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Tema: Medidores de Flujo para canales abiertos

Escuela Superior de ingenierías

Seminario III: “Instrumentación y Control”

Alumno: Alejandro Melgar Coli


Instrumentación y control

Tabla de contenido

Introducción:____________________________________________________________3

Desarrollo:______________________________________________________________4

Tipos de Vertederos______________________________________________________5

Principios de funcionamiento de los medidores___________________________10

Caudal (fluido)__________________________________________________________10

Canal abierto___________________________________________________________11

Aplicaciones de sistemas abiertos (vertederos o canal Parshall)___________12

Caudalimetro___________________________________________________________15

Speedy_________________________________________________________________17

Canaleta Parshall_______________________________________________________18

Canaleta H______________________________________________________________18

Canaleta palmer bowlus_________________________________________________18

Ultrasónico para canal abierto___________________________________________18

Métodos Empleados para Medir el Caudal en un Canal Abierto:____________19

Clasificación de los Equipos de Medición Continúa de Caudal_____________23

Determinación del caudal de operación máximo y mínimo._________________26

Diseño de la Estructura__________________________________________________26

Especificaciones de construcción._______________________________________30

Normatividad___________________________________________________________31

ASTM D3858 - 95 (2008)__________________________________________________32

Conclusión:____________________________________________________________36

Alejandro Melgar Coli Página 2



Introducción:

El canal abierto es una construcción abierta a la atmosfera destinada al transporte de agua, hoy en día se utiliza en abastecimientos, en la agricultura, en los sistemas de alcantarillado e incluso en las depuradoras, a lo largo de un canal se pueden encontrar diferentes dispositivos que permiten controlar el caudal y el nivel de agua que se transporta a través. Así por ejemplo nos encontramos con vertederos que son estructuras que se utilizan para mantener el nivel de agua en el canal y medir el caudal que circula como el mismo.- compuertas son dispositivos destinados a regular el paso del agua en el canal.- sifón, se utiliza como dispositivo de seguridad para evitar que los canales se desborden y para transporta el agua a través del depresiones del terreno por ejemplo la que se produce en los valles.- canal Parshall, sirve también para medir el caudal cuando el agua que circula contiene una gran cantidad de partículas en suspensión.- Presas, se utilizan para contener/embalsar el agua de un cauce fluvial, que posteriormente puede utilizarse para obtener energía en centrales hidroeléctricas




Desarrollo:

En la medición del caudal en canales abiertos, se utilizan vertederos de formas variadas que provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto más bajo. El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección del caudal y el canal de aguas arriba debe ser recto como mínimo en una distancia de diez veces la anchura. La diferencia de alturas debe medirse en un punto aguas arriba lo suficientemente alejado como para no ser influido por la curva de bajada de la superficie del agua y es conveniente incluso utilizar un pozo de protección (tubería de diámetro ligeramente mayor que el flotador) para el flotador del instrumento de medida, caso de utilizar este sistema.

El caudal es proporcional a la diferencia de alturas según la formula general empírica:

Q= caudal en m3/s;

K= Constante que depende del tipo de vertedero;

I= Anchura de la garganta del vertedero en “m”;

H= Diferencia máxima de alturas en “m”;

n= exponente que depende del tipo de vertedero o canal.




Tipos de Vertederos

a) Rectangular

El tipo rectangular con contracción lateral simple y fácil de construir y el más económico. Es apto para la medida de caudales de 0-60 m3/h a 0-2000 m3/h. la fórmula de medida de caudales que suele usarse es la de Francis:

I= anchura del rectángulo (canal) en m.

0.2 H viene sustituido por 0.1H si no hay contracción del manto vertido.




b) Triangular

El triangular o en V; consiste en una placa con un corte en V de vértice dirigido hacia abajo y con cada lado igualmente inclinado respecto a la vertical. A igualdad de tamaño, su campo de medida es más amplio que el de otros vertederos. Es capaz de medir caudales dentro del intervalo de 0-30 m3/h a 0-2300 m3/h la formula empírica aplicable es:




c) Cipolleti o Trapezoidal

El tipo cipolleti o trapezoidal con la ranura en forma de trapecio invertido. La pendiente de los lados del trapecio corrige las contracciones laterales del manto de agua y el caudal es por lo tano proporcional a la altura de la cresta. Su campo de medida equivale al vertedero rectangular. La fórmula empírica es:




d) Parshall

El vertedero parshall o Venturi se emplea normalmente en aquellas aplicaciones en las que un vertedero normal no es siempre adecuado tal como ocurre cuando el líquido transporta solidos o sedimentos en cantidad excesiva, o bien cuando no existe altura de presión suficiente o bien cuando no es posible construir un tramo recto de longitud suficiente (un mínimo de 10 veces la anchura del canal). Puede utilizarse para caudales superiores 0-30 m3/h.

El vertedero Parshall es de forma parecida al tubo Venturi, consiste en paredes verticales y con el suelo inclinado en la estrangulación; la descarga del fluido puede presentarse de 2 formas: caudal libre cuando la elevación del agua después de la estrangulación es lo suficientemente baja como para impedir que el agua que se descarga retorne hacia atrás y no siga suavemente el perfil del elemento Parshall; Caudal sumergido cuando el agua está a demasiada altura después de la estrangulación y vuelve hacia atrás; la condición del caudal libre se tiene cuando la relación de las alturas de cresta en la parte plana y en la parte final del elemento, referidas al nivel plano Hu/Hd. La ecuación empírica del vertedero Parshall es:




Tabla de constantes del vertedero Parshall:

Un instrumento flotador mide la diferencia de alturas dada y puede indicar, regular y registrar directamente el caudal o bien transmitirlo a distancia con un transmisor del tipo potenciometrico o neumático de equilibrio de movimientos, o digital




Principios de funcionamiento de los medidores

Es el fenómeno físico en que se basa el medidor, y es una característica de diseño. Para los medidores de caudal volumétricos, los principales sistemas son presión diferencial, área variable, velocidad, tensión inducida, desplazamiento positivo y vórtice. Para los másicos se deben destacar el sistema térmico y el sistema basado en la fuerza de Coriolis.

Aunque también podríamos decir que podemos clasificarlo de acuerdo a si es una corriente libre, o una corriente en tubería.

Caudal (fluido)

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

El caudal de un río puede calcularse a través de la siguiente fórmula:

Dónde:

• Q Caudal ([L3T_1]; m3/s)• A Es el área ([L2]; m2)• £Es |a velocidad lineal promedio. ([LT1]; m/s)

Dada una sección de área A atravesada por un fluido con velocidad uniforme, si esta velocidad forma con la perpendicular a la superficie A un ángulo 0, entonces el flujo se calcula como




Canal abierto

Es un sistema que se encuentra en contacto con la atmósfera, también se dan en medios naturales como: un río, un arroyo, inundaciones y en medios artificiales o los creados por el hombre como: las canaletas, alcantarillas y vertederos.

También se dice que un canal abierto es un conducto por el que se desliza un líquido mediante una fuerza de gravedad ejercida sobre la masa del líquido o fluido, donde la velocidad en la superficie va ser cero y si existe un flujo secundario entonces la velocidad mayor se da en el centro esto es por sus condiciones de no deslizamiento.

Para los casos en los que el canal abierto sea horizontal o tenga una pequeña pendiente, se puede aplicar la ecuación de la conservación de energía de Bernoulli entre dos puntos de una misma línea de corriente (Figura 1.3):

Donde z es la altura del fondo del canal, y la profundidad del fluido en el canal, v la velocidad del fluido, g la gravedad y h12 las pérdidas por fricción entre los puntos 1 y 2.




En la mayoría de los casos, la velocidad de aproximación del flujo v1 (aguas arriba del vertedero) suele despreciarse por ser muy pequeña en comparación con v2. Además se suele hacer la aproximación de a1=a2=1. Despejando la ecuación anterior, nos queda:

Aplicaciones de sistemas abiertos (vertederos o canal Parshall)

El agua residual se puede transportar a la estación depuradora de dos maneras diferentes y en cada una de ellas se mide de forma diferente el caudal.

Estas son mediante canales abiertos con la superficie del líquido expuesto a la atmosfera y sistemas cerrados donde el líquido está dentro de un tubo que se mantiene generalmente llenos.

La medida del caudal en los sistemas abiertos es en función de la altura que alcanza el agua. El método utilizado consiste en estrechar la sección transversal del canal para acelerar la circulación, conocido el ancho del canal, la altura que alcanza el agua es función de su velocidad. A partir de la velocidad del líquido y de su sección podemos determinar el caudal.

Los sistemas de medida más empleados son los vertederos rectangulares o triangulares y los canales Parshall.




Los canales Parshall llevan incorporados o bien una regleta graduada o flotadores conectados al sistema de control cuyas subidas o bajadas nos indican las variaciones del caudal o bien sensores de eco ultrasónico.

Los medidores ultrasónicos se colocan por encima de donde se desea medir el nivel del agua, se envían ultrasonidos que se reflejan en la superficie del agua volviendo al aparato receptor.




Caudalimetro

Un caudalimetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También pueden llamarse medidores de caudal.

El sistema FlowCERT de Pulsar ofrece cualquier cosa que necesite para la medición ultrasónica sin contacto de caudal en canal abierto, con la mayor precisión de la industria. Diseñado para canales y vertederos, FlowCERT ofrece facilidades como medición y registros fiables independientes de la temperatura. Incluye cinco relés de alarma/control, sumados a una salida de 4-20 mA, registro de datos y entrada digital con capacidad de aceptar la entrada de un sensor de velocidad para las aplicaciones sin PDM. Programar la unidad es un proceso sencillo, guiado por menú. Cuenta con certificación MCERT clase 1 cuando se utiliza con DUET.

FlowCERT:

Caudal de alta precisión en vertederos, canales y área x velocidad

Características:

OCM más precisa del mundo (MCERT clase 1)

Se puede usar para área x velocidad

Guía de configuración rápida

La memoria integrada estándar proporciona 1




DUET

Transductor de eco ultrasónico doble Pulsar, proporcionan el sistema de medición de caudal Ultrasónico sin contacto de mayor precisión disponible.

Características:

Transductor exclusivo sin contacto patentado

Insensible a las variaciones de temperatura del aire

Banda muerta de 300 mm

Cuenta con certificación MCERT clase 1 cuando se utiliza con FlowCERT

La velocidad del sonido varía con el cambio de densidad del aire y, a medida que la temperatura varía, también lo hace el tiempo de demora de un eco en reflejarse desde el objetivo y, como consecuencia, la precisión de la medición se ve notablemente afectada. La compensación de temperatura de diversos tipos puede




ser de ayuda, pero depende considerablemente del buen posicionamiento y tiene una respuesta lenta. El gradiente de temperatura del aire entre la superficie líquida y el aire suele ser extenso, y los sensores de temperatura no representan la variación que existe en la densidad del aire. Solamente DUET presenta el enfoque exclusivo patentado de Pulsar con respecto a este tema. Ambos transductores se disparan simultáneamente. Gracias al monitoreo continuo de la diferencia de fase de los ecos, y debido a que la distancia entre las caras del transductor se conoce y es constante, la velocidad del sonido se actualiza continuamente a tiempo real como parte del proceso. Como consecuencia de ello, la precisión y estabilidad reflejadas, resultan excepcionales.

Speedy

Sensor de velocidad de agua

La última versión del popular sensor de velocidad “Speedy” de Pulsar, está destinado al uso en canales, tubos o secciones sin PMD (dispositivo de medición primario). El nuevo Speedy realiza todos sus cálculos de forma interna, con lo cual no precisa de una unidad de conversión externa.

Características

Sensor aerodinámico de fácil instalación

Para canales y tubos sin PMD

Opción de montaje sobre la base de la cuña o sobre el tubo

Los medidores de canal abierto funcionan cuando el fluido es impulsado por la gravedad y este se retiene en una canaleta elevando su nivel. Este nivel es convertido a flujo, este flujo es proporcional al nivel dependiendo de la canaleta. Se necesitan dos cosas, el




medidor de flujo que es la parte generalmente electrónica y la canaleta que determina la curva de flujo que esta en función del nivel medido.

Canaleta Parshall

Dependiendo del volumen de flujo a manejar se selecciona el tamaño de la garganta y en base a esta garganta se tiene el tamaño apropiado de canaleta. están hechas en fibra de vidrio reforzado con las dimensiones estándar para cada garganta, listas para empotrarse en el canal. son auto limpiarles al no acumular sólidos.

Canaleta H

Manejan un más amplio rango de flujo a medir, y necesitan una mayor caída a la salida.

Canaleta palmer bowlus

Manejan un rango más definido y corto de lectura. son pequeñas ideales para flujos constantes puntuales.

Ultrasónico para canal abierto

Permite el cálculo de flujo instantáneo y acumulado junto con las canaletas, programable para todo tipo de canaletas.

El volumen de agua que entra en las depuradoras es un criterio importante para un control efectivo de este complejo sistema. Según el volumen de aguas residuales, se requiere una cantidad de aire distinta en los depósitos de aireación.




La cantidad de aire producida controla la actividad de las bacterias que descomponen los agentes contaminantes. Para evitar que se ensucien los sensores debido al elevado contenido en sólidos de las aguas residuales, se recomienda una medición sin contacto del caudal.

Medidor por ultrasonidos:

El tiempo entre la emisión de la onda y la recepción del eco es proporcional al nivel.

Hay que evitar que existan obstáculos en el recorrido de las ondas. Son sensibles al estado de la superficie del líquido (espuma).

Estructuras para medir caudales en canales abiertos

Métodos Empleados para Medir el Caudal en un Canal Abierto:

Orificios Sumergidos.

Molinetes.

Flotadores.

Trazadores.

Medidores de Velocidad Ultrasónicos.

Método Directo.

Estructuras Permanentes.




Relación altura de m3/s

Flume-1 (modification to improve accuracy) - Revision 8

Water level atgage, h1

Head, m

Discharge, cu. m/s

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

Flume-1 (modification to improve accuracy) - Revision 8

Water level atgage, h1

Head, m

Discharge, cu. m/s

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

El flujo en estructuras de medición de caudales puede ser:

Por desbordamient o:

Vertederos de pared delgada.

Vertederos de pared ancha.

Por contracción:

Medidores a régimen crítico




Clasificación de los Equipos de Medición Continúa de Caudal




Diseño de la estación de aforo.




Reconocimiento de campo y selección del punto de aforo.

Trayectoria del canal hasta el punto de inmisión.




Determinación del caudal de operación máximo y mínimo.Ecuación para el cálculo de crecientes en cuencas pequeñas (A<1 Km2)

C: coeficiente de escorrentía.

i: intensidad promedio de lluvia en mm/h.

A: superficie de cuenca en Km2.

Q: Caudal en m3/s

Q = (0.7)(20mm/h)(0.2 Km2) / 3.6

Q = 0.77 m3/s = 770 l/s

Entonces se escoge para el diseño

Qmax = 800 l/s.

El caudal mínimo de operación es igual a la menor capacidad de tratamiento de efluentes de la planta Qmin » 210 m3/h (60 l/s).

Diseño de la Estructura

Diseño empleando “Winflume Versión 1.05”

Permite la calibración de estructuras de medición de flujo existentes.

Puede usarse para diseñar nuevos medidores de flujo en un canal existente.




Consideraciones geométricas e hidráulicas para el diseño con Winflume:

1. Condiciones existentes en el canal

Rango de caudales

Influencia de alguna estructura de control corriente arriba.

Numero de Froude uniforme.

Pendiente de solera y sección transversal del canal

Material y rugosidad de paredes del canal (coeficiente de Manning).

2. Condiciones recomendadas para el punto de aforo

Las Estructuras Canal Arriba:

Borde libre (Freeboard) requerido en condiciones de máximo flujo.

Los Niveles del Canal Aguas Abajo (Canal de Cola):

Transporte de Sedimentos:

3. Método de contracción.

4. Dimensiones sugeridas del aforador

Altura de la cresta p1:

La longitud de canal de acceso:

La longitud de la transición convergente:

La longitud de la sección de control:

Pendiente de la sección después de la garganta:

5. Criterio de pérdida de carga

6. Método de medición de cabezal

7. Regla calibrada a emplearse.




Procedimiento de Cálculo del Software

Los cuatro criterios primarios son:

1) El Número de Froude del canal aguas arriba debe ser menor de 0.5

2) El bordo libre (freeboard) canal arriba en flujo máximo debe reunir los requisitos especificados por el usuario.

3) Tirante aguas abajo aceptable menor al tirante en condiciones de flujo mínimo.

4) Tirante aguas abajo aceptable menor al tirante en condiciones de flujo máximo

Los criterios del diseño secundarios son:

1) El diseño debe reunir los requisitos de exactitud a flujo mínimo.

2) El diseño debe reunir los requisitos de exactitud a flujo máximo.




Especificaciones de construcción. Armadura de acero en la solera:

Drenaje:

Regla limnimetrica graduada:

Marcación del punto de nivel cero:

Posibles Problemas Técnicos y Mantenimiento:

Verificación de las dimensiones después de construcción.

Nivelación de la estructura con respecto al canal existente.




NormatividadASTM D 5089:1995 Standard Test Method for velocity measurements of in open channels whit electromagnetic current meters.

ASTM D 5640:1995 Standard guide for selection of weirs and rumes for open channels flow

ISO 4064:2005 Measurements of water flow in fully charged closed conduits meter for cold potable water and hot water. Part 1 Specifications.

Importancia y uso

Se utiliza en particular para la medición de la velocidad en un punto en un canal abierto como parte de un área-velocidad de desplazamiento para determinar el caudal de agua. Para este fin, debe ser usado en conjunción con el Método de Prueba D 3858. Una sonda de un solo eje con la respuesta coseno será suficiente para la mayoría de estas aplicaciones.

También útil en aplicaciones en las que la propia velocidad (en vez de un caudal volumétrico) es el producto final deseado.

. Alcance

1.1 El uso de medidores de corriente electromagnética de un eje o de dos ejes para la medición de la velocidad del agua en canales abiertos.

1.2 Este método cubre sólo estos componentes y las dependencias de los sistemas de corriente-metros de canal abierto portátiles, que se requieren habitualmente cuando un operador está en la asistencia.

1.3 Los valores indicados en unidades pulgada-libra deben ser considerados como los estándares. Los valores entre paréntesis son conversiones matemáticas a unidades SI que se proporcionan a título indicativo y no son considerados estándar.

1.4 Esta norma no pretende dirigir todas las inquietudes sobre seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es la responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.




2. Documentos de referencia

ASTM Normas

D1129 Terminología Relativa al Agua

D2777 Práctica para la determinación de la precisión y sesgo de los métodos de prueba aplicables del Comité D19 sobre Agua

D3858 Método de prueba para flujo en canales abiertos de medición de agua por el método de área-velocidad

D4409 Método de prueba para Mediciones de velocidad del agua en canales abiertos con el elemento giratorio Medidores de Corriente

Normas ISO

ISO3455 Medición de flujo líquido en canales abiertos - Calibración de Medidores de Rotación de elementos actuales en rectas depósitos abiertos

ASTM D3858 - 95 (2008)

ASTM D3858 - 95 (2008) Método de prueba estándar para el flujo en canales abiertos de medición de agua por el método de área-velocidad

Importancia y uso

Este método de ensayo se utiliza para medir la tasa de volumen de flujo de agua en movimiento en ríos y arroyos y se mueve sobre o a través de grandes estructuras hechas por el hombre. También se puede utilizar para calibrar tales estructuras de medición como presas y canales. Las mediciones se pueden hacer de puentes, instalaciones de cables, o los barcos, vadeando, o bien a través de agujeros en la capa de hielo.

Este método de ensayo se utiliza en combinación con determinaciones de física, química, y la calidad biológica y cargas de sedimentos en donde la velocidad de flujo es un parámetro necesario.

1. alcance1.1 Este método de ensayo cubre la medición de la tasa de volumen de flujo

de agua en los canales abiertos por la determinación de la velocidad de flujo y el área de la sección transversal y calculando el mismo de descarga (Refs (1-7)).

1.2 Los procedimientos descritos en este método de ensayo son ampliamente utilizados por los responsables de la recogida de datos de




caudal, por ejemplo, el Servicio Geológico de EE.UU., Oficina de Reclamación, EE.UU. Cuerpo de Ingenieros del Ejército, el Departamento de Agricultura de EE.UU., Agua Encuesta de Canadá, y muchos agencias estatales y provinciales. Los procedimientos son en general de los documentos internos de las agencias mencionadas más arriba, que se han convertido en los estándares de facto que se utiliza en América del Norte.

1.3 Este método de ensayo cubre el uso de medidores de corriente para medir la velocidad del flujo. Mediciones de descarga se pueden hacer para establecer los valores individuales aislados, o se pueden hacer en conjuntos o en una serie en varias etapas o elevaciones del nivel de agua para establecer una relación altura-caudal en un sitio. En cualquiera de los casos, el mismo método de ensayo es seguido para la obtención de datos de campo y el cálculo de la descarga.

1.4 Mediciones para el propósito de determinar la descarga en las pruebas de eficiencia de turbinas hidráulicas se especifican en la Comisión Electrotécnica Internacional de publicación 41 para las pruebas de aceptación de campo de turbinas hidráulicas, y no se incluyen en este método de ensayo.

1.5 Los valores indicados en unidades pulgada-libra deben ser considerados como los estándares. Los valores entre paréntesis son conversiones matemáticas a unidades SI que se proporcionan a título indicativo y no son considerados estándar.

1.6 Esta norma no pretende dirigir todas las inquietudes sobre seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es la responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso

11.3.3 Procedimientos de medición

Los flotadores deben distribuirse de manera uniforme a todo lo ancho de la corriente; se deben realizar entre 15 y 35 mediciones con flotadores. Cuando se usan flotadores naturales se deben hacer 20 mediciones como mínimo, en diversas posiciones de la sección del río.

El flotador deberá lanzarse a suficiente distancia, aguas arriba de la sección transversal superior, para que pueda alcanzar una velocidad constante antes de llegar a la primera sección transversal. El tiempo en que el flotador atraviesa cada una de las tres secciones transversales se registrará por medio de un cronómetro. Este procedimiento se debe repetir con cada uno de los flotadores distribuidos a todo lo largo de la




corriente. La distancia entre el flotador y la orilla al paso de cada una de las secciones transversales puede ser determinada mediante métodos ópticos adecuados. La profundidad de la corriente en ciertos puntos en la sección transversal se puede determinar mediante métodos de topografía.

11.3.4 Cálculo de la velocidad

La velocidad del flotador es igual a la distancia que separa las secciones transversales divididas por el tiempo invertido en recorrerla. La velocidad corregida del flujo en cada sección es igual a la velocidad del flotador multiplicada por un coeficiente basado en la forma del perfil vertical de las velocidades y en la profundidad relativa de inmersión del flotador. El coeficiente que debe aplicarse a la velocidad medida se debe determinar en lo posible, para cada sitio, por medio de un análisis de las mediciones del caudal efectuadas por el método del molinete.

11.3.5 Cálculo del caudal

El caudal en cada tubo de corriente, o sección, se calcula multiplicando la sección transversal media del tubo de corriente por la velocidad media del flujo en el tubo de corriente. El caudal total será igual a la suma de caudales de cada una de las secciones.

11.4 Medición del caudal por el método de dilución

La medición del caudal por este método depende de la determinación del grado de dilución en el río de una solución trazadora que se añade. El método se recomienda únicamente en lugares donde no se puedan emplear los métodos tradicionales, debido a la poca profundidad de la corriente, a grandes velocidades, turbulencia excesiva o presencia de sedimentos. Los dos métodos principales que emplean sustancias trazadoras son: el método de inyección a ritmo constante y el método de inyección instantánea.

11.6 Cálculo del caudal por métodos indirectos

11.6.1 Generalidades

En los períodos de crecida a veces es imposible medir el caudal directamente debido a una variación muy rápida del caudal, a grandes velocidades de la corriente, al arrastre de restos sólidos, a profundidades o anchos demasiado amplias o porque las inundaciones hacen intransitables las carreteras o impiden el acceso a las estructuras de medición. En estas condiciones resulta todavía posible, sin embargo, determinar el caudal máximo cuando la crecida ha descendido,




mediante cálculos que combinan principios hidráulicos bien establecidos con observaciones sobre el terreno de las condiciones del cauce y de los niveles más elevados alcanzados durante la crecida. Todos estos métodos implican la solución simultánea de las ecuaciones de continuidad y de energía.

11.8.2 Método del bote móvil

En este método, se instala en un bote un molinete especialmente diseñado que indica los componentes de la corriente y los valores instantáneos de la velocidad.

11.8.3 Método ultrasónico (acústico)

El principio del método ultrasónico consiste en medir la velocidad de la corriente a una cierta profundidad, transmitiendo simultáneamente ondas sonoras a través del agua mediante transductores colocados en ambos lados del río.

11.8.4 Método electromagnético

El movimiento del agua que fluye en un río corta la componente vertical del campo magnético terrestre, por lo que una fuerza electromotriz (fem) es inducida en el agua, y se puede detectar y medir con dos electrodos.




Conclusión:

Se ha logrado realizar un inventario de los aforadores más conocidos, comparar las ventajas y desventajas de estos e identificar el más adecuado para su utilización en el área de aplicación.

VENTAJAS

La construcción de vertederos es por lo general de bajo costo.

Su construcción es sencilla, se lo hace con material delgado o planchas de metal.

Los usuarios del agua pueden verificar la medición del caudal.

Se mantiene libre de obstrucciones gracias a su geometría y la velocidad en la garganta.

El gasto no está influenciado por la velocidad de llegada.

Las pérdidas de carga son insignificantes frente a otras estructuras

Su uso está recomendado tanto para el aforo de canales de riego, canales de drenaje, como de ríos pequeños.

DESVENTAJAS

No debe usarse para mediciones de alta precisión.

Se recomienda su uso en condiciones de velocidad de acceso muy grande, haciendo correcciones por velocidad.

Para su buen funcionamiento se requiere de una calibración en laboratorio.

Los cuerpos flotantes no pueden pasar con facilidad y pueden causar daños que afecten la exactitud.

La medición es imposible cuando el nivel de aguas abajo se eleva por encima de la cresta del vertedero.

La pérdida de carga es considerable




Los pequeños aforadores requieren una pequeña perdida de carga para la medición de flujo libre, aunque las calibraciones de flujo sumergido son confiables no es recomendable diseñar aforadores para flujo no modular.

La medición del caudal de efluentes de REE, permitirá hacer una evaluación constante respecto a la eficiencia con que se maneja el recurso hídrico, no tanto por el costo del tratamiento del agua, sino por el costo ambiental implicado.

Después de analizar algunos lugares a lo largo del canal drenaje de efluentes, finalmente se pudo seleccionar un punto apropiado para la instalación de la estructura de aforo.

Se ha llegado a identificar las características físicas e hidráulicas del punto de aforo.

Se puede definir la estructura de aforo más adecuada en el sistema analizado y a las condiciones del lugar.


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