo se describen inicialmente las caracterizas deseables de la lluvia y 
del equipo. A continuación se presentan las especificaciones técnicas del simulador 
finalmente construido junto con el respectivo análisis de precios unitarios. 
Posteriormente se relatan las pruebas realizadas y se analizan los resultados 
obtenidos referentes al tamaño de la gota y distribución espacial de la precipitación. 
Finalmente se presenta la operación y mantenimiento del simulador. 
 
8.1 Parámetros considerados en la etapa de diseño del simulador de lluvia 
A continuación se definen los parámetros tenidos en cuenta durante la etapa de 
diseño del simulador de lluvia. 
 
8.1.1 Características deseables de la lluvia a simular 
 Tamaño de la gota (ver numeral 6.1.2) 
Se buscará obtener una gota de lluvia con un diámetro de 1.0-3.0 mm (ver Tabla 1). 
 
 Intensidad de la tormenta (ver numeral 6.1.3) 
Se desea replicar una intensidad moderada, que se pueda prolongar por un periodo 
aproximado de una hora manteniendo el diámetro de la gota. 
 
 Velocidad terminal de la gota (ver numeral 6.1.4) 
Con la construcción del simulador de lluvia se desea replicar las velocidades 
terminales mostradas en la Tabla 2. 
 
 Inclinación de la lluvia 
Se decidió que la ubicación de los dos rociadores fuese de 90° respecto a la 
horizontal apuntando hacia abajo, es decir se buscó que la lluvia fuese 
completamentevertical sin inclinación alguna. 
 
8.1.2 Características deseables del equipo 
 Portabilidad 
Se escogió un diseño desmontable y desarmable de los sistemas de abastecimiento, 
conducción, suministro de agua y estructura de soporte y recirculación, para facilitar 
la portabilidad del equipo y así poder llevar a cabo estudios tanto en laboratorio 
como en campo. 
 
P á g i n a | 15 
 
 
 Economía 
Se buscó que el simulador de lluvia fuera de bajo costo optando en todo momento 
por la adquisición de materiales de económicos pero de buena calidad. 
 
8.2 Especificaciones técnicas del simulador finalmente construido 
Se decidió construir un simulador de lluvia desmontable por aspersión con boquillas 
pulverizadoras de cono lleno (WL Whirl Nozzle 1 ½), esto quiere decir que los 
rociadores mojan toda el área de la circunferencia que forma la campana de 
aspersión. 
 
De manera general el simulador cuenta con: tubería PVC para toda la red de 
suministro de agua, soporte del sistema realizado mediante un trípode en aluminio, 
bomba periférica de ½ Hp (Pedrollo PKm60), boquillas de aspersión localizadas a 
2,45m de la base y sistema de recirculación. 
 
A continuación se describe manera detallada cada uno de los componentes del 
sistema. 
 
8.2.1 Fuente de energía 
La bomba periférica trabaja con un suministro de energía de 110 voltios por lo cual 
una red eléctrica domiciliaria puede suplir de energía a la bomba. 
 
8.2.2 Sistema de bombeo 
Para el sistema de bombeo se empleó una bomba periférica de 0.5 HP de la marca 
Pedrollo y de referencia PKm60 número de serie 872870(Ver Anexos: 
Anexo 1. Ficha técnica bomba periférica Pedrollo PKm60 0.5 HP) A la bomba solo 
se le instalo el cable y la clavija para que esta pueda ser conectada. Su función 
consiste en impulsar el líquido proveniente de la fuente de abastecimiento de agua 
hasta los aspersores. 
P á g i n a | 16 
 
 
Figura 1. Bomba Periférica Predollo ½HP. 
Fuente: 
http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-
448091637-bomba-de-agua-electrica-
periferica-12-hp-pedrollo-pkm-60-_JM 
 
 
Figura 2. Placa de la bomba. Fuente: Autores 
 
8.2.3 Red de distribución 
La función de la red de distribución consiste en llevar el líquido desde la fuente de 
abastecimiento de agua hasta la bomba hidráulica y de esta hasta los aspersores. 
La red de distribución está compuesta por: 
- 2 tubos de 1” con medidas de 0.5 y 0.25 metros respectivamente 
- 8 tubos de ½“ con medidas de 2.2, 1, 0.5, 0.1 y 4 de 0.5 metros 
- 5 adaptadores macho de 1” 
- 11 adaptadores macho de ½” 
- 1 adaptador hembra de 1” 
- 1 empaque de caucho 
- 2 manómetros 
- 4 bujes de ½” a ¼” 
- 1 buje de 1” a ½ 
 
 
8.2.4 Válvulas 
El sistema distribución cuenta con dos válvulas: La función de la válvula de registro 
de bola es la de permitir el acceso o no del líquido proveniente de la fuente de 
abastecimiento de agua hacia la bomba hidráulica. Por otra parte la válvula de 
registro de compuerta se utiliza para regular la presión y caudal con la que es 
impulsado el líquido a través de la bomba. 
 
8.2.5 Aspersores 
Se utilizaron dos boquillas con entrada de 1/4” con un ángulo de apertura de 90º y 
con aspersión en forma de cono lleno. La referencia de estas boquillas es WL 1 ½ 
(Ver Anexo 2. Ficha técnica aspersores BETE WL 1 ½). Su función es la de formar 
la precipitación. 
 
P á g i n a | 17 
 
 
a) 
 
 
b) 
Figura 3. Aspersores utilizados. a) Vista lateral y b) vista inferior. Fuente: Autores 
 
 
8.2.6 Fuente de abastecimiento de agua 
Consta de un balde de plástico de capacidad de 16 litros, con dos aperturas 
laterales que funcionan como rebose para garantizar un nivel del agua constante a 
la entrada de la bomba. 
 
8.2.7 Sistema de retroalimentación 
Este sistema consta de un balde plástico con un orificio en el cual se adaptó tubería 
de agua lluvia de tres metros de longitud y 2 pulgadas de diámetro, con la cual se 
toma el agua utilizada por las boquillas y se devuelve al sistema de abastecimiento 
de agua para su constante utilización. 
 
 
Figura 4. Sistema de retroalimentación. Fuente: Autores. 
 
P á g i n a | 18 
 
8.2.8 Estructura de soporte del simulador 
La estructura está compuesta por un trípode para cabina adaptado con un tubo de 
aluminio de dos metros al cual se le realizaron perforaciones para facilitar su 
instalación al trípode. Su función es la de dar estabilidad al sistema de distribución y 
a los rociadores. 
 
Figura 5. Montaje del simulador de lluvia. Fuente: Autores. 
 
8.3 Análisis de precios unitarios del simulador 
A continuación se presenta la tabla de análisis de precios unitarios. Como se puede 
apreciar el costo total del simulador es cercano a los quinientos veinte mil pesos, 
dinero aportado por los autores de este documento. 
 
Tabla 4. Análisis de precios unitarios del simulador. 
Descripción Unidad Cantidad Valor Unitario Valor total 
Tubo 1” M 2 4.500 $ 9.000 
Adaptador hembra 
1” 
Und 1 1.282 $ 1.282 
Adaptador macho 
1” 
Und 5 1.282 $ 6.410 
Empaque Und 1 1.000 $ 1.000 
Válvula de registro 
de bola 1” 
Und 1 7.100 $ 7.100 
Buje de 1” a 1/2” Und 1 2.850 $ 2.850 
P á g i n a | 19 
 
Descripción Unidad Cantidad Valor Unitario Valor total 
Tubo 1/2” M 6 2.166 $ 13.000 
Válvula registro de 
compuerta ½” 
Und 1 14.900 $ 14.900 
Codo roscado ½” Und 5 1.050 $ 5.250 
T Roscada ½” Und 3 1.600 $ 4.800 
Adaptador macho 
½” 
Und 11 338 $ 3.718 
Manómetro Und 2 9.700 $ 19.400 
Buje de ½” a ¼” Und 4 3.599 $ 14.396 
Niple ½” Und 1 1.800 $ 1.800 
Soldadura PVC Und 1 6000 $ 6.000 
Limpiador PVC Und 1 6000 $ 6.000 
Cinta teflon Und 2 1.170 $ 2.340 
Varilla zincada ¼ M 1 2.227 $ 2.227 
Arandela plana ¼ Und 4 70 $ 280 
Tuerca de ¼ Und 8 80 $ 640 
Abrazadera pera 
½” 
Und 2 1.144 $ 2.288 
 Servicio fresadora Und 1 15.000 $ 15.000 
Cuñete 5 GL Und 2 8.321 $ 16.642 
Clavija en caucho Und 1 5.500 $ 5.500 
Cable 3*12 M 1 5.200 $ 5.200 
Trípode Und 1 50.000 $ 50.000 
Tubo redondo de 1 
¼” pared delgada 
M 4 5.684 $ 22.672 
 Aspersores WL 1 
1/2 
Und 2 43.048 $ 76.096 
 Bomba hidráulica Und 1 185.900 $ 185.900 
Tubo ventilación 
Pavco 2” 
M 3 5.300 15.900 
VALOR TOTAL $ 517.623 
 
 
8.4 Operación del simulador de lluvia 
Para el correcto funcionamiento del simulador se deben seguir lo siguientes pasos: 
1. Determinar área de estudio 
2. Fijar la fuente de abastecimiento 
3. Armar el sistema de abastecimiento y suministro 
4. Armar el soporte (trípode) de red de distribución. 
P á g i n a | 20 
 
5. Unir el sistema suministro con la red de distribución 
6. Llenar el sistema de abastecimiento 
7. Cerrar la válvula localizada en el tramo de impulsión. 
8. Cebar la bomba. 
9. Encender la bomba. 
10. Regular la presión de salida por medio de la válvula localizada en la 
impulsión. 
 
 
8.5 Mantenimiento del simulador de lluvia 
El sistema en su totalidad consta de una red de tubería de PVC a presión, por ende 
se debe velar por evitar la presencia de fugaz, en caso de alguna fuga a lo largo del 
sistema de distribución o abastecimiento se procede a revisar si la fuga se encuentra 
en una unión roscada o soldada, de ser el caso que la fuga se presente en una 
unión roscada se procede a enrollar cinta teflón en la rosca y por ultimo enroscar de 
nuevo. Por otro lado si la fuga es en una unión soldada a un accesorio se debe 
reemplazar toda la pieza, con el fin de evitar pérdidas. En cuanto al mantenimiento 
de la bomba para evitar el deterioro de la misma se recomienda que la bomba por 
ningún motivo se moje, y que de su refacción se encargue personal calificado. 
 
 
8.6 Pruebas realizadas al simulador y análisis de resultados 
8.6.1 Prueba de fugas 
Este es un proceso simple, puesto que en este caso solo se pone en funcionamiento 
el simulador de lluvia y se procede detectar algún escape de agua dentro del 
sistema de distribución, esto con el fin de que no hallanpérdidas. 
 
8.6.2 Determinación del tamaño de gota 
Para determinar el tamaño de la gota fue usado el método de bolitas de harina, el 
cual consiste en posicionar algunas bandejas con harina de trigo dentro del rango de 
cobertura de precipitación del simulador. 
El proceso consiste en exponer bandejas cubiertas con harina a la acción de la lluvia 
durante dos segundos para formar grumos. Cumplido el tiempo de exposición, se 
cubren las bandejas y se repite el procedimiento para diferentes presiones de los 
manómetros de salida (BENTLEY, 1904). Una vez que se secan los grumos, se 
determina su masa y a partir de la siguiente ecuación se determina el diámetro de la 
gota: 
 
 
Donde D es el diámetro de la gota en milímetros y m es la masa de las bolitas de 
harina en gramos (ASSELINE, 1978). 
P á g i n a | 21 
 
En la Figura 6, Figura 7 y Figura 8 se puede apreciar lo citado anteriormente. 
 
 
 
Figura 6. Bandeja con harina 
expuesta a la lluvia artificial. 
Fuente: Autores. 
 
 
Figura 7. Bolitas de 
harina resultantes. 
Fuente: Autores. 
 
 
Figura 8. 
Determinación de la 
masa de las bolitas de 
harina. Fuente: 
Autores. 
 
Los diámetros de las gotas calculados por el método de bolitas de harina varían 
dependiendo de la presión registrada en el manómetro de salida, ya que las gotas, 
conforme aumenta la presión, tienen tendencia a romperse en gotas más pequeñas 
(Von Bernuth, 1984). 
Para determinar el tamaño promedio de las gotas, se examinaron 50 gránulos de 
harina para cada presión de salida. En la Tabla 5 se puede apreciar como a medida 
que aumenta la presión de salida el diámetro promedio de la gota es menor. 
Tabla 5. Relación entre la presión de salida y el diámetro promedio de las gotas generadas. 
Fuente: Autores. 
Presión en el manómetro 
de salida (psi) 
Diámetro de la gota 
promedio (mm) 
Tipo de lluvia. Roth (2003) 
2.5 2.5 Lluvia 
4 1.6 Lluvia 
6 1.2 Lluvia 
8 1 Lluvia 
10 1 Lluvia 
12 0,9 Lluvia 
 
P á g i n a | 22 
 
De acuerdo con la Tabla 5 los diámetros de las gotas generadas se encuentran en el 
rango de las lluvias naturales (Roth, 2003). 
 
8.6.3 Variación espacial de la Intensidad de la tormenta 
Para determinar la variación espacial de la intensidad de la tormenta, se construyó 
una malla con 49 pluviómetros, vasos iguales de perímetro 19cm, con una 
separación de 42cm entre los centros de cada pluviómetro. En la Figura 9 se puede 
apreciar la vista en planta del montaje “simulador – malla de muestreo”. 
 
 
Figura 9. Vista en planta del montaje simulador – malla de muestreo. Fuente: Autores. 
 
 
La malla finalmente construida se aprecia en la siguiente imagen: 
 
 
Figura 10. Montaje del simulador de lluvia y la malla de pluviómetros. Fuente: Autores. 
P á g i n a | 23 
 
 
Para la determinación de la variación espacial de la lluvia se realizaron cinco 
lecturas del volumen de lluvia registrada durante 3 minutos para cada uno de los 49 
pluviómetros y para cada una de las siguientes presiones registradas en el 
manómetro de salida: 2.5psi; 4.0psi; 6.0psi; 8.0psi; 10.0psi y 12.0psi. El número total 
de lecturas fue 1470. 
 
 
 
 
Figura 11. Determinación del volumen de agua registrada en cada pluviómetro durante 3 
minutos. Fuente: Autores. 
A continuación se presentan los mapas promedio de variación espacial de la 
intensidad en milímetros por hora para cada una de las presiones del manómetro de 
salida. 
 
P á g i n a | 24 
 
 
 
a) 
 
 
b) 
 
 
c) 
 
P á g i n a | 25 
 
 
 
d) 
 
 
e) 
 
 
f) 
Figura 12. Variación espacial de la intensidad para diferentes presiones registradas en el 
manómetro de salida. a) 2.5psi; b) 4.0psi; c) 6.0psi; d) 8.0psi; e) 10.0psi y f) 12.0psi. 
P á g i n a | 26 
 
8.6.4 Velocidad terminal de la gota: 
Durante la ejecución de este trabajo de grado no fue posible realizar la 
determinación de la velocidad de caída terminal de las gotas de lluvia, por la 
dificultad de contar con equipos especializados como el disdrómetro que permite 
conocer en tiempo real el tamaño de la gota, la velocidad terminal e incluso la 
intensidad de la tormenta (Nelson Falcón, 2013). 
 
 
 
 
P á g i n a | 27 
 
9 Conclusiones 
 Se logró diseñar y construir un simulador de lluvia portátil, de fácil 
ensamblaje, económico y de operación simple; el cual será donado por los 
autores del presente trabajo de grado a la Universidad Distrital Francisco 
José de Caldas, para que dicho instrumento se constituya como el primer 
instrumento de un futuro laboratorio de hidrología. 
 
 Se dedujo que los simuladores de lluvia son una herramienta de gran ayuda 
en los estudios de ciertos componentes del ciclo hidrológico ya que permiten 
semejar las características de la lluvia natural en cualquier momento dejando 
a un lado la dependencia de la lluvia con la naturaleza. 
 
 Se concluyó que un simulador por aspersión es la opción que presenta 
mayores ventajas ya que puede replicar diferentes intensidades de tormenta, 
y su portabilidad y operación no presentan gran dificultad para él operario. 
 
 Se aprendió que para construir un simulador de lluvia que pueda semejar 
parcialmente la lluvia, primero se deben conocer las características de la 
lluvia como lo son el tamaño de la gota, intensidad de la tormenta, velocidad 
de caída de la gota entre otros, para así poder definir los parámetros de 
diseño del simulador. 
 
 El uso de simuladores de lluvia es de suma importancia no solo para estudios 
en campo, sino que tienen gran significancia en los estudios de laboratorio. 
 
 El simulador permite reproducir lluvias con tamaño de gota entre 0.9 mm y 
2.5mm e intensidades de tormenta menores a 190 mm/hora. 
 
P á g i n a | 28 
 
10 Recomendaciones 
 
 Para efectos de funcionabilidad se recomienda el uso de boquillas de 
aspersión de cono lleno, las cuales mojan toda el área de la circunferencia 
formada por la salida de agua a través de la boquilla. 
 
 Es necesario cebar la bomba antes de usarla para evitar el fenómeno de 
cavitación el cual afecta la vida útil de la bomba. 
 
 Se recomienda la implementación de una cortina corta vientos para que los 
resultados en las pruebas no sean variables. 
 
 Se recomienda que un trabajo de grado futuro se dedique a la elaboración del 
“manual de operación del simulador”. 
 
 Se recomienda ejecutar un trabajo de grado futuro orientado a la 
determinación de la velocidad terminal de las gotas de lluvia. 
 
 El simulador de lluvia construido permitirá realizar estudios futuros 
relacionados con: 
 
o La efectividad de atrapa nieblas para lluvias horizontales; 
 
o La determinación de la influencia de la cobertura vegetal en los 
procesos de escurrimiento; 
 
o Influencia de la lluvia y el suelo en procesos de infiltración; 
 
o Influencia de la lluvia en la dispersión de contaminantes atmosféricos. 
 
P á g i n a | 29 
 
11 Bibliografía 
 
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P á g i n a | 31 
 
Anexos: 
Anexo 1. Ficha técnica bomba periférica Pedrollo PKm60 0.5 HP 
 
P á g i n a | 32 
 
 
 
P á g i n a | 33 
 
 
 
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Anexo 2. Ficha técnica aspersores BETE WL 1 ½ 
 
 
P á g i n a | 36 
 
Apéndices 
En las siguientes tablas relacionadas con el tamaño de la gotas están divididas por 
las presiones utilizadas en el manómetro alto del simulador, donde a través de la 
prueba de bolitas de harina se obtuvieron diferentes gránulos de los cuales se 
tomaron 50 por cada presión y se pesaron cada uno de estas bolitas para 
determinar el diámetro de la gota que lo formo y se utilizó la fórmula que se 
encuentra en el numeral 8.6 Pruebas realizadas al simulador. 
 
P á g i n a | 37 
 
Apéndice 1. Tamaño de la gota a 2.5 PSI 
 
Bolita mg c/u gr Diámetro(mm) 
1 1,2 0,0012 1,3 
2 1,6 0,0016 1,5 
3 2,2 0,0022 1,6 
4 2,4 0,0024 1,7 
5 3,2 0,0032 1,9 
6 3,4 0,0034 1,9 
7 4,2 0,0042 2,1 
8 4 0,004 2,0 
9 5,2 0,0052 2,2 
10 3,7 0,0037 2,0 
11 6,2 0,0062 2,3 
12 5,9 0,0059 2,3 
13 7,2 0,0072 2,5 
14 2,3 0,0023 1,7 
15 8,2 0,0082 2,6 
16 2,5 0,0025 1,7 
17 9,2 0,0092 2,7 
18 3,4 0,0034 1,9 
19 10,2 0 0,0 
20 3,2 0,0032 1,9 
21 11,2 0,0112 2,9 
22 2,9 0,0029 1,8 
23 12,2 0,0122 2,9 
24 7,7 0,0077 2,5 
25 13,2 0,0132 3,0 
26 4,3 0,0043 2,1 
27 14,2 0,0142 3,1 
28 4,6 0,0046 2,1 
29 15,2 0,0152 3,2 
30 2 0,002 1,6 
31 16,2 0,0162 3,2 
32 1,2 0,0012 1,3 
33 17,2 0,0172 3,3 
34 3,1 0,0031 1,8 
35 18,2 0,0182 3,4 
36 4,7 0,0047 2,1 
37 19,2 0,0192 3,4 
38 3,4 0,0034 1,9 
39 20,2 0,0202 3,5 
40 2,8 0,0028 1,8 
41 21,2 0,0212 3,6 
42 5,6 0,0056 2,3 
43 22,2 0,0222 3,6 
44 6,1 0,0061 2,3 
45 23,2 0,0232 3,7 
46 2,2 0,0022 1,6 
47 24,2 0,0242 3,7 
48 2,2 0,0022 1,6 
49 25,2 0,0252 3,8 
50 2,8 0,0028 1,8 
Promedio de Diámetro (mm) 2,3 
 
P á g i n a | 38 
 
Apéndice 2. Tamaño de la gota 4 PSI 
Bolita mg c/u gr Diámetro(mm) 
1 2,7 0,0027 1,8 
2 3,9 0,0039 2,0 
3 2,9 0,0029 1,8 
4 1,6 0,0016 1,5 
5 1,2 0,0012 1,3 
6 2 0,002 1,6 
7 2 0,002 1,6 
8 1,2 0,0012 1,3 
9 2,8 0,0028 1,8 
10 1 0,001 1,3 
11 1,3 0,0013 1,4 
12 1,7 0,0017 1,5 
13 1,3 0,0013 1,4 
14 4 0,004 2,0 
15 1,9 0,0019 1,6 
16 1,4 0,0014 1,4 
17 0,9 0,0009 1,2 
18 1,1 0,0011 1,3 
19 1,7 0,0017 1,5 
20 2,1 0,0021 1,6 
21 1,6 0,0016 1,5 
22 1,2 0,0012 1,3 
23 3,5 0,0035 1,9 
24 5,3 0,0053 2,2 
25 1 0,001 1,3 
26 3,3 0,0033 1,9 
27 2,9 0,0029 1,8 
28 1,2 0,0012 1,3 
29 1,7 0,0017 1,5 
30 3,1 0,0031 1,8 
31 2,5 0,0025 1,7 
32 2,1 0,0021 1,6 
33 2,2 0,0022 1,6 
34 2,7 0,0027 1,8 
35 1,5 0,0015 1,4 
36 3,1 0,0031 1,8 
37 1,9 0,0019 1,6 
38 2,5 0,0025 1,7 
39 3,9 0,0039 2,0 
40 2,9 0,0029 1,8 
41 4 0,004 2,0 
42 1,5 0,0015 1,4 
43 1,7 0,0017 1,5 
44 1,9 0,0019 1,6 
45 2,2 0,0022 1,6 
46 1,9 0,0019 1,6 
47 2 0,002 1,6 
48 2,3 0,0023 1,7 
49 1,7 0,0017 1,5 
50 2,5 0,0025 1,7 
Promedio de Diámetro (mm) 1,6 
 
P á g i n a | 39 
 
 
 
Apéndice 3. Tamaño de la gota a 6 PSI 
Bolita mg c/u gr Diámetro(mm) 
1 1 0,001 1,3 
2 1,2 0,0012 1,3 
3 0,9 0,0009 1,2 
4 0,4 0,0004 0,9 
5 0,4 0,0004 0,96 0,6 0,0006 1,1 
7 0,7 0,0007 1,1 
8 0,6 0,0006 1,1 
9 1,2 0,0012 1,3 
10 0,6 0,0006 1,1 
11 1,7 0,0017 1,5 
12 0,4 0,0004 0,9 
13 0,8 0,0008 1,2 
14 0,6 0,0006 1,1 
15 0,9 0,0009 1,2 
16 0,5 0,0005 1,0 
17 0,6 0,0006 1,1 
18 0,8 0,0008 1,2 
19 0,9 0,0009 1,2 
20 0,4 0,0004 0,9 
21 0,3 0,0003 0,8 
22 0,4 0,0004 0,9 
23 1,7 0,0017 1,5 
24 0,6 0,0006 1,1 
25 1,2 0,0012 1,3 
26 1,3 0,0013 1,4 
27 0,6 0,0006 1,1 
28 0,6 0,0006 1,1 
29 1 0,001 1,3 
30 1,7 0,0017 1,5 
31 1,8 0,0018 1,5 
32 1,3 0,0013 1,4 
33 3,2 0,0032 1,9 
34 0,8 0,0008 1,2 
35 1,1 0,0011 1,3 
36 1,3 0,0013 1,4 
37 1,2 0,0012 1,3 
38 1 0,001 1,3 
39 0,4 0,0004 0,9 
40 0,9 0,0009 1,2 
41 0,8 0,0008 1,2 
42 1,8 0,0018 1,5 
43 1,1 0,0011 1,3 
44 1,6 0,0016 1,5 
45 1,3 0,0013 1,4 
46 0,8 0,0008 1,2 
47 1,2 0,0012 1,3 
48 0,8 0,0008 1,2 
49 2,3 0,0023 1,7 
50 1,2 0,0012 1,3 
Promedio de Diámetro (mm) 1,2 
 
 
 
P á g i n a | 40 
 
Apéndice 4. Tamaño de la gota a 8 PSI 
Bolita mg c/u gr Diámetro(mm) 
1 1,1 0,0011 1,3 
2 0,6 0,0006 1,1 
3 0,5 0,0005 1,0 
4 0,5 0,0005 1,0 
5 0,4 0,0004 0,9 
6 1 0,001 1,3 
7 0,5 0,0005 1,0 
8 0,3 0,0003 0,8 
9 0,4 0,0004 0,9 
10 1,2 0,0012 1,3 
11 0,3 0,0003 0,8 
12 0,5 0,0005 1,0 
13 0,4 0,0004 0,9 
14 0,8 0,0008 1,2 
15 0,5 0,0005 1,0 
16 0,4 0,0004 0,9 
17 0,3 0,0003 0,8 
18 0,6 0,0006 1,1 
19 0,3 0,0003 0,8 
20 0,4 0,0004 0,9 
21 0,3 0,0003 0,8 
22 0,5 0,0005 1,0 
23 0,5 0,0005 1,0 
24 1,5 0,0015 1,4 
25 0,3 0,0003 0,8 
26 0,3 0,0003 0,8 
27 0,4 0,0004 0,9 
28 0,5 0,0005 1,0 
29 0,2 0,0002 0,7 
30 0,5 0,0005 1,0 
31 0,3 0,0003 0,8 
32 0,3 0,0003 0,8 
33 1,2 0,0012 1,3 
34 0,4 0,0004 0,9 
35 0,2 0,0002 0,7 
36 0,4 0,0004 0,9 
37 0,3 0,0003 0,8 
38 0,4 0,0004 0,9 
39 1,3 0,0013 1,4 
40 0,2 0,0002 0,7 
41 0,4 0,0004 0,9 
42 0,4 0,0004 0,9 
43 0,3 0,0003 0,8 
44 1,2 0,0012 1,3 
45 0,2 0,0002 0,7 
46 0,4 0,0004 0,9 
47 0,3 0,0003 0,8 
48 0,3 0,0003 0,8 
49 0,5 0,0005 1,0 
50 0,6 0,0006 1,1 
Promedio de Diámetro (mm) 1,0 
 
 
P á g i n a | 41 
 
Apéndice 5. Tamaño de la gota a 10 PSI 
Bolita mg c/u gr Diámetro(mm) 
1 0,6 0,0006 1,1 
2 0,4 0,0004 0,9 
3 0,4 0,0004 0,9 
4 0,7 0,0007 1,1 
5 0,3 0,0003 0,8 
6 0,6 0,0006 1,1 
7 0,5 0,0005 1,0 
8 0,2 0,0002 0,7 
9 0,5 0,0005 1,0 
10 0,6 0,0006 1,1 
11 0,3 0,0003 0,8 
12 0,4 0,0004 0,9 
13 0,3 0,0003 0,8 
14 0,4 0,0004 0,9 
15 0,5 0,0005 1,0 
16 0,7 0,0007 1,1 
17 0,5 0,0005 1,0 
18 0,5 0,0005 1,0 
19 0,4 0,0004 0,9 
20 0,6 0,0006 1,1 
21 1 0,001 1,3 
22 1 0,001 1,3 
23 0,4 0,0004 0,9 
24 0,3 0,0003 0,8 
25 0,6 0,0006 1,1 
26 0,4 0,0004 0,9 
27 0,5 0,0005 1,0 
28 0,4 0,0004 0,9 
29 0,6 0,0006 1,1 
30 0,5 0,0005 1,0 
31 0,5 0,0005 1,0 
32 0,4 0,0004 0,9 
33 0,8 0,0008 1,2 
34 0,5 0,0005 1,0 
35 0,4 0,0004 0,9 
36 0,8 0,0008 1,2 
37 0,8 0,0008 1,2 
38 0,8 0,0008 1,2 
39 0,2 0,0002 0,7 
40 0,4 0,0004 0,9 
41 0,2 0,0002 0,7 
42 0,5 0,0005 1,0 
43 0,6 0,0006 1,1 
44 0,6 0,0006 1,1 
45 0,3 0,0003 0,8 
46 0,2 0,0002 0,7 
47 0,4 0,0004 0,9 
48 0,5 0,0005 1,0 
49 0,4 0,0004 0,9 
50 0,2 0,0002 0,7 
Promedio de Diámetro (mm) 1,0 
 
P á g i n a | 42 
 
 
Apéndice 6. Tamaño de la gota 12 PSI 
Bolita mg c/u gr Diámetro(mm) 
1 0,5 0,0005 1,0 
2 0,4 0,0004 0,9 
3 0,3 0,0003 0,8 
4 0,2 0,0002 0,7 
5 0,7 0,0007 1,1 
6 0,4 0,0004 0,9 
7 0,1 0,0001 0,6 
8 0,1 0,0001 0,6 
9 0,4 0,0004 0,9 
10 0,3 0,0003 0,8 
11 0,5 0,0005 1,0 
12 0,4 0,0004 0,9 
13 0,6 0,0006 1,1 
14 0,2 0,0002 0,7 
15 0,3 0,0003 0,8 
16 0,9 0,0009 1,2 
17 1,5 0,0015 1,4 
18 0,4 0,0004 0,9 
19 0,2 0,0002 0,7 
20 0,3 0,0003 0,8 
21 0,3 0,0003 0,8 
22 0,4 0,0004 0,9 
23 0,3 0,0003 0,8 
24 0,4 0,0004 0,9 
25 0,5 0,0005 1,0 
26 0,6 0,0006 1,1 
27 0,5 0,0005 1,0 
28 0,2 0,0002 0,7 
29 0,2 0,0002 0,7 
30 0,5 0,0005 1,0 
31 0,4 0,0004 0,9 
32 0,1 0,0001 0,6 
33 0,4 0,0004 0,9 
34 0,1 0,0001 0,6 
35 0,2 0,0002 0,7 
36 0,6 0,0006 1,1 
37 0,4 0,0004 0,9 
38 0,4 0,0004 0,9 
39 0,2 0,0002 0,7 
40 0,2 0,0002 0,7 
41 0,3 0,0003 0,8 
42 0,4 0,0004 0,9 
43 0,5 0,0005 1,0 
44 0,4 0,0004 0,9 
45 0,2 0,0002 0,7 
46 0,2 0,0002 0,7 
47 0,4 0,0004 0,9 
48 0,4 0,0004 0,9 
49 0,1 0,0001 0,6 
50 0,3 0,0003 0,8 
Promedio de Diámetro (mm) 0,9