medicion de caudales
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MEDICION DE CAUDALES, RECOLECCIÓN Y PRESERVACION DE
MUESTRAS
AUTORES
LINA MILDRED GRANADOS TORRES
PABLO EDINSON PARADA CARDENAS
PRESENTADO A:
CESAR PEÑUELA
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DE SAN GIL “UNISANGIL”
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIA
PROGRAMA INGENIERIA AMBIENTAL
YOPAL, COLOMBIA
2015
Tabla de contenido
Introducción..................................................................................................................................5
I. Mediciones de caudal E. 2.2...................................................................................................1
II. Otros tipos de aforos para medir caudales.........................................................................7
III. Estimación del caudal máximo e.2.2.1.............................................................................10
IV. Caudal durante periodos de lluvia E.2.2.2........................................................................13
V. Aporte institucional e industrial E.2.2.3...........................................................................13
VI. Caudal de diseño E.2.2.4..................................................................................................14
VII. Conducciones y rebosaderos de exceso E.2.2.5...............................................................14
VIII. Recolección y preservación de muestras..........................................................................15
X. Cadena de custodia.................................................................................................................21
XI. Métodos de muestreo......................................................................................................26
XII. Recipientes para las muestras..........................................................................................27
XIII. Número de muestras........................................................................................................27
XIV. Cantidad...........................................................................................................................28
XV. Preservación de muestras................................................................................................28
Bibliografía..................................................................................................................................31
Tabla de Ilustraciones
Imagen 1: Esquema del método volumétrico................................................................................3
Imagen 2: Vertedero rectangular...................................................................................................4
Imagen 3: Vertedero triangular.....................................................................................................5
Imagen 4: Vertedero trapezoidal...................................................................................................5
Imagen 5: Canaleta Parshall, a) Alzado y perfil; b) Vista general.................................................6
Imagen 6: Tramo seleccionado para la medición de caudal con flotador......................................9
Imagen 8: Tipos de muestreo: A) Aleatorio simple; B) Aleatorio estratificado; C) Sistematico
Rejilla rectangular; D) Sistematico Rejilla Polar..............................................................................16
Tablas
Tabla 1 Resumen De Muestreo O Requerimiento Para El Manejo De Preservación Y
Almacenamiento De Muestras.........................................................................................................24
Tabla 2 Resumen De Muestreos Especiales o Requerimientos Para el Manejo De Preservación y
Almacenamiento De Muestras.........................................................................................................25
Tabla 3 Resumen De Muestreos Especiales O Requerimientos Para El Manejo De Preservación
Y Almacenamiento De Muestras......................................................................................................26
Introducción
Desde tiempos ancestrales el ser humano ha tenido la necesidad de cuantificar el agua,
para satisfacer sus necesidades de consumo y poder utilizar de forma eficiente sus recursos
hídricos. Debido a esta necesidad se han inventado diferentes dispositivos que ayudan a
medir el agua. La Hidráulica cuenta con dispositivos que se utilizan para medir caudales en
corrientes naturales y artificiales, para uso del ser humano como abastecimiento de agua y
drenajes, así como de uso veterinario y en sistemas de riego en agricultura. Dentro de los
dispositivos más utilizados por su facilidad de construcción e instalación se pueden
mencionar los vertederos y el canal Parshall, los cuales se diseñan y construyen para ser
utilizados dentro de los ensayos de laboratorio de los cursos de Hidráulica e Hidráulica de
Canales, a efecto de complementar la enseñanza experimental y práctica del estudiante
acerca del correcto uso de cada uno de estos medidores de caudal, así como los límites de
aplicación de éstos y la determinación de cada una de las ecuaciones de calibración que
poseen, con lo cual se logrará una mejor comprensión de dichos dispositivos, al comparar
los resultados obtenidos de forma experimental con los teóricos, adquiriendo un mejor
criterio al decidir qué método o fórmula utilizar, dependiendo del grado de precisión que se
desee obtener.
El muestreo de agua es una actividad dirigida a la recolección de una pequeña porción de
ésta, que represente exactamente la calidad de la masa de agua en el lugar y en el momento
de obtención de la muestra. La recolección de la muestra representativa constituye uno de
los elementos fundamentales de un programa de control de calidad analítica a fin de obtener
datos reales de las características físicas, químicas y microbiológicas de los cuerpos de
agua.
Aunque se considera una actividad sencilla, la exigencia del personal entrenado, debe ser
rigurosamente observada en el proceso de muestreo a fin de garantizar la representatividad
de las muestras de agua a ser remitidas al laboratorio para sus respectivos análisis. Dichas
muestras pueden ser tomadas manualmente o con equipo mecánico para ser procesadas a
nivel de campo, proceder a su envío al laboratorio para la realización de los respectivos
análisis.
La buena elección del sitio y frecuencia de muestreo, la identificación de los parámetros a
cuantificar, así como la manera de ejecutar el muestreo, es el inicio de una buena
evaluación, que generará resultados confiables que podrán ser utilizados con toda confianza
en la evaluación del estudio situacional del cuerpo de agua.
Finalmente se pretende mediante esta investigación a nivel general dar a conocer la fuente
principal y origen de cada uno de los temas a fines de llegar a la raíz de la investigación
1
I. Mediciones de caudal E. 2.2
Cuando se colectan las muestras en los sitios de muestreo, uno de los parámetros
para medir en ese momento es el caudal de la descarga; sin este dato prácticamente son
inútiles los reportes de laboratorio al analizar las muestras, porque la concentración de
los contaminantes generalmente se reporta en mg/l y sin flujo de descarga no se podrá
calcular la descarga total de contaminantes. (Ramos, Sepúlveda, Villalobos, &
Francisco, 2002)
Según el RAS 2000 en el literal E.2.2 “Para la determinación del caudal de las
descargas deben efectuarse por lo menos 3 jornadas de medición horaria durante las 24
horas del día y en cada uno de los emisarios que se consideren representativos. Con
estos datos deben determinarse los caudales medio y máximo horario representativos de
cada descarga (véase D.3.2.2) y el factor de mayoración correspondiente, según lo
establecido en el literal D.3.2.4.” (Económico, 2000)
Una vez inspeccionado el sitio donde se realizara el monitoreo, se determina el
método para la estimación de los caudales; debe adoptarse la forma más práctica de
aforar dependiendo del tipo de descarga que se tenga y en algunos casos adecuar el sitio
de muestreo.
“Los caudales se deben relacionar con la población que aporta a cada descarga,
cuando existen descargas industriales al sistema de alcantarillado, se deben calcular por
separado las descargas domesticas e industriales los aportes mencionados se deben
estimas según lo establecido en el literal D.3.2.2 (Económico, 2000)
2
Los factores que se han de tener en cuenta en el momento de seleccionar un sitio de
medición son los siguientes:
Tipo de conducto y accesibilidad.
El intervalo de medida debe cubrir los caudales máximos y mínimos.
Debido a que los vertidos de aguas residuales se hacen por gravedad, el método
seleccionado deberá producir la mínima perdida posible de carga.
Los métodos más utilizados son:
Medición volumétrica manual
Para este tipo de medición se requiere de un cronometro y un recipiente aforado. El
procedimiento a seguir es tomar un volumen de muestra cualquiera y medir el tiempo
transcurrido desde que se introduce a la descarga hasta que se retira de ella; la relación
de estos dos valores permite conocer el caudal en ese instante de tiempo. El cálculo del
caudal es el siguiente:
Q=V/t
Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el
lugar donde se realice el aforo garantice que el recipiente llegue todo el volumen de agua
que sale por la descarga, se debe evitar represamiento que promoverán la acumulación
de sólidos y grasas. (Zambrano Fajardo, 2010)
3
Medición por vertedero
El agua se obliga a circular por un canal en cuyo extremo hay un rebosadero que
puede adoptar distintas formas, el líquido represado alcanzará distinta altura en función
del caudal, a mayor caudal, mayor altura, la altura está relacionada con el caudal por
ecuaciones que dependen del tipo de vertedero así:
a). Vertedero rectangular de pared delgada
Este tipo de vertedero es el más usado, especialmente como aforador, por ser una
estructura de fácil construcción e instalación. Debidamente calibrados o patronados se
obtienen ecuaciones o curvas en las cuales el caudal es función de la carga hidráulica H.
(Universidad Nacional Abierta y a Distancia, s.f.)
Q = 1,83 H (3/2)
Imagen 1: Esquema del método volumétrico
4
b). Vertedero triangular
Es una instalación de control que consiste en un canal de aproximación de sección
con incisión en forma de V sobre la cual circula el flujo de agua. (Imagen 3).
Este vertedero es el que da mediciones más exactas para caudales inferiores a 10 l/s.
Se recomienda que la medición de la altura del agua se haga de forma semejante a como
se indicó en los vertederos de escotadura rectangular. La figura 2.15 muestra un
vertedero triangular cuyo ángulo es normalmente de 90º, siendo la ecuación del caudal
para esta condición de diseño ( = 90º) (Universidad Nacional Abierta y a Distancia,
s.f.)
Q = 1,4 H (5/2) (90°)
c). Vertedero Cipolleti (forma trapezoidal)
Imagen 3: Vertedero triangular
5
Este vertedero ha sido diseñado con el fin de disminuir el efecto de las contracciones
que se presentan en un vertedero rectangular contraído.
Q = 1,859 H3/2
En las cuales Q es el caudal se expresa en m3/s y H, cabeza o altura de cresta
expresada en m.
Método mediante canaleta parshall
El aforador Parshall (Imagen 5), es un aparato que se basa en la pérdida de altura del
nivel del agua producida por el paso forzado de una corriente a través de un
estrechamiento inclinado. La entrada, de paredes convergentes, y la salida, de paredes
divergentes, están separadas por una garganta de paredes paralelas y con el piso
inclinado. Se usan aforadores de tamaños escalonados para medir diferentes caudales de
agua. Los de mayor tamaño son fijos y construidos con obra de albañilería, mientras que
los más pequeños son movibles y se construyen de chapa metálica.
Imagen 4: Vertedero trapezoidal
6
La medición del caudal se obtiene mediante tablas y ábacos específicos para cada tipo
de aforador. Con este procedimiento se obtienen mediciones muy precisas, aún cuando
el aforador trabaje con inmersión casi completa. (Salas, 2007)
Imagen 5: Canaleta Parshall, a) Alzado y perfil; b) Vista general
II. Otros tipos de aforos para medir caudales
Aforar: Es medir un caudal, se distinguen dos tipos de aforos.
1. Aforos directos: Con algún aparata o procedimiento se mide directamente el
caudal.
2. Aforos indirectos o continuos: Medimos el nivel del agua en el cauce, y a partir
del nivel estimamos el caudal.
7
Roman, (2013) dice que ; “Para medir el caudal diariamente o de un modo continuo
en diversos puntos se utilizan los aforos indirectos, por eso también se le denominan
continuos.”
Aforos directos
Método de flotadores.
El método de aforo por flotadores, es un método de campo, sencillo y rápido para
estimar el caudal de agua que pasa en una sección transversal del río. Con este método
se calcula las velocidades superficiales de la corriente de un canal o río, utilizando
materiales sencillos (flotadores) que se puedan visualizar y cuya recuperación no sea
necesaria. (Rodriguez, 2011)
Este procedimiento se basa en medir la velocidad del agua y aplicar la ecuación:
Caudal=Sección xVelocidad
m 3/Seg=m 2x m /Seg
Para la estimación de la velocidad se calcula arrojando algún objeto que flote al
agua, y la sección se estima muy aproximadamente (anchura media por profundidad
media). Este procedimiento da grandes errores, pero proporciona un orden de magnitud.
A veces es aconsejable multiplicar el valor obtenido con los flotadores por un
coeficiente del orden de 0,7 o 0,8 ya que con los flotadores suelen medirse
preferentemente la velocidad en la parte central del cauce , no teniendo en cuenta las
partes próximas a las orillas, de velocidades más bajas, obteniéndose un error por
exceso. (Roman, 2013)
8
El método de flotador se utiliza cuando no se poseen equipos de medición y para este
fin se tiene que conocer el área de la sección y la velocidad del agua. Este método se
utiliza en los siguientes casos:
A falta de un correntómetro o molinete.
Excesiva velocidad el agua que dificulta el uso del correntómetro.
Presencia de cuerpos extraños en el curso del agua, que dificulta el uso del
correntómetro.
Cuando peligra la integridad física de la persona que efectúa el aforo.
Cuando peligra la integridad del correntómetro. (Bernis, 2005)
Fundamento del método
Este método se fundamenta en que los objetos se mueven a la misma velocidad que el
agua, en la cual flotan, por consiguiente medir la velocidad del objeto flotante es medir
la de la línea de flujo en la cual se mueven.
Este método no deberá ser empleado cuando se tema que la medida podría ser
afectada por el viento. (Rodriguez, 2011)
Procedimiento del método
9
Selección del tramo: Se escoge el tramo recto “A” y “B”, este lugar debe ser el
adecuado, puede coincidir con la sección transversal en donde el agua fluya
naturalmente, en lo posible que no existan piedras grandes o troncos.
Medir el ancho del río, en metros (m).
Medir la distancia que recorrerá el flotador desde A (inicio) y B (final), Se
recomienda entre 10 m y menor que 30 m.
Obtención del caudal en metros cúbicos por segundo: Q (m3 /s)
Cálculo del tiempo promedio en segundos (tp): Para el cálculo del tiempo que
demoran los flotadores de llegar de A hasta B, se requiere del cronómetro, calculadora y
formato.
Se deben lanzar como mínimo 3 flotadores hacia la margen derecha, 3 en el centro y
3 en la margen izquierda de la sección del río. El número de flotadores que se utilice
para el aforo se realice en un tiempo tal que no se produzcan variaciones superiores a 1
cm entre el nivel de agua al inicio y al final del aforo.
Imagen 6: Tramo seleccionado para la medición de caudal con flotador
10
Se lanzará cada uno de los flotadores (f), antes de pasar por el punto A con la
finalidad de que cada flotador alcance una velocidad constante y se estabilice su
trayectoria.
El tiempo promedio es igual, a la suma del tiempo que se demora cada flotador, y se
divide entre el número de los flotadores. (Rodriguez, 2011)
III. Estimación del caudal máximo e.2.2.1
El caudal, se relaciona a la demanda de agua que requiera la población en un periodo
de diseño determinado. Para esto es necesario determinar el Qmd (Caudal medio diario),
QMD (Caudal máximo diario), y el caudal máximo horario (QMH),
Caudal medio diario
El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población
proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de
los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente
ecuación:
Donde:
Qmd: caudal medio diario
11
Dbruta: dotación bruta, dada en metros cúbicos/suscriptor mes.
En esta ecuación 30 representa el número de días en el mes.
Caudal máximo diario
El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante
24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario
por el coeficiente de consumo máximo diario, k1. El caudal máximo diario se calcula
mediante la siguiente ecuación:
QMD = Qmd* K1
Donde:
QMD: caudal máximo diario
Qmd: caudal medio diario
k1: coeficiente de consumo máximo diario
El coeficiente de consumo máximo diario, k1, se obtiene de la relación entre el mayor
consumo diario y el consumo medio diario, utilizando los datos registrados en un
período mínimo de un año.
En caso de sistemas nuevos, el valor del coeficiente de consumo máximo diario, k1,
será 1.30.
12
Caudal máximo horario
El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante
una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula
como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo
horario, k2, según la siguiente ecuación:
QMH = QMD* K2
En el caso de sistemas de acueductos nuevos, el coeficiente de consumo máximo
horario con relación al consumo máximo diario, k2, corresponde a un, valor
comprendido entre 1.3 y 1.7 de acuerdo con las características locales. (Universidad
Nacional Abierta y a Distancia, s.f.)
IV. Caudal durante periodos de lluvia E.2.2.2
Los aportes asociados a periodos de lluvia se deben tomar en consideración al
determinar el caudal de diseño, para lo cual se debe calcular el caudal de infiltración y
afluentes. Es recomendable realizar campañas de minimización de caudales de
infiltración, afluentes y conexiones erradas al sistema.
Según el Ras 2000, Económico, (2000), La tasa de infiltración permisible será la
estipulada en el literal D.3.2.2.7 y en la tabla D.3.7.
13
V. Aporte institucional e industrial E.2.2.3
Caudal de agua residual institucional
Son los líquidos provenientes de edificios institucionales, el consumo de agua de las
diferentes instituciones varia con el tipo y tamaño de las mismas, dentro de las que se
puede mencionar escuelas, colegios, hospitales, hoteles entre otros.
Caudal de aguas residuales industriales
Se llaman aguas residuales industriales a las aguas provenientes de descarga de
industrias, el consumo de agua varía de acuerdo con el tipo y tamaño de la industria el
aporte de aguas residuales depende del grado de circulación de aguas en los procesos
realizados en ellas.
VI. Caudal de diseño E.2.2.4
Debe basarse en el caudal máximo semanal para el periodo de diseño, El diseño
hidráulico de una planta debe hacerse para el caudal máximo horario. Los caudales
industriales deben calcularse para los periodos más críticos durante la producción.
Se deben tener en cuenta las futuras expansiones de la planta de tratamiento.
Para poblaciones sin alcantarillado debe determinarse el caudal medio de diseño con
base en la dotación de agua potable multiplicada por la población y un factor de retorno
entre 0.70 y 0.80, más los caudales de infiltración, conexiones erradas y aportes
institucionales comerciales e industriales. Para el cálculo de la dotación se deben seguir
14
las recomendaciones contempladas en el capítulo B.2, sobre población, dotación y
demanda. (Económico, 2000)
VII. Conducciones y rebosaderos de exceso E.2.2.5
Toda tubería o canal debe diseñarse para llevar el flujo máximo horario esperado. La
tubería del influente debe diseñarse para que se descargue libremente. Cuando se tengan
vertederos de excesos a la entrada de la planta se deben hacer estudios de modelación de
la calidad del agua del cuerpo receptor bajo condiciones de rebose, tanto de
alcantarillado como del vertedero en el cuerpo receptor para garantizar que se cumpla
con las normas de calidad de la corriente fijadas por la entidad correspondiente para el
uso deseado.
Todos los estudios de calidad de agua que se realizan en la fuente receptora deben
incluir los excesos de provenientes del alcantarillado.
Los parámetros de calidad del agua a cumplir serán los fijados por la entidad
reguladora de acuerdo a los distintos usos que se le dé al cuerpo de agua, y que están
contemplados en el Decreto 1594 de 1984 o aquel que lo sustituya o modifique.
(Económico, 2000).
VIII. Recolección y preservación de muestras
Tipos de muestras
En las actividades de investigación científica y tecnológica es muy útil el empleo de
muestras. El análisis de una muestra permite inferir conclusiones susceptibles de
generalización a la población de estudio con cierto grado de certeza (Baray, 2006)
15
El presente trabajo pretende hacer una recopilación de la información de
conservación y preservación de muestra parte de la información se tomó del Reglamento
Técnico… (Economico, 2000)las muestras se dividen en dos tipos una de ellas en
muestra simple el cual dice que “Dicha muestra puede ser representativa de espacios y
tiempos mayores si se sabe con anterioridad que la composición es constante en el
tiempo y que no existen gradientes de concentración espaciales”(pág. E 17).
El Otro tipo de muestra corresponde a muestra compuesta según (Economico, 2000)
dice “Las muestras compuestas son la mezcla de varias muestras instantáneas
recolectadas en el mismo punto de muestreo en diferentes tiempos. La mezcla se hace
sin tener en cuenta el caudal en el momento de la toma” (pág. E 17).
Imagen 7: Tipos de muestreo: A) Aleatorio simple; B) Aleatorio estratificado; C) Sistematico Rejilla rectangular; D) Sistematico Rejilla Polar
Fuente: Masso1992
IX. Metodologías de aforo
Una vez determinados el tipo de descarga y ubicación del sitio donde se va a realizar
la caracterización, se diseña el plan de aforo y muestreo. En la determinación de
caudales debe adoptarse la forma más práctica de aforar dependiendo del tipo de
descarga que se tenga; si se hace necesario adecuar el sitio de muestreo, se deben dar las
16
instrucciones para la implementación de la adecuación. Los factores que se han de tener
en cuenta en el momento de seleccionar un sistema de medición son los siguientes:
Tipo de conducto y accesibilidad.
El intervalo de medida debe cubrir con la mejor precisión posible, los caudales
máximo y mínimo previstos teóricamente. Si el punto de medida recoge aguas pluviales
e interesa determinar su caudal, habrá que tener en cuenta la lluvia máxima registrada
caída en la zona.
Economía de compra, instalación y servicio, así como de fácil puesta en marcha,
comprobación y ajuste.
Posibilidad de recuperación una vez finalizada la serie de medidas, para su
aplicación en otros puntos.
Debido a que los vertidos de aguas residuales se hacen por gravedad, el método
seleccionado deberá producir la mínima pérdida posible de carga.
Distancia mínima a la que se encuentran todos aquellos servicios generales precisos
para el funcionamiento de todos los aparatos de medida (aire a presión, corriente
eléctrica, etc.).
Máxima sencillez de manejo y lectura.
Características del agua residual a medir, y su influencia en el equipo (corrosión,
abrasión, ataque químico, taponamiento, etc.).
17
Como norma general, todas las partes en contacto con el líquido deben estar
totalmente protegidas, y en aquellos casos en que se puedan desprender gases o
vapores, los equipos y el personal se separan de su acción lo más lejos que sea posible,
o bien se dotan con la protección adecuada.
En el caso de utilización de aparatos comerciales, se valorará la experiencia,
garantía y servicio posventa del proveedor.
Medición volumétrica manual. La medición del caudal se realiza de forma manual
utilizando un cronómetro y un recipiente aforado. El procedimiento a seguir es tomar un
volumen de muestra cualquiera y medir el tiempo transcurrido desde que se introduce a
la descarga hasta que se retira de ella; la relación de estos dos valores permite conocer el
caudal en ese instante de tiempo. Se debe tener un especial cuidado en el momento de la
toma de muestra y la medición del tiempo, ya que es un proceso simultáneo donde el
tiempo comienza a tomarse en el preciso instante que el recipiente se introduce a la
descarga y se detiene en el momento en que se retira de ella. Siendo Q = caudal en L/s,
V = volumen en L, y t = tiempo en s, el caudal se calcula como:
Q = V / t
Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el
lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua
que sale por la descarga. Entre sus desventajas se cuenta que la mayoría de veces es
necesario adecuar el sitio de aforo y toma de muestras para evitar pérdida de muestra en
el momento de aforar; también se deben evitar represamientos que permitan la
acumulación de sólidos y grasas.
18
1. Medición en canales abiertos. El vertedero es un canal en el cual se coloca una
represa cuyo rebosadero puede adoptar distintas formas; el líquido represado
alcanzará distintas alturas en función del caudal, relacionadas por ecuaciones
dependientes del tipo de vertedero, que puede ser rectangular, triangular o
trapezoidal. Las ventajas de este tipo de vertederos radican en su fácil construcción,
bajo costo, y buen rango de precisión en líquidos que no contengan sólidos.
2. Cuando la cabeza sobre un vertedero triangular es menor de 10 cm hay posibilidad
de que se formen vacíos, por lo tanto no se recomienda su uso. En los vertederos hay
que tener especial cuidado debido a que estos al represar el agua van acumulando
sólidos y sustancias como grasas que interfieren en la calidad del agua y, en la
representatividad de la muestra.
3. Medición por velocidad. Las canaletas se usan más comúnmente en canales abiertos
donde:
1. La rata de flujo no pueda medirse adecuadamente por un vertedero.
2. Haya una significante cantidad de partículas y otros materiales que podrían
llenar un vertedero.
3. La capacidad de la cabeza hidráulica sea insuficiente para utilizar el
vertedero.
4. La velocidad de flujo de una canaleta puede ser establecida tal que,
sedimentos y otros sólidos pueden ser lavados a través de ella.
5. La instalación de una canaleta puede ser relativamente más cara que un
vertedero.
19
El diseño típico de una canaleta debe incluir lo siguiente: las secciones rectas del
canal deben estar corriente arriba de la entrada de la canaleta, el flujo debe ser bien
distribuido a través del canal, la velocidad corriente arriba del canal debe ser menor que
la velocidad crítica, y la canaleta no debe estar sumergida y debe tener una descarga
libre aguas abajo.
Tubo Venturi.
Este medidor es una especie de tubo venturi abierto, que dispone de una garganta que
produce una elevación de nivel en función del caudal. Está formado por una sección de
entrada de paredes verticales convergentes y fondo a nivel, una garganta o
estrechamiento de paredes paralelas y fondo descendente, y una sección de salida con
paredes divergentes y fondo ascendente. Los canales se definen por el ancho de la
garganta; la canaleta debe ser construida rigurosamente con las dimensiones dadas, o de
lo contrario su relación cabeza-descarga de agua residual es inválida.
Para la determinación del caudal se precisa de la medición de la altura del líquido,
que se puede realizar de forma instantánea con sólo una medida de altura. Sin embargo,
existen diferentes tipos de instrumentos que permiten llevar a cabo esta medición de
forma continua, permitiendo determinar el caudal diario de una forma precisa, pudiendo
acoplar esto a un indicador de registro gráfico que se encarga de almacenar toda esta
información. En las canaletas se pueden acoplar diferentes tipos de sensores que
permiten registrar otro tipo de parámetros diferentes al caudal, como son pH y
temperatura.
El caudal se calcula como:
20
Q = 4 W Han
Donde:
Q = Caudal, pies cúbicos / segundo,
Ha = altura del agua sobre la garganta, en pies,
W = ancho de la canaleta en la sección de la garganta, y
n = 1,522 W0,026.
El tubo venturi tiene como ventajas: es autolavable, tiene una pérdida de cabeza
relativamente baja, el aumento de velocidad en la garganta impide la sedimentación de
partículas, tiene la habilidad de operar de forma aproximada sobre un intervalo amplio
de descarga, tiene resistencia a los productos químicos ya que se puede construir de
diferentes materiales, y en el caso de instalaciones permanentes se puede construir en
concreto vaciado. Su principal desventaja es que para la construcción se precisa de la
adecuación de un sitio de descarga, dado que debe poseer una inclinación que permita la
formación de un flujo crítico en la garganta, y los costos de construcción van a depender
de las características de la descarga, dado que estas influyen en el tipo de material de
construcción como de las dimensiones en el diseño. (Saenz, 1978)
X. Cadena de custodia
E.2.3.3 Debe seguirse una cadena de custodia para los muestreos que se realicen
porque para asegurar la integridad de la muestra desde su recolección hasta el reporte de
datos. Los procedimientos de una cadena de custodia son:
· Rótulos de muestras
· Sellos de muestras
21
· Libro de registro de muestras
· Registro de la carta de custodia
· Hoja de remisión de muestras
· Transporte de las muestras al laboratorio
· Recepción y registro de muestras
· Análisis de las muestras (Ambiete, 2000)
E.2.3.3.1 Rótulos de muestras
Deben usarse etiquetas para evitar la confusión de muestras. La cinta de enmascarar
es adecuada para este propósito. En la etiqueta debe incluirse la siguiente información:
· Número de la muestra
· Nombre del colector
· Fecha y hora del muestreo Los rótulos deben colocarse antes del período de
muestreo
. Deben escribirse con tinta indeleble a la hora del muestreo. (Ambiete, 2000)
E.2.3.3.2 Sellos de muestras
Deben sellarse las muestras para impedir pérdidas y evitar la falsificación. La cinta
de enmascarar se puede utilizar para este propósito. Debe colocarse la misma
información del rótulo. (Ambiete, 2000)
E.2.3.3.3 Libro de registro
Toda la información pertinente al trabajo de campo o muestreo debe consignarse en
un libro de registro. Como mínimo debe incluir la siguiente información:
· Propósito del muestreo
22
· Localización del punto de muestreo
· Nombre y dirección del contacto en el campo
· Propietario de la muestra
· Tipo de muestra
Debe identificarse el proceso que produce el vertimiento. También debe proveerse la
composición de la muestra, incluidas concentraciones, número y volúmenes de muestras
tomadas, descripción del punto y método de muestreo, fecha y hora de la recolección,
nombre del colector, número de identificación del colector, método de transporte,
referencias -mapas o fotografías del sitio de muestreo-, observaciones y medidas de
campo y firmas del personal responsable. Debido a que las situaciones de muestreo
varían ampliamente, en general no es necesario incluir toda esta información en el libro
de registro. Es deseable anotar suficiente información que permita la reconstrucción del
muestreo sin apelar a la memoria del responsable de la recolección. El libro de registro
debe protegerse y mantenerse en sitio seguro.
Según (Ambiete, 2000).Tratamiento de Aguas Residuales Municipales (Pág. E.20
E.2.3.3.4) Carta de custodia Su objetivo es determinar un punto del proceso en el que se
pudo cometer un error. Debe llenarse la carta de custodia que acompaña a cada muestra
o grupo de muestra. Esta incluye la siguiente información:
·Número de la muestra
· Nombre del responsable de la recolección
· Firma del responsable del muestreo
· Fecha, hora y dirección del sitio de muestreo
· Tipo de muestra
23
· Fecha de envío al laboratorio y recepción
· Forma de envío
· Firmas de las personas involucradas en el manejo de la muestra, incluida la fecha de
su manipulación E.2.3.3.5 Hoja de remisión de muestras La muestra se le asigna una
hoja de remisión. La persona responsable del muestreo debe llenar su parte
correspondiente. El personal de laboratorio debe completar la siguiente información:
· Nombre de la persona que recibe la muestra
· Número de la muestra
· Fecha de recibo de la muestra
· Ensayos por realizar
E.2.3.3.6 Transporte de la muestra al laboratorio La muestra debe ser transportada al
laboratorio lo más pronto posible y debe ir acompañada con la carta de custodia y la hoja
de remisión de la muestra. (Ambiete, 2000)
E.2.3.3.7 Recepción y registro de la muestra En el laboratorio se recibe la muestra y
debe inspeccionarse sus condiciones de seguridad; deben revisarse los sellos y rótulos y
deben compararse con lo consignado en la carta de custodia. Posteriormente se le debe
asignar un número interno, se inscribe en el libro de registro de muestras del laboratorio,
y debe almacenarse en un lugar seguro. (Ambiete, 2000)
E.2.3.3.8 Análisis de la muestra El supervisor del laboratorio debe asignar la muestra
para su análisis. El supervisor o el analista son responsables por el cuidado y custodia
de la muestra. (Ambiete, 2000)
24
Tabla 1 Resumen De Muestreo O Requerimiento Para El Manejo De Preservación Y Almacenamiento De Muestras.
Fuente: (Ambiete, 2000) pág. E 21
25
Tabla 2 Resumen De Muestreos Especiales o Requerimientos Para el Manejo De Preservación y Almacenamiento De Muestras.
Fuente: (Ambiete, 2000) pág. E 22
26
Tabla 3 Resumen De Muestreos Especiales O Requerimientos Para El Manejo De Preservación Y Almacenamiento De Muestras.
Fuente: (Ambiete, 2000) pág. E 23
XI. Métodos de muestreo
Hay dos tipos de muestreo según (Saenz, 1978) afirma que son:
Muestreo manual: El muestreo manual requiere de un mínimo de equipo, pero para
programas de muestreo a gran escala o de rutina puede ser excesivamente costoso y de
manejo dispendioso.
Muestreo automático: Los equipos de muestreo automático pueden eliminar errores
humanos, inherentes al muestreo manual, reducen los costos y permiten aumentar la
frecuencia del muestreo. El muestreador no debe contaminar las muestras, es el caso de
los recipientes plásticos incompatibles para almacenar muestras que contienen
27
compuestos orgánicos y que solubilizan los componentes plásticos. En algunos casos un
muestreador manual con recipiente de vidrio puede resultar más adecuado. Programar el
muestreador automático de acuerdo con las especificaciones del mismo y las
necesidades del muestreo, ajustar cuidadosamente las velocidades de la bomba y los
tamaños de los tubos según el tipo de muestra a tomar.
XII. Recipientes para las muestras
Los instrumentos de muestreo adecuados son esenciales para realizar un buen
muestreo y para las buenas prácticas de laboratorio según Pirry (Gy, 1992) “recomienda
cucharones y espátulas planos con lados paralelos, para evitar el muestreo preferencial
de partículas gruesas. Adicionalmente, debe considerarse y evitar la introducción de
errores en el laboratorio, debidos a un mal diseño de cortadores de rifle, espátulas y otras
herramientas usadas en la preparación de sub muestras para análisis” US EPA 1999,Gy
1992
A continuación se mencionan criterios generales para la selección de herramientas,
así como ejemplos de algunos materiales comunes para el muestreo
XIII. Número de muestras
Según (Saenz, 1978) debido a las variaciones aleatorias tanto del procedimiento
analítico como la presencia de un constituyente en el punto de muestreo, una muestra
simple puede ser insuficiente para obtener el nivel deseado de incertidumbre. Si la
desviación estándar de todo el proceso es conocida, el número de muestras requeridas
puede ser calculado a través de la siguiente relación:
28
N>= (ts/U)^2
Donde:
N = número de muestras,
t = prueba t de Student para un nivel de confiabilidad dado,
s = desviación estándar global, y
U = nivel aceptable de incertidumbre.
El cálculo del número de muestras se puede consultar en (Methods, 1995) la Figura
1060:1, (pág. 1-2)
XIV. Cantidad
Para la mayoría de análisis físicos y químicos tomar 2 L de muestra. Para
determinados análisis puede ser necesario un mayor volumen de muestra. Para pruebas
químicas, bacteriológicas y microscópicas se deben tomar muestras por separado debido
a que los métodos de recolección y manejo son diferentes. Colectar siempre un volumen
de muestra suficiente en el recipiente adecuado que permita hacer las mediciones de
acuerdo con los requerimientos de manejo, almacenamiento y preservación. (Saenz,
1978)
XV. Preservación de muestras
El tiempo que transcurre desde que se toma la muestra hasta su llegada al laboratorio
puede conducir a cambios físico químicos, bioquímicos y biológicos dentro del envase,
lo que producirá un cambio en la calidad intrínseca de la muestra. Por consiguiente, es
necesario preservar la muestra antes de su envío para prevenir o minimizar estos
cambios.
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Los métodos de preservación son relativamente limitados y tienen por objetivo:
a. Retardar la acción biológica
b. Retardar la hidrólisis de compuestos y complejos químicos.
c. Reducir la volatilidad de los constituyentes
La preservación de las muestras es difícil debido a que casi todos los persevantes
interfieren de una u otra manera con algunas de las pruebas analíticas, por ello lo ideal es
realizar los análisis de manera inmediata. El almacenamiento a baja temperatura es
quizá la mejor manera de preservar la mayoría de muestras por 24 horas. En todo caso
solo se deben usar persevantes químicos cuando ellos no interfieran con los análisis a
realizarse.
Ningún método de preservación es enteramente satisfactorio por los que debe
seleccionarse el preservantes teniendo en consideración las determinaciones a ser
efectuadas. Las técnicas de preservación incluyen:
• Protección contra la incidencia de la luz solar,
• Adición de persevantes químicos,
• Disminución de la temperatura para retardar las reacciones,
• Congelación de la muestra, etc.
Las técnicas de preservación solamente retardan los cambios químicos y biológicos
que sobrevienen inevitablemente al remover la muestra de la fuente original. Los
cambios que ocurren en una muestra pueden ser químicos o biológicos. Los cationes
metálicos pueden precipitarse como hidróxidos o formar complejos con otros
30
constituyentes; los cationes y aniones pueden cambiar su estado de valencia bajo ciertas
condiciones de reducción u oxidación; otros constituyentes pueden disolverse o
volatilizarse con el transcurso del tiempo. Los cationes metálicos tales como hierro y
plomo, pueden ser absorbidos en superficies (vidrios, plásticos cuarzo, etc.).
Los cambios biológicos en una muestra pueden transformar la valencia de un
elemento o radical en otra valencia distinta. Los constituyentes solubles pueden
convertirse en materiales ligados orgánicamente en estructuras celulares o la destrucción
de células por lisis puede resultar en la descarga de materia celular en una solución. Los
ciclos de nitrógeno y fósforo son ejemplos de influencia biológica en composición de
muestras.
Los métodos de preservación se limitan usualmente al control de pH, adición
química, refrigeración y congelación. . En general, la refrigeración a temperaturas
cercanas al punto de congelación o más bajas es la mejor técnica de conservación
disponible, pero no resulta aplicable a todo tipo de muestras.
Algunas características físico, químicas o biológicas del agua tienden a ser afectas por
el almacenamiento de la muestra antes del análisis. Ciertos cationes están sujetos a
pérdidas por adsorción o intercambio iónico por parte de las paredes del recipiente.
Estos incluyen el aluminio, cadmio, cromo, cobre, hierro, plomo, manganeso, plata,
zinc, etc lo cuales son mejor preservados por la adición de ácido nítrico hasta lograr un
pH menor de 2.0 con lo que se logra minimizar la precipitación y adsorción en las
paredes del recipiente.
31
La temperatura tiende a cambiar rápidamente afectando al pH significativamente en
cuestión de minutos, así como a los gases disueltos que pueden perderse (oxigeno,
dióxido de carbono). Por ello, las determinaciones de temperatura y gases disueltos
deben realizarse en el campo.
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