SERIE AUTODIDCTICA DE MEDICIN DEL AGUA

MTODOS Y SISTEMAS DE MEDICIN DE GASTO Autor: Ochoa A. L.

Revisores: Jurez N. R. Y Monjardn P.L. Editor: Ochoa A. L.

SEMARNAP CNA IMTA

SUBDIRECCIN GENERAL DE ADMINISTRACIN DEL AGUA

COORDINACIN DE TECNOLOGA HIDRULICA

CCoommiissiinn NNaacciioonnaall ddeell AAgguuaa,, CCNNAA IInnssttiittuuttoo MMeexxiiccaannoo ddee TTeeccnnoollooggaa ddeell AAgguuaa,, IIMMTTAA EEddiittaa:: CCoommiissiinn NNaacciioonnaall ddeell AAgguuaa,, SSuubbddiirreecccciinn GGeenneerraall ddee AAddmmiinniissttrraacciinn ddeell AAgguuaa GGeerreenncciiaa ddee RReeccaauuddaacciinn yy ccoonnttrrooll SSuubbggeerreenncciiaa ddee IInnssppeecccciinn yy MMeeddiicciinn IInnssttiittuuttoo MMeexxiiccaannoo ddee TTeeccnnoollooggaa ddeell AAgguuaa CCoooorrddiinnaacciinn ddee TTeeccnnoollooggaa HHiiddrruulliiccaa SSuubbccoooorrddiinnaacciinn ddee HHiiddrruulliiccaa RRuurraall yy UUrrbbaannaa EEllaabboorraa:: GGrruuppoo ddee HHiiddrruulliiccaa RRuurraall yy UUrrbbaannaa ddeell IIMMTTAA GGrruuppoo ddee IInnssppeecccciinn yy MMeeddiicciinn ddee llaa CCNNAA IImmpprriimmee:: IInnssttiittuuttoo MMeexxiiccaannoo ddee TTeeccnnoollooggaa ddeell AAgguuaa IISSBBNN 996688--77441177--6644--11

PARTICIPANTES En la realizacin de este documento , colaboraron: Especialistas del Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua (1), y de la Subdireccin General de Administracin del Agua de la Comisin Nacional del Agua, CNA (2).

Autor: Leonel H. Ochoa Alejo Revisores: Ral Jurez Njera y Leticia N. Monjardn Pacheco Editor: Leonel H. Ochoa Alejo Para mayor informacin dirigirse a:

SUBGERENCIA DE INSPECCIN Y MEDICIN

GERENCIA DE RECAUDACIN Y CONTROL

Subdireccin General de Administracin del Agua

Insurgentes Sur # 1969, 1er piso, Colonia Florida CP. 01030, Mxico D.F.

Tel. (01) 56-61-83-81, Fax. (01) 56-61-71-49, Email: rmerino@sgaa.cna.gob.mx

SUBCOORDINACIN DE HIDRULICA

RURAL Y URBANA COORDINACIN DE TECNOLOGA

HIDRULICA Paseo Cuauhnhuac # 8532, Colonia

Progreso, CP. 62550, Jiutepec, Morelos Tel. y Fax (017) 3-19-40-12, Email:

nahung@tlaloc.imta.mx

Derechos reservados por: Comisin Nacional del Agua, Insurgentes Sur # 2140, ermita San Angel, CP. 01070, Mxico D.F. e Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua, Paseo Cuauhnhuac # 8532, Colonia Progreso, CP. 62550, Jiutepec, Morelos. Esta edicin y sus caractersticas son propiedad de la Comisin Nacional del Agua y del Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua.

PREFACIO El 1 de diciembre de 1992 se public en el Diario Oficial de la Federacin, La Ley de Aguas Nacionales, en donde se exponen los artculos 7-VIII, 26-II, 29-V-VI, 119-VII-X-XI, relacionados con la medicin del agua. Con base en esta Ley de Aguas Nacionales, la Comisin Nacional del Agua, CNA, a travs de la Subdireccin General de Administracin del Agua, desarrolla continuamente campaas de instrumentacin y medicin de caudales, con el fin de controlar y verificar las cantidades de agua asignadas en las concesiones a los diversos usuarios de las fuentes de abastecimiento. Ante esta situacin y a la dificultad que representa el uso de los diferentes aparatos de aforo, la CNA y el Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua, IMTA, han elaborado esta serie de documentos autodidcticos, para que el personal tcnico de dicha dependencia se capacite en el manejo de las tcnicas existentes de medicin de gasto, as como en el manejo de equipos y en los procedimientos de adquisicin y anlisis de datos. La serie autodidctica est enfocada a las prcticas operativas y equipos medidores que cotidianamente utiliza la CNA en sus actividades de verificacin de los equipos de medicin instalados en los aprovechamientos de los usuarios del agua y muestra las tcnicas modernas sobre: a) inspeccin de sitios donde se explota el agua nacional; b) verificacin de medidores de gasto instalados en las diversas fuentes de suministro o descarga de agua; c) procedimientos y especificaciones de instalacin de equipos; d) realizacin de aforos comparativos con los reportados por los usuarios; d) cuidados, calibracin y mantenimiento de los aparatos. En general, cada documento de la serie est compuesto por dos partes: a) un documento escrito, que describe los principios de operacin de un medidor particular, cmo se instala fsicamente, qu pruebas de precisin se requieren, cmo se hace el registro e interpretacin de lecturas y procesamiento de informacin, de qu manera hay que efectuar el mantenimiento bsico, cules son sus ventajas y desventajas, y que proveedores existen en el mercado; b) un disco compacto, CD, elaborado en el paquete Power Point de Microsoft, construido con hipervnculos, diagramas, fotografas, ilustraciones, segn lo requiera cada tema. Con estos serie de documentos se pretende agilizar el proceso de capacitacin a los tcnicos que realizan dichas actividades de medicin.

CONTENIDO

1. PARA QUIN Y POR QU? Y EVALA SI SABES 2. PRINCIPIOS DE HIDRULICA 3. FUNDAMENTOS MEDICIN 4. MEDIDORES 5. INSPECCIN A CONCESIONARIOS DE AGUA NACIONAL APNDICES:

A. Normatividad B. Unidades de Medida

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1. PARA QUIN Y POR QU?

PARA QUIN? Para los tcnicos de la Comisin Nacional del Agua dedicados a inspeccionar y verificar equipos de medicin de caudal y volumen instalados en los sistemas hidrulicos donde se explota el agua nacional. Tambin puede ser utilizado por el personal de instalaciones concesionadas, dedicados a mantener los equipos y a registrar datos de los volmenes y caudales que se consumen o se descargan.

PARA QU? a) Para verificar el funcionamiento

correcto de los medidores de agua existentes, segn el procedimiento especificado de aforo.

b) Estimar el volumen de agua extrado por el usuario.

c) Evaluar e interpretar adecuadamente los datos de medicin proporcionados por cada uno de los diferentes dispositivos y poder correlacionar las lecturas obtenidas a travs de las diferentes metodologas.

Uso de varios equipos para realizar aforos: aforadores de garganta larga, pitometra, placas orificio, ultrasnicos (tiempo en trnsito y efecto Doppler en superficie libre y a presin) y electromagnticos.

EVALUA SI SABES: - como identificar si un medidor - revisar que est bien instalado el medidor - realizar algunas pruebas primarias para saber si el medidor opera correctamente - contestar a las preguntas de vienen en la siguiente lista: respecto a sensibilizacin de tu papel

como inspector -- - Cules son etapas que debes realizar

en una inspeccin a un concesionario del agua nacional ?

- Cmo se elabora un dictamen tcnico de una inspeccin a un usuario del agua ?

respecto a tus conocimientos sobre

hidrulica - Cuntos litros tiene un metro cbico ? - Cules son los principios de hidrulica

que rigen el comportamiento del agua?

- Qu es carga de piezomtrica, carga de velocidad, flujo crtico, flujo turbulento, prdidas por cortante y gasto?

respecto a tus conocimientos sobre

medicin - Qu es exactitud y precisin? - Cuntos tipos de error puedes

cometer en una medicin? - Cules son los mtodos para medir

gasto? - Qu partes conforman un medidor? - Cuntos tipos de medidores existen?

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2. PRINCIPIOS DE HIDRULICA Desde hace varios siglos el ser humano ha tenido la necesidad de medir el comportamiento fsico del agua en reposo o movimiento. Es por ello que ha inventado muchos aparatos que registran la velocidad, la presin, la temperatura y el gasto de agua, entre otros. Todos estos ingeniosos dispositivos aprovechan los principios que rigen el comportamiento fsico del agua, de tal manera que es conveniente que t, como usuario de los equipos de medicin, los conozcas y los puedas interpretar, para que tu actividad como verificador de la CNA resulte de mejor calidad.

Los principios bsicos de la hidrulica son tres: a) Conservacin de masa o continuidad, b) conservacin de la energa y, c) Conservacin de la cantidad de movimiento.

Adems de los, existen otra serie de caracterizaciones fsicas del agua, que han sido determinadas para complementar estos principios, denominadas relaciones constitutivas. Algunas de ellas son densidad, velocidad, gasto, esfuerzo cortante, cargas hidrulicas, presin, nmero de Reynolds y Froude, flujo crtico etc. En esta seccin del manual conocers estos principios fundamentales de hidrulica y algunas de las relaciones constitutivas, para que puedas interpretar mejor el funcionamiento de los medidores de agua. 2,1 ALGUNAS PROPIEDADES DEL AGUA Y DE CONDUCTOS El agua posee ciertas propiedades fsicas que la distinguen de los otros elementos naturales y que se pueden cuantificar

mediante el uso de parmetros. Estas propiedades son inherentes al lquido y se mantienen, an si el agua se encuentra en movimiento o en reposo. Entre la principales propiedades fsicas del agua se encuentran las siguientes: Peso especfico, .- Es el peso del agua en un volumen unitario, el valor estndar de para el agua vale 1000 kg/m3. Densidad, .- Es una medida de la cantidad de masa que contiene un volumen de agua, para una temperatura de 20 oC su valor es de 101.4 kg-s2/m4. La densidad y el peso especfico se relacionan con la aceleracin de la gravedad g, mediante la ecuacin:

g =

Fig.2.2. Lahidrulica estbasada en tresprincipios fundamentales

Fig. 2.1 esnecesario conocer losfundamentos de hidrulica,para serbuen inspector

3

Viscosidad dinmica, .- Es una medida de su resistencia a fluir, como resultado de la interaccin y cohesin de sus molculas, para agua a 20 oC de temperatura es igual a 1 kgs/m2. Viscosidad cinemtica, .- est dfinida como la realcin entre la desidad dinmica mu entre el peso especfico del agua; el valor para agua a una temperatura de 20 oC es de 0.000001 m2/s.

Normalmente, el agua en movimiento se mide en los conductos que la transportan. Estos conductos llamados hidralicos pueden ser naturales, como por ejemplo los cauces de los ros o artificales como las tuberas y canales. La geometra de losconductos hidrulicos est definida por

su longitud, dimetro, pendiente y el rea de su seccin trasnsversal. Cuando el agua circula por estos conductos, sus geometras se realcionan con el agua y adquieren importancia otras careactersticas, como el radio hidrulico y el permetro mojado del conducto. Permetro mojado, Pm.- Es la longitud de la seccin transversal que se encuentra en contacto con el agua.

Radio hidralico, Rh.- Es igual al rea de la seccin transversal del conducto dividida entre el permetro mojado, sus unidades son de longitud (metros, centmetros, etc.) y se abrevia con la letra Rh.

2.2 DISTRIBUCIN DE VELOCIDADES Y TIPOS DE FLUJO La velocidad del agua, V, en un conducto se define como la distancia, S, que recorre el lquido en un determinado tiempo, t.

tS

V ====

Cuando una persona se sita en la orilla de Un ro o canal percibe a simple vista que el agua avanza a la misma velocidad en todo lo ancho de la superficie. Pero, una mirada

Fig. 2.3 El agua esconsiderada como un fluidoincompresible, es decir quesi un volumen de agua sesomete a una fuerzaexterna, dicho volumen semantiene constante, o biensu densidad no cambiabajo ninguna circunstancia.

Fig. 2.4. rea hidrulica y permetro mojado en conductos

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ms cuidadosa revelar que se tiene mayor velocidad al centro del cauce que en las orillas. Esto se debe a que las paredes del ro o canal frenan la corriente; mientras ms nos acercamos a la orilla menos velocidad se tiene. De hecho, se ha demostrado que existe una pequea capa, de dimensiones microscpicas, que no se mueve.

De la misma manera si pudiramos observar la corriente de en forma vertical, observaramos que tambin hay una variacin o distribucin de velocidades con la profundidad. Si se dibujan las diferentes velocidades del agua dentro del conducto con flechas, cuyos tamaos representan la magnitud, se tendra algo parecido a lo que se presenta en la figura 2.6.

Segn se ve, se tienen muchas velocidades en el canal, y el problema ser saber cul es el valor de la velocidad media Vm, que caracteriza al flujo. Este valor de la velocidad media es parecido al promedio de todas las velocidades que se presentan en el conducto. Se dice que es parecido, porque

no es el valor que resulta de aplicar el promedio aritmtico, sino aquel para el cual el rea que se forma con la curva de distribucin de velocidades, es equivalente a la que se forma con un rectngulo. Afortunadamente, ya se han hecho muchas mediciones y se ha encontrado que si se mide la velocidad en canales a una profundidad del 60% (desde la plantilla) se estar midiendo con muy buena aproximacin la velocidad media. O bien, si se mide a las profundidades del 20% y

80%, y se saca el promedio, el resultado es un valor ms preciso de la velocidad media en dichos canales. En el caso de tuberas llenas la velocidad media se encuentra en el centro del conducto.

En el siglo XIX Osborne Reynolds realiz una serie de experimentos, con la finalidad de clasificar el flujo en funcin del tamao de la velocidad media. De acuerdo con sus resultados, determin que existen dos tipos de flujo de agua: 1) Flujo Laminar, y 2) Flujo Turbulento El flujo de agua en un conducto se puede clasificar en funcin del tamao de su velocidad media, como sigue: Flujo laminar.- Es aquel en que sus lneas de corriente no se cruzan entre s. Flujo turbulento.- Est caracterizado por la formacin de remolinos dentro del flujo, que hace que las lneas de corriente se mezclen entre ellas.

Fig. 2.5. La velocidad del agua es mayor al centro que en las orillas de un canal o ro

Fig. 2.6. La velocidad en un conducto no esconstante y se distribuye en forma semejante a laque se muestra debido a su viscosidad

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Para clasificar si un flujo es laminar o turbulento, se usa el nmero de Reynolds.

====

VdRe

donde d es el dimetro del conducto, es la viscosidad cinemtica. Entonces, si Re es menor de 2000 se trata de flujo laminar; y si Re es mayor que 4000, el flujo es turbulento. Finalmente, si el Nmero de Reynolds est entre 2000 y 4000 entonces se trata de un flujo en transicin.

2.3. LA PRESIN Y OTROS PARMETROS DEL AGUA Si colocamos agua en un recipiente abierto a la atmsfera, y la mantenemos en reposo, su peso ejercer una serie de fuerzas sobre dicho recipiente; las fuerzas cercanas a la superficie sern menores que las del fondo porque su peso va aumentando con la profundidad. Lo mismo ocurre si ahora sometemos el agua a una fuerza adicional con un pistn, solamente que en este caso las fuerzas sern

mayores que las del propio peso e independientes de l. Entonces, la Presin, P, interna del agua se define como la fuerza que ejerce el agua en cada punto de ella, por unidad de rea. Si por convencin la presin atmsferica se toma como referncia igual a cero, entonces se dice que la presin es manmetrica, en caso contrario se habla de presin absoluta.

Si se hace la analoga con el movimiento del agua por conductos, sucede que en canales la presin del agua ser variable con su profundidad, Y, (llamada tambin tirante), estar definida por su propio peso, por lo que se dice que el flujo ocurre por la fuerza de gravedad. En cambio, en tuberas llenas resulta que el agua estq sometida a una presin diferente a la de su propio peso, por lo que se dice que el movimiento del agua se ocurre a presin. Existen tambin otros parmetros fsicos del agua en movimiento importantes, que se derivan de los de velocidad y presin, y que es necesario que conozcas puesto que continuamente los usars en las labores de inspeccin y medicin del agua; Enseguida se describen los conceptos de carga piezomtrica y carga de velocidad.

Si a un tubo lleno de agua sometido a presin le insertas una pequea manguera trasnparente, puedes observar que el lquido sube hasta una determinada altura,

Fig. 2.7. EL flujo laminar se presenta para Re menores que 2000.

Fig.2.8. EL flujo turbulento se presenta para Re mayores que 4000.

Fig. 2.9. La presin del agua es indepedendiente de su peso al someterla a una fuerza externa

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denominada Carga piezomtrica, hp , y se determina dividendo la presin interna del agua, P, dividida entre su peso especfico , , es decir:

====

Ph p

Cuando el dimetro del conducto es pequeo comparado con la carga piezomtrica (del orden de 10 veces o ms), entonces, la carga piezomtrica se mide desde el eje de la tubera. En conductos por gravedad, como los canales, si la manguera se inserta en el cualquier punto del canal, el agua ascender al mismo nivel de la superficie del lquido, por lo que en estos casos la carga piezomtrica corresponde con el tirante de agua, y.

Si ahora le insertas otra manguera transparente al mismo tubo, pero con un doblez orientado en contra del flujo de agua, vers que el lquido sube a una altura mayor que en el anterior, por el efecto de empuje que produce la velocidad del agua; o sea se observa la misma carga piezomtrica, ms otro tanto de altura. A la diferencia de alturas se le llama precisamente Carga de velocidad, hv , se mide tambin en unidades de longitud de columna de agua y se calcula con la siguiente ecuacin:

2gVh

2

v =

donde g representa la aceleracin de la gravedad, con un valor casi constante de 9.81 m/s2.

En un canal a superficie libre, la carga de velocidad se determina igual que en una tubera a presin.

2.4. EL CONCEPTO DE GASTO Una de las variables que ms interesan a los usuarios de los sistemas hidrulicos es el gasto, debido a que a travs de l se cuantifican los consumos, extracciones y descargas de agua y se establecen las gestiones de concesin de los servicios. El gasto o caudal Q, es una cantidad hidrulica que se define como el volumen de agua que pasa por una seccin de un conducto en un determinado tiempo, es decir:

tQ

====

Para entender el concepto de gasto, imagnese que se tiene un cubo de agua que mide un metro por cada lado; es decir, un metro cbico de agua. Supngase, adems, que este cubo avanza a una velocidad de un metro cada segundo. Entonces se tiene un gasto de un metro cbico por segundo.

Gasto: 1metro cbico por segundo

Velocidad: un metro por segundoV=1m/s

1m

1m

1m

Q=2 m /s3

.

Fig. 2.10. El agua en un tubo a presin se eleva hasta una altura llamada carga piezomtrica.

Fig. 2.11. En un canal la carga piezomtrica hp es igual al tirante Y.

Fig. 2.12. La carga de velocidad es la diferencia de las alturas en las dos mangueras transparentes.

Fig. 2.13. El concepto de gasto es como ver pasar cubos de agua en un tiempo determinado

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Visto de esta manera, es fcil medir el gasto en cualquier conducto hidrulico. Basta contar el nmero de cubos de un metro cbico que pasan por una seccin en cada segundo de tiempo que transcurre. Desafortunadamente, esto no es posible. Jams se podr separar cada cubo de agua en un canal y contarlos en un segundo. An la accin es imposible aunque se dispusiera de varias horas para hacerlo. Para hacer las cosas ms sencillas se han desarrollado frmulas que calculan el gasto en funcin de variables que si se pueden medir aunque con algunas dificultades como ya se ver ms adelante. Las unidades tpicas que se utilizan para el gasto son litros por segundo (lt/s) y metros cbicos por segundo (m3/s). En algunas ocasiones se usan unidades inglesas como los galones por minuto (gpm). 2.5 PRINCIPIO DE CONTINUIDAD DEL FLUJO DE AGUA Como se mencion, el agua es un fluido prcticamente incompresible. El principio de continuidad de un flujo establece que La masa de un fluido incompresible que atraviesa cualquier seccin de un conducto en el tiempo, permanece constante Con base en este principio de continuidad, el gasto se calcula mediante la ecuacin

V x AQ ====

Siendo A el rea de la seccin del conducto, transversal al sentido del flujo, V y Q la velocidad media y el gasto de agua, respectivamente.

2.6. PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA ENERGA HIDRULICA

Fig. 2.14. El principio de continuidad establece que el agua que atraviesa cualquier seccin del conducto en el tiempo, es constante

El Principio de conservacin de la energa postula que la energa no se crea ni se destruye, solo tiene transformaciones. La energa contenida en el agua en reposo se denomina energa potencial y cuando est en movimiento se llama energa cintica. Las transformaciones de energa en el agua generan su movimiento y la conservan en la direccin del flujo. No obstante, es comn describir a la energa que se transforma en calor o se utiliza para vencer obstculos, como una prdida en el sentido de que no se vuelve a utilizar en el movimiento del agua.

Fig. 2.15. La carga piezomtricase transforma en carga develocidad en un flujo de agua.

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La energa por unidad de peso del agua, en cualquier punto de un sistema hidrulico est compuesta por tres partes: a) Carga piezomtrica, hp b) Carga de posicin o elevacin, hz c) Carga de velocidad, hv

Tambin, hay otro tipo de energa que puede ser adicionada al sistema (como la que impone una bomba), o energa removida debida a la viscosidad o algunos obstculos al flujo. Estos cambios de energa, se nombran como Ganancia de Carga HG , o Prdida de Carga, HL respectivamente.

Entonces la expresin general del balance de energa a travs de dos puntos 1 y 2 en el sistema, separados a una cierta distancia L, es:

L

22

22

G

21

11 H

g2V

ZP

Hg2

VZ

P++++++++++++

====++++++++++++

Se denomina gradiente hidrulico a la suma de la carga de presin hp ms la carga de posicin hz. Para un canal a superficie libre, el gradiente hidrulico corresponde con la elevacin de la superficie del agua. Para una tubera a presin, el gradiente hidrulico es igual a la altura que alcanza el agua en un tubo vertical conectado a l. El gradiente de energa es la suma del gradiente hidrulico ms la carga de velocidad hv. En un lago, tanque de carga constante, o vaso de una presa la velocidad del agua es prcticamente cero, por lo tanto el gradiente hidrulico es igual al gradiente de energa. La primera causa de prdida de energa en un sistema hidrulico se debe al esfuerzo cortante que se distribuye entre las paredes del conducto y el fluido en movimiento. Las ecuaciones ms comnes para calcular la velocidad considerando la prdida de energa son la de Manning, Chezy (Kutter), Hazen-Williams y Darcy-Weisbach (Coolebrok-White), cuya forma generalizada es la siguiente:

yxSKCRV ==== donde: V= velocidad media C= factor de resistencia al flujo R= radio hidrulico S= Pendiente del cortante x, y = exponentes K=factor de unidades y constantes empricas La pendiente del cortante corresponde con la pendiente que tiene la recta del gradiente hidrulico del conducto. En la tabla siguiente se dan valores para las diversas variables que aparecen en la ecuacin anterior. Es necesario anotar que

Fig. 2.16. Composicin de la energa por unidad de peso del agua en un conducto a superficie libre

Fig. 2.17. Composicin de laenerga por unidad de peso del agua en un conducto a presin

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cada autor presenta limitaciones en la aplicacin de su frmula, por lo que si deseas mayor informacin al respecto, puedes consultar la bibliografa que se describe al final del manual. Como una orientacin basta decir que la ecuacin de Manning es usada en conductos con flujo a superfiice libre y n es un coeficiente de rugosidad. La ecuacin de Hazen Williams, se utiliza en diseo de tuberas con el coeficiente CHW. La ecuacin de Darcy-Weisbach es usada en flujo en conductos a presin, f es un factor de cortante que depende del nmero de

Reynolds Re y de la rugosidad del tubo. Y en la ecuacin de Chezy es ampliamente usada en el diseo de alcantarillado. CK es un coeficiente de rugosidad que es funcin de la n de Manning. La segunda causa de prdida de energa se debe a obstculos que se presentan al flujo, tales como codos, vlvulas, cambios de direccin, bifurcaciones, orificios, etc. Se denomina tambin prdida localizada El valor de la prdida de carga localizada se obtiene multiplicando la carga de velocidad hv por un factor k que depende del tipo de singularidad y se obtiene de resultados empricos.

g2V

kh2

l ====

Algunos valores los puedes consultar en la bibliografa, que viene al final del manual.

Una forma especial de energa que que se utiliza comnmente en flujo por gravedad es la energa especfica, E, que se define como la suma del tirante de agua, Y, ms la carga de velocidad.

g2V

YE2

++++====

Este concepto es muy til en tramos cortos del conducto, donde las prdidas de energa son desperciables. Adems existen algunos sistemas de medicin de gasto que se basan en la energa especfica; ejemplos de ello son los vertedores y los aforadores de garganta larga, que se vern

despus. Si se hace una grfica de energa especfica contra el tirante del agua en un canal, como se muestra en la siguiente figura, puedes observar que para un gasto

de agua determinado, hay un tirante para el cual la energa especfica es mnima. Este tirante es llamado Tirante Crtico. La velocidad del agua que corresponde al tirante crtico es denominada Velocidad Crtica Si la velocidad del agua es mayor que la velocidad crtica, el flujo es considerado supercrtico y si es menor entonces el flujo es subcrtico. Para determinar cuantitativamente si un flujo es subcrtico, crtico o supercrtico se utiliza el Nmero de Froude, Fr., que est defienido por la siguiente ecuacin:

gDV

Fr ====

Donde D es el tirante hidrulico del conducto, definido como A/T, siendo T el ancho de la superificie libre del agua.

Nmero de Froude

Tipo de Flujo

Menor que 1.0 Subcrtico Igual a 1.0 Crtico

Mayor que 1.0 supercrtico

Variable

Manning Chezy Hazen-Williams Darcy-Weisbach

K C x y

1 1/n 2/3

1 CK 1/2

0.85 CHW 0.63 0.54

1 (8g / f )1/2

Tabla 2.1. Los valores de las variables de la ecuacin de velocidad con cortante han sido obtenidas por diversos autores

Tabla 2.2. Tipo de flujo segn Froude

Fig. 2.18. En la curva de energaespecfica contra tirante de agua, seobserva que hay un estado de energamnima, denominado crtico.

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Cuando el flujo cambia de su estado subcrtico a uno supercrtico se presenta una transicin gradual en la superficie libre del agua, como la que sucede en un vertedor, sin embargo, en el momento que hay un cambio de flujo supercrtico a subcrtico ocurre un Salto Hidrulico. Este fenmeno hidrulico lo puedes reconocer porque hay una sobreelevacin brusca del tirante con una gran agitacin en el flujo.

2.7. PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO Muchas veces observamos que el agua en movimiento provoca un empuje sobre cualquier cuerpo que se oponga al escurrimiento. Como ya lo vimos por ejemplo, con la manguera doblada que se inserta contra el flujo de agua y se

sobreeleva el agua arriba del nivel que produce la presin del lquido; otro ejemplo es aquel en el cual se coloca una hlice o turbina dentro del flujo de agua, entonces el dispositivo comienza a girar por la accin de este empuje dinmico. Es precisamente este empuje dinmico o fuerza la que est relacionada con el principio de la cantidad de movimiento del agua. La cantidad de movimiento de un cuerpo se define como el producto de su masa multiplicada por su velocidad. Por ende, el flujo de agua posee cantidad de movimiento, que puede variar en el tiempo si la velocidad est cambiando entre dos secciones 1 y 2 del conducto. De esta manera, la fuerza que acta sobre el agua en escurrimiento, es igual al cambio de la cantidad de movimiento en el tiempo y se determina con la ecuacin:

t)VV(m

F 12

====

donde la masa m es igual a:

====g

m

entonces:

)VV(Qg

)VV(tg

F 1212

====

====

Donde F es la fuerza necesaria para acelerar el agua de una seccin a otra del conducto.

Fig. 2.19. El salto hidrulico ocurre cuando se presenta un cambio de pendiente fuerte a suave en el canal

Fig. 2.20. La fuerza que ejerce el agua sobre las paredes del tubo se determinan utilizando el principio de conservacin de cantidad de movimiento

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AUTOEVALUACIN No. 1

1.- En qu unidades se mide el gasto de agua? a) km/s b) lt/s c) m/min d) Gal/pulgada

2. Cul de los siguientes no es un

principio de la hidrulica? a) Continuidad b) Cortante c) Energa d) Cantridad de movimiento 3. Cul no es una propiedad del agua? a) Incompresibilidad b) Viscosidad c) Velocidad d) Peso especofico 4.- Un flujo es turbulento cuando el nmero de Reynolds es: a) Mayor que 4000 b) 3000 c) menor que 2000 d) 40000

5. En que parte de un conducto la velocidad es cero?

a) En el eje del tubo b) Sobre la pared c) En el 60% de la profundidad d) En la superficie libre del agua 6. Qu es carga piezomtrica? a) Es la velocidad dividida entre el peso

especfico b) Es la presin dividida entre el peso

especfico c) Es la presin multiplicada por el peso

especfico d) Es la presin multiplicada por el rea 7. Cul es la ecuacin del gasto de

agua si se utiliza continuidad? a) Volumen entre tiempo b) Velocidad por distancia c) Carga de velocidad entre tiempo d) Velocidad por rea 8. Cul es la principal causa de prdida

de energa en un conducto? a) Bombeo b) Cortante c) Flujo crtico d) Carga de velocidad 9. Cundo sucede el flujo supercrtico? a) Con Froude mayor que 1 b) Con Reynolds igual a 1 c) Con Froude menor que 1 d) Con Reynolds mayor que 2000 10. Por qu ocurre un salto hidrulico? a) Por un cambio de direccin al flujo b) Por colocar una turbina c) Por cambio de pendiente fuerte a

suave

d) Por que se alcanza un flujo laminar 11. La fuerza o empuje dinmico que

ejerce el agua se debe a? a) La presin interna b) La energa especfica c) La cantidad de movimiento d) La contionuidad del flujo

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3. FUNDAMENTOS DE MEDICIN

La medicin del agua es el proceso de cuantificar nuestra experiencia sobre el comportamiento de este lquido en el mundo exterior. Las medidas no son simples nmeros exactos. Una medida tiene un rango de aproximacin al valor real, debido a errores humanos, a defectos de aparatos y a la variabilidad fsica de propio fenmeno que se est midiendo. Debido a ello, se han establecido ciertos indicadores o parametros para saber cundo una medicin esta bien realizada, tiene la calidad adecuada y es confiable. As, surge el concepto de Exactitud en la Medicin (Accuracy en ingls), Precisin y Error. La exactitud es el grado de aproximacin que tiene una medicin a un valor estndar o patrn. Los valores estndares son establecidos por usuarios, proveedores, entidades metrolgicas o gobiernos. Por ejemplo, en la medicin del gasto se utilizan bancos de medicin certificados por el Sistema Nacioanl de Laboratorios de Prueba, SINALP, como el que se encuentra en el Instituto Mexicano deTecnologa del Agua, IMTA . La precisin es la capacidad para producir el mismo valor dentro de un lmite de exactitud dado, cuando se mide repetidamente un parmetro fsico del agua. La precisin representa la mxima desviacin del valor promedio de todas las lecturas hechas. El error es la desviacin del valor que se mide, observa o calcula, del valor verdadero. La desviacin puede ser pequea e inherente a la estructura y

funcionamiento del sistema de medicin, por lo que cotidianamente se establecen rangos aceptables, para que los fabricantes, instaladores y operadores inspeccionen y verifiquen sus aparatos y detecten los defectos correspondientes. Los tcnicos e investigadores clasifican los errores en a) Espurios, b) Sistemticos y c) Aleatorios. Existen otras fuentes de error como la redondear las cifras en la escala de los aparatos y o la que se provoca cuando el medidor no tiene la sensibilidad suficiente para registrar las variaciones en el tiempo de una cantidad fisica e interpretarlas con suficiente rpidez a otra.

Es necesario anotar que la medicin del gasto que pasa por un conducto y cuantificar, a partir de ste, el volumen que consume o descarga un usuario del agua nacional, es el tema principal que se trata este manual, por lo que debemos estar atentos en cmo lograr esta medicin de gasto y clculo de volumen con la mayor exactitud y precisin posible. Desafortunadamente, medir directamente el gasto, a travs del volumen descargado en un intervalo de tiempo, es una tarea sumamente complicada en la prctica,

sobre todo si se trata de medicin en canales de riego o acueductos de agua potable de ciudades, donde los caudales son muy grandes y requeriran recipientes enormes. Y aunque existen en el mercado algunos medidores de tipo volumtrico, su uso se restringe a medidores pequeos, por ejemplo los que se instalan en los domicilios de las casas en una poblacin. Es por eso que normalmente se recurre a la medicin de gasto en forma indirecta, ya sea midiendo la velocidad y el rea o bien registrando la diferencia de cargas piezomtricas que ocurren en el flujo de agua al obstruir su escurrimiento con algun dispositivo. Por consiguiente, medir nuevas variables para calcular indirectamente el gasto repercute en un aumento de la posibilidad de cometer los errores mencionados y perder calidad en la medicin. Con todo lo dicho anteriormente, el objetivo de la medicin ser entonces obtener el valor de un parmetro fsico con la mayor exactitud y precisin posible, disminuyendo al mximo los errores posibles. Para ello se presentan en esta seccin del manual para que conozcas cmo son estos errores, qu los ocasiona y qu puedes hacer para evitarlos o corregirlos. 3.1. ERROR ESPURIO El error espurio es causado por accidentes, de ah que tambin se le conozca como error accidental. Este tipo de error se presenta cuando ocurren fallas humanas, por la falta de cuidado o incapacidad fsica, en el momento de realizar la medicin. Algunos factores importantes que generan este tipo de error son: mala ubicacin de los aparatos, seleccin equivocada de los valores de referencia, sentido de la vista deficiente, etc.

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Estos errores espurios son los que parecen dispararse del resto de los datos medidos, que por lo general tienden a ajustarse a un comportamiento esperado.

Linea de valores sin error

Datosexperimentales

Dato con probableerror accidental

Fig. 3.1. Los errores espurios o

accidentales generalmente se disparan del resto de los datos.

Por lo tanto, el error espurio es fcil de detectar porque es un valor muy alejado de lo que se espera encontrar. Cuando el error accidental aparece una o dos veces en un experimento no se considera grave. Otra cosa muy diferente es que se tengan errores en todas o en casi todas las

lecturas, claramente esto no es un error espurio y se trata de otro tipo de error. El error espurio o accidental se disminuye haciendo las pruebas con mucho cuidado y responsabiidad, desechando lecturas dudosas o mal tomadas, lo cual se logra con supervisin y buen entrenamiento. 3.2. ERROR SISTEMTICO El error sistemtico es ocasionado cuando el instrumento est mal calibrado, es decir que no est ajustado a un patrn conocido. Por ejemplo, un recipiente estar calibrado en su volumen de agua, si este volumen es exactamente igual al volumen que ocupa un recipiente patrn, que ha sido fijado como base de medida.

Para aclarar el concepto de error sistemtico, Imaginemos a un tirador con una escopeta que intenta dar en un blanco. Dispara cinco tiros y da aproximadamente en el mismo punto pero no da ninguno en

el centro. Probablemente la mirilla est desviada o el can tiene algn desperfecto, es decir la escopeta no est calibrada y generar un error sistemtico. Esto es tpico en las ferias donde las escopetas son arregladas para que los personas no acierten en el blanco aunque sean buenos tiradores. As, el error sistemtico no disminuye aunque se aumente el nmero de disparos de escopeta.

. Si se trata ahora con mediciones de gasto, por ejemplo en un vertedor, donde se establece la elevacin de la cresta con un valor equivocado, entonces las lecturas tendrn un error sistemtico. Asimismo, deformaciones, roturas, piezas desgastadas o mal acomodadas en la fabricacin u operacin de los medidores, causarn este tipo de error en los registros de datos. Las ecuaciones de calibracin o curvas de los medidores tambin pueden incluir errores sistemticos, debido a que en ocasiones son obtenidas por ajustes de curvas o contienen coeficientes medidos en laboratorio o empricos.

Fig. 3.1 Los errores espurios se deben aaccidentes por ejemplo por descuidos delpersonal

Fig. 3.2. El error sistemtico se debe a defectos en la calibracin de aparatos

Fig. 3.3. En el error sistemtico un buentirador siempre acertar los disparos muycercanos uno de otro, pero lejos del blanco, es decir ser preciso peroinexacto por defectos de la escopeta

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El error sistemtico se disminuye seleccionando y calibrando apropiadamente los equipos de medicin y revisandolos perodicamente, sobre todo si no se han utilizado, o si se instalaron hace tiempo. 3.3. ERROR ALEATORIO El error aleatorio es est relacionado con la dispersin de las mediciones inherentes al fenmeno fsico. Si se realiza una sola medicin del evento fsico, como por ejemplo la medicin puntual de la velocidad del agua en una corriente a superficie libre, se corre el riesgo de que se registre un dato justo en que ocurre una pequea alteracin extraordinaria en la estabilidad del flujo, causando una toma de lectura que no corresponde con el valor predominante y por ende un error llamado error aleatorio. Usemos el mismo ejemplo del tiro al blanco en donde se tiene un buen tirador con una buena escopeta. Ahora la persona hace cinco disparos y atina varios en el centro pero en diferentes lugares. El error en este caso se produce en forma aleatoria debida a diversas razones, que no pueden ser controladas ni por el tirador ni por la escopeta, tales como las pequeas variaciones en la posicin del tirador, el brillo de la luz del da, ruidos externos, etc. El error aleatorio se reduce repitiendo varias veces la misma prueba en condiciones iguales del sitio.

Suele suceder, como a veces en la actividad de medicin, que an con una buena escopeta el tirador no acierta en el blanco y los tiros se encuentran dispersos. Definitivamente, este caso no puede deberse a errores aleatorios, sino a que la persona no es capaz de reproducir los tiros en el blanco, lo cual quiere decir que no es preciso en sus disparos; lo que indica que debe practicar. Anlogamente, por ejemplo cuando un operador mal entrenado mide un gasto varias veces con un aparato bien calibrado y resulta que hay una gran dispersin en los datos, no se debe a un error aleatorio, ni tampoco a un error espurio, sino que esta persona no es precisa en la medicin y debe prcticar o capacitarse en el uso de los aparatos.

.

3.4. ERROR DE REDONDEO Nomalmente, los equipos de medicin proporcionan al observador registros en forma digital, es decir con nmeros impresos en una pantalla o papel. As, la cifra del valor medido se trunca, de acuerdo con la escala que presenta el aparato. Este truncamiento en las cifras produce un error denominado de redondeo. Por ejemplo, si la aguja de un medidor de gasto (con marcas a cada 0.1 lt/s) indica en su cartula el valor de 32.1 litros por segundo, significa que la cantidad real del escurrimiento tiene un valor ms cercano a este nmero, que a 32.0 lt/s o a 32.2 lt/s. El error de redondeo se reduce con el uso de equipos que dispongan de ms cifras o con aquellos que dispongan de una escala ms amplia con un mayor nmero de divisiones.

Fig. 3.4. Un buen tirador con una escopetacalibrada acertar al blanco con pequeasvariaciones debidas a errores aleatorios, osea que ser preciso y exacto.

Fig. 3.5. Algunas veces las medicionesno son precisas por que un operador noest bien entrenado para realizarlas

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3.5. CUANTIFICACIN DE ERRORES Bsicamente, hay dos maneras de cuantificar el tamao del error que se produce en una medicin. Uno, que evala el grado de exactitud de una medicin, a travs de la ecuacin de Porcentaje de Error, como se indica a continuacin

patrn

pastrnmedida

CCC

E)(100

(%)

=

donde: E = error en porcentaje Cmedida= variable fsica medida

Cpatrn = variable fsica patrn y otro, que determina el grado de precisin de la medicin, mediante la frmula de Desviacin estndar, siguiente:

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2

=

=

n

X-XS

n

ii )(

En la frmula anterior, S es la desviacin estndar; Xi es cada una de las lecturas; el smbolo quiere decir que se tiene la suma de todos los elementos que estn despus del smbolo. X es el promedio de la mismas lecturas anteriores (recurdese que el promedio de un conjunto de valores es la suma de todos ellos entre el nmero de valores); n es el nmero de lecturas. Tngase mucho cuidado con esta frmula ya que los datos que se usan son los mismos para un mismo experimento. Es decir, los datos que se usen para determinar la desviacin estndar son todas las lecturas que se obtengan del medidor sin cambiar de gasto. Por ejemplo, se realizan cinco mediciones y se obtienen 101, 103, 98, 99 y 100. Entonces se tiene una desviacin estndar de 1.92 litros por

segundo. Si por el contrario se tuvieran las siguientes mediciones: 100, 95, 108, 100 y 104; se tiene una desviacin estndar de 6.06 litros por segundo, o sea un valor mayor aunque uno de los valores es exacto.

3.6. MEDICIN DEL GASTO

En la prctica de inspeccin de las concesiones del agua nacional, es prioritario cuantificar los volmenes de agua que se extraen o se vierten en un perodo determinado. Estos volmenes se determinan mediante el clculo del gasto o caudal del sistema hidrulico.

Para determinar el gasto, Q, del agua en un sistema hidrulico, se puede medir directamente el volumen, , en un recipiente y el tiempo, t, con un cronmetro, o bien indirectamente a travs de la velocidad del agua o mediante la presin.

Este mtodo volumtrico es el ms recomendable, sin embargo a veces es difcil de aplicar, solamente resulta til para gastos pequeos y donde las caractersticas fsicas lo permitan.

Otro mtodo de medicin directa del gasto consiste en registrar el descenso en el nivel del agua en el tiempo de vaciado de un depsito con geometra y dimensiones conocidas. Debido a lo anterior, han surgido los mtodos indirectos, que como su nombre lo seala miden otras variables fsicas distintas del gasto, como por ejemplo la velocidad o la carga piezomtrica, y aplicando los principios hidralicos se puede obtener dicho gasto. Ms an, actualmente en el mercado se han desarrollado muchos aparatos de medicin que registran estas variables, luego internamente el medidor hace las conversiones o clculos necesarios, de tal forma que en sus pantallas o cartulas aparece el valor del gasto y en algunos de ellos hasta el volumen acumulado en el tiempo. Los mtodos de medicin indirecta del gasto se pueden agrupar en tres tipos: a) Escuadra, b) rea velocidad, c) Carga piezomtrica. Los medidores comerciales se han desarrollado en esta direccin y a continuacin se describen estos tres mtodos. 3.7. MTODO DE LA ESCUADRA PARA MEDIR DEL GASTO

Es aplicable a descargas de tuberas a presin, en particular para pruebas de bombeo. Consiste en medir la distancia horizontal Xo que existe entre el extremo del tubo de descarga y el punto donde cae el chorro de agua en el suelo, y la altura Ho a la que se encuentra el conducto.

Fig. 3.6. El mtodo volumtrico paramedir el gasto es sencillo y de los quepueden resultar ms exactos.

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Con estos valores el gasto se determina con la ecuacin:

o

o

HAX

02216.0Q ====

donde X0 est dada en centmetros, A es el rea de la seccin transversal del tubo, en centmetros al cuadrado, H0 se da en centmetros y el gasto resulta en litros por segundo.

Una variante de este procedimiento consiste en medir la distancia horizontal H1 entre el extremo del tubo de descarga y un punto situado a 305 milmetros por encima de la cada del agua. La relacin con la que se calcula el gasto es en este caso:

A X 0039.0Q o====

Cuando la tubera no descarga completamente llena, se puede tener una idea aproximada del gasto, multiplicando el resultado obtenido con la ecuacin anterior, por la relacin Y/d, donde Y es el valor del tirante de agua; d es el dimetro del tubo. 3.8. MTODO DE REA VELOCIDAD PARA MEDIR EL GASTO En este mtodo se utiliza el principio de continuidad a travs de la ecuacin para flujo incompresible Q= A x V. El rea perpendicular al flujo es sencilla de obtener en un conducto circular a presin, midiendo su dimetro, d, y calculando con:

====

4d

1416.3A2

En cambio, en conductos a superficie libre el clculo del rea es complicado, puesto que depende de la forma geomtrica del conducto y de la superficie libre del agua, que en el caso de corrrientes naturales es totalmente irregular.

Para el caso de secciones geomtricas sencillas utilizadas en canales, como el rectngulo o el trapecio, las frmulas que determinan el valor del rea transversal se simplifican bastante.

Tipo de seccin Frmula Rectngulo A=bY

Trapecio A=bY+kY2 En las frmulas anteriores A es el rea hidrulica; b es el ancho de la parte inferior del canal (normalmente llamada plantilla); y es la profundidad (tambin llamada tirante); y k es el talud de las paredes del canal. Por su parte, la velocidad media V, del escurrimiento de agua se mide con algunos de los dispositivos siguientes: a) Flotador y reloj, b) Molinetes, c) Propelas, d) tubos Pitot, e) Aparatos ultrasnicos y, f) Equipos electromagnticos. Se han preparado otros manuales dentro de esta misma Serie Autodidctica, que versan sobre cada uno de estos dispositivos de manera particular y en forma extensa, los cuales puedes consultar en la direccin indicada al inicio de este manual.

Fig. 3.7. El mtodo de la escuadraconsiste en medir la distancia y altura ala que cae un chorro de agua

Fig. 3.8. Un mtodo alternativo consisteen medir con una escuadra la distancia ,cuando el chorro esta a 30.5 cm dealtura.

Tabla 3.1. Las frmulas para calcular elrea trasnversal de secciones en canales regulares son sencillas.

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Estos aparatos miden tambin en forma indirecta la velocidad, esto es, por ejemplo en el tubo Pitot se registra en realidad la carga de velocidad hv = V2/2g , a partir de sta se calcula la velocidad. Con el flotador y el reloj, en verdad se toman lecturas del tiempo que recorre un cuerpo que avanza flotando sobre la superficie del agua. El molinete y la propela registran el nmero de vueltas que impone el efecto dinmico del agua y se relaciona entonces esta frecuencia de giro con la propia velocidad. El aparato ultratrasnico mide el retardo o cambio de frecuencia de un haz de ondas de sonido, por la velocidad con que se mueve el flujo, y de ah calcula dicha velocidad del agua. Y finalmente, el equipo electromagntico lee el cambio de induccin magntica que se produce tambin por la velocidad del agua, de donde se infiere este parmetro fsico. Con lo dicho antes, se nota claramente la posibilidad de generar errores en las mediciones debido a que un pequeo error inicial se puede propagar y repercutir en el dato final, por lo que es necesario tener siempre en mente esta posibilidad cuando se est utilizando uno u otro aparato de medicin. Es conveniente mencionar que cuando la seccin del conducto es muy grande, pr ejemplo un tnel o el cause de un ro, resulta recomendable y ms prctico dividir el rea hidrulica en segmentos, y para cada una de estas subreas obtener un subgasto, despus se suman los subgastos con el fin obtener el gasto total; de esta manera la medicin se logra una medicin ms exacta y precisa. Lo mismo aplica tambin cuando se realiza una medicin con tubo Pitot o con molinete. Los otros aparatos en general registran las velocidades medias del agua.

3.9. MTODO DE CARGA PIEZOMTRICA PARA MEDIR EL GASTO

El otro mtodo indirecto para medir el gasto que tiene una corriente de agua, es el que expresa este gasto como una funcin de la carga piezomtrica o tirante. La relacin es muy sencilla, en matemticas se denomina ecuacin de tipo potencial, como se muestra enseguida:

ZphCQ =

donde: Q = Gasto C = Coeficiente de descarga hp= Carga piezomtrica Z = Exponente Como se observa, la ecuacin anterior incluye un coeficiente C y un exponente Z , que dependen fundamentalmente de caractersticas geomtricas del dispositivo de medicin que se trate. La preguinta inmediata que surge es Cmo obtengo estos valores o en donde los puedo conseguir? Afortunadamente, hay una vasta experiencia en torno al trabajo con los dispositivos que utilizan esta relacin y ms adelante se mencionan en forma general algunos de ellos. Por su extensin, no se describen con detalle, puesto que se tratan en otros manuales de esta serie autodidctica. Son varios los dispositivos que utilizan esta relacin entre los que podemos mencionar: a) Vertedor, b) Placa Orificio, c) Tubo Venturi, d) Tobera, e) Tubo Dall, f) Canal Parshall y, g) Aforador de Garganta Larga.

Los exponentes Z, y coeficientes C, se obtienen previamente a la medicin. Puede ser en campo, con equipos certiificados, cuando se se trata de estructuras muy grandes, o bien en laboratorio si se habla de dispositivos pequeos. Algunos elementos ya se han investigado y se tiene suficiente informacin al respecto, sin embargo, se recomienda que en lo posible se verifiquen los valores de C y Z, por los probables defectos de fabricacin de los dispositivos. Algunos de estos valores de lso coeficentes y exponentes ms sencillos, se muestran en la tabla siguiente:

Dispositivo

C

Z

Vertedor Triangular Vertedor Rectangular Vertedor trapezoidal o Cipolletti Canal Parshall Placa orificio

Funcin del ngulo del vrtice 1.84 por el ancho de la cresta 1.86 por el ancho de la cresta Depende del tipo de descarga Funcin de la relacin del dimetro de orificio al del tubo

2.5

1.5

1.5

Idem

Idem

Todos estos aparatos requieren que se mida la carga piezomtrica en algn punto, lo cual se hace mediante mangueras o tubitos insertados en los conductos, como en el caso dsipositivos para tuberas, o a travs de estructuras comunicantes como en el caso de grandes canales o ros. Debido a que en flujo a superficie libre la

Tabla 3.2. El valor del exponente Z y el coeficiente C, dependen del dispositivo de medicin. Hay mucha informacin de ello.

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carga piezomtrica coincide con el tirante, los valores esperados de las cargas durante la medicin son fciles de predecir, por lo que suelen registrarse tomando lecturas del nivel de agua a la presin atmosfrica. En cambio, en flujo a presin los valores de las cargas piezomtricas llegan a ser del orden de decenas de metros, por lo que en estos casos las mangueras o tubitos insertados en la tubera, se conectan a otros dispositivos como, por ejemplo, manmetros que contienen lquidos ms pesados que el agua ( por ejemplo mercurio). Todos los elementos mencionados tienen graduaciones de longitud, a escalas que permitan al operador tomar las lecturas on una buena precisin. Existen en el mercado equipos que son ms sofisticados, electrnicos algunos de ellos, en donde las lecturas de las cargas piezomtricas se realizan por medio de celdas de presin (trasductores) y equipos ultrasnicos, que por un lado mejoran medicin notablemente, pero por otro resultan ms caros. Finalmente, resta decir que hay varios requerimientos para la instalacin fsica de estos elementos de medicin de carga piezomtrica, que dependen de cada dispositivo de meedicin en particular. En flujo a superficie libre la carga piezomtrica debe medirse en lugares donde la carga de velocidad se despreciable, lo cual se logra donde el agua escurre con flujo subcrtico o donde se encuentra estancada. En flujo a presin basta con que se disponga de un flujo sin excesivas turbulencias, lo que se obtiene si aguas arriba del punto de medicin no existen obstculos, tales como codos, vlvulas, reducciones de seccin transversal bruscas, entradas de depsitos, bombas, etc,

AUTOEVALUACIN No. 2

1.- Cul de estos errores se debe a la falta de calibracin de los aparatos? a) Error de redondeo b) Error espurio c) Error sistemtico d) Error accidental 2. Cmo se llama al grado de aproximacin que tiene una medicin a un valor estndar establecido? a) Precisin b) Exactitud c) Error d) Medicin

3. Cul es el mtodo ra velocidad para medicin de gasto? a) El que divide el volumen entre tiempo b) El que relaciona la carga de velocidad c) El que relaciona la carga piezomtrica d) El que relaciona el rea por la

velocidad 4.- Cuntos litros por segundo resultan si se llena un recipiente de 200 litros en 8 segundos? a) 200 lt/s b) 140 lt/s c) 50 lt/s d) 25 lt/s

5.- De qu dependen los valores del coeficente C y del exponente Z? a) De la geometra del dispositivo b) Del flujo subcrtico c) De la escala de la carga piezomtrica d) De la turbulencia

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4. MEDIDORES En esta seccin del manual conocers los distitntos tipos de medidores de agua que puedes encontrarte en las instalaciones concesionadas que utilizan el agua nacional. 4.1.COMPONENTES BSICAS DE UN MEDIDOR Un instrumento de medicin est compuesto fundamentalmente por los elementos sigiuientes:

El sensor primario produce una seal relacionada con la cantidad medida. Usualmente est en contacto con el agua, por lo que es comn que tome energa del mismo. Si la energa que se extrae es

grande, puede modificar la cantidad por medir. El convertidor transforma la seal del sensor en otra seal ms adecuada. Por ejemplo una presin se puede convertir en seal elctrica. El manipulador amplifica y filtra la seal, y elimina ruidos. El transimisor lleva la seal desde el punto de medicin hasta donde estn los

otros componentes.

El presentador de datos puede ser una pantalla, una aguja grafcadora u otra, que permita al observador ver la cantidad medida. 4.2. CLASIFICACIN DE MEDIDORES Existe una gran variedad de medidores de gasto. Una posibilidad es agruparlos es por el tipo de funcionamiento, como se

muestra en el esquema. Figura 4.2. Los medidores de gastose pueden clasificar segn suprincipio de funcionamiento

Fig. 4.1 Son cinco elementos los que forman un instrumento de medicin.

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4.3. CARACTERSTICAS DE LOS MEDIDORES Los diversos tipos y tamaos de medidores actualmente disponibles en el mercado, se distinguen por sus especficaciones de dimensin, de operacin hidrulica, de exactitud en la medicin y de resistencia al desgaste. a) Especficaciones de dimensin.-

guardan relacin con el tamao de las partes del medidor. Comnmente a estas magnitudes de los aparatos suele llamrseles nominales y se refieren a los valores tpicos de su diseo y operacin ptimas.

b) Especificaciones hidrulicas.- definen la cantidad de gasto con su correspondiente principio de funcionamiento hidrulico.

c) Especificaciones de exactitud en la medicin.- Establecen la calidad de la exactitud del medidor, mediante una curva de error.

d) Especificaciones de Resistencia y

desgaste.- determinan el nmero de horas en que el medidor puede operar sin alterar sus caractersticas anteriores.

Los concesionarios de agua nacional utilizan diversos medidores de caudal, segn sus necesidades y condiciones fsicas del aprovechamiento; la seleccin de estos dispositivos es tarea y responsabilidad solo del ellos. Sin embargo, resulta conveniente reconocer algunas caractersticas generales de estos aparatos, de tal manera que en tu papel de inspector de CNA, puedas en un momento dado evaluar si dichos medidores han sido elegidos adecuadamente. Enseguida se describen

algunas de las caractersticas ms importantes.

Figura 4.3. Los medidores de gasto tienen una curva de caudal contra error de exactitud.

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TIPO DE

MEDIDOR CARACTERSTICAS MODELO DEL

MEDIDOR FIGURA

Hlice o propela

Turbina

Medidores de velocidad

Estn constituidos de una turbina o hlice, que gira con el empuje del flujo de agua; el nmero de vueltas indica la velocidad del agua. Normalmente, se requieren insertar en el conducto, o en el caso del molinete una estructura colocada transversalmente a la corriente de agua.

Molinete

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TIPO DE MEDIDOR

CARACTERSTICAS MODELO DEL MEDIDOR

FIGURA

Pito Cole

Pitot Simplex

Medidores de carga de velocidad

Estan conformados por tubos de una a 2 pulgadas de dimetro que se insertan contra el flujo. A este grupo pertenecen bsicamente los tubos Pitot. La instalacin es sencilla, puesto que se tiene que perforar con una broca, colocar una vlvula de insercin que se puede abrir y cerrar en cualquier momento; con una mquina insercionadora Mller se puede instalar an con el conducto en operacin. Si el Pitot se coloca en un conducto a superficie libre, entonces se requerira de una estructura sujetadora.

Pitot Modificado

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TIPO DE MEDIDOR CARACTERSTICAS

MODELO DEL MEDIDOR

FIGURA

Ultrasnico Tiempo en Trnsito

Medidores ultrasnicos

Se componen de sensores que envan y reciben seales de sonido de alta frecuencia, diagonalmente al flujo de agua, para medir su velocidad. Existen medidores cuyo principio es el tiempo de travesa y aquellos que se basan en el efecto Doppler. Generalmente son equipos de alto costo, pero tienen muy buena exactitud y gran flexibilidad de instalacin.

Ultrasnico Efecto Doppler

Medidores electromagnticos

Consta de dos bobinas colocadas una a cada lado del cuerpo del aparato, que son excitadas por una corriente alterna, con lo que se produce un campo magntico uniforme a travs de la parte interna del tubo; conforme pasa el flujo de agua por dicho campo magntico, se genera una induccin de voltaje que es percibida por dos electrdos diametralmente opuestos. El cambio de voltaje se relaciona con la velocidad del escurrimiento. El medidor es de acero inoxidable o aluminio, recubierto de neopreno, plstico o cermica. Prcticamente no provoca prdida de carga piezomtrica, tiene mucha exactitud, pero alto costo de adquisicin.

Electromag-ntico

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TIPO DE MEDIDOR

CARACTERSTICAS

MODELO DEL MEDIDOR

FIGURA

Vertedores Son dispositivos usados para medir caudales en canales, consta de una seccin transversal de geometra definida, por la que escurre el lquido, mantenindose la superficie libre del agua; el borde por el que fluye el agua se llama Cresta. Existen una gran variedad de formas geomtricas de vertedores como el triangular, rectangular, trapezoidal (Cipolleti). Los materiales utilizados en su construccin son genrelamente placas de metal, madera, plstico y fibra de vidrio. En ocasiones el vertedor est hecho de concreto o mampostera.

Vertedores

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TIPO DE MEDIDOR

CARACTERSTICAS MODELO DEL MEDIDOR

FIGURA

Tubo Venturi

Tubo Dall

Tobera

Medidores de presin diferencial

Tambin llamados Deprimgenos, estos aparatos se utilizan en tuberas, consisten de un elemento que estrangula al flujo y crea un cambio en la carga piezomtrica, que casi siempre se traduce en una prdida de energa. Dentro de este grupo de medidores se encuentran los Venturi, Tubo Dall, Tobera y Placa Orificio. Su costo de instalacin es alto, comparado con el Pitot, sin embargo, sus rangos de exactitud son buenos y son muy duraderos.

Placa Orificio

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TIPO DE MEDIDOR

CARACTERSTICAS MODELO DEL MEDIDOR

FIGURA

Canal Parshall Consiste de una contraccin lateral en un canal a superficie libre. La contraccin se forma elevando la plantilla y estrechando la seccin transversal. Esta compuesto por tres partes: a) entrada, b) garganta y c) salida. Tiene dos tanques de reposo que sirven ppara medir la carga piezomtrica. En particular, esta estructura aforadora puede maneja agua con slidos en suspensin, casi no genera prdida de energa, su diseo y construccin son sencillos y econmicos, pero su uso se restringe a estructura tipo estandarizadas, pues de lo contrario debe recurrirse a laboratorio para calibralos.

Cabal Parshall

P E R F I L

Aforador de garganta larga

Es una estructura rgida muy similar al Parshall, pero en este caso se contrae el canal para generar condiciones de flujo en rgimen crtico en su garganta. Las secciones transversales del aforador en todo su desarrollo es trapaezoidal, lo cual lo hace prctico en canales con igual seccin. Adems la garganta puede disearse de tal manera que siempre es factible medir con gran exactitud cualquier rango de caudal previsto en el proyecto.

Aforador de Garganta Larga

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5. INSPECCIN A CONCESIONARIOS DE AGUA NACIONAL Una de las tareas importantes que realiza un tcnico inspector de la Comisin Nacional del Agua, CNA, es la de verificar los volmenes consumidos o descargados por los diversos concesionarios de los aprovechamientos hidrulicos de la nacin. La inspeccin de concesionarios del agua nacional se realiza visitando el sitio de explotacin o descarga en cuestin. Esta inspeccin se debe llevar a cabo mediante las actividades siguientes: 1) Revisin de la documentacin

existente y preparativos 2) Acopio de informacin general y en su

caso, recorrido por el aprovechamiento o descarga

3) Revisin fsica de los equipos de medicin instalados

4) Anlisis de informacin de registros histricos elaborados por el concesionario

5) Aforo comparativo para verificacin de registros

6) Elaboracin del acta de visita Con la informacin generada se elabora el dictamen tcnico de los resultados de la verificacin, donde se sealan los resultados de las cantidades extradas o descargadas de agua, las especificaciones tcnicas de los equipos de medicin instalados. La inspeccin de los aprovechamientos hidrulicos se debe hacer con calidad, lo cual puede resultar difcil de realizar, debido a que engloba una serie de actividades que es necesario ejecutar con orden y cuidado.

Por lo tanto, puede ser til que conozcas algunas recomendaciones, ideas y procedimientos, que seguro te ayudarn a mejorar tu trabajo de inspector y verificador. El procedimiento se divide en seis actividades. En este captulo se describen estas actividades.

Fig. 5.1. El procedimiento deinspeccin consta de seis actividades

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5.1. REQUISITOS Y CONOCIMIENTOS PARA EL INSPECTOR Antes de describir cada una de las seis actividades, es conveniente anotar que cualquier trabajador comisionado para visitar sitios donde hay medidores instalados, a fin de inspeccionarlos, debe regirse por algunos estndares de calidad y de competencia laboral. Es decir, la persona debe contar con conocimientos, habilidades, actitudes apropiadas a esa labor. Algunas de ellas son: a) Personalidad y comportamiento.-

limpieza y claridad de escritura, puntual, cuidadoso en sus clculos, disciplinado, respetuoso y atento a cumplir instrucciones.

b) Conocimientos Institucionales.-

Estructura bsica de la CNA y bases legales elementales relacionadas a la lectura de consumos de agua, as como a la exigencia de buen estado de aparatos e instalaciones accesorias. Especialmente es necesario conocer los procedimientos marcados en el Manual de Procedimientos de Inspeccin vigente y editado por la Subdireccin General de Administracin del Agua, CNA.

c) Habilidades y conocimientos rutinarios:

Identificacin visual de tipos de medidores, interpretacin de planos, principios de hidrulica, mtodos de medicin, normas, especificaciones de instalacin de medidores, clculo de consumos, conversiones de unidades de flujo, gasto, velocidad y presin; conocimiento sobre tamaos de tubos, piezas especiales y materiales; reglas de trato hacia usuarios, algo de electrnica y telemetra.

Tambin, es necesario que el inspector sea capaz de capturar y organizar la informacin, validarla y hacer informes integrados. Y es deseable que pueda programar las nuevas visitas, rutas de inspeccin.

5.2. PASO 1. REVISIN DE LA DOCUMENTACIN EXISTENTE Y PREPARATIVOS El primer paso que debes hacer cuando requieras inspeccionar a un concesionario es revisar toda la documentacin que dispongas en la oficina, antes de partir hacia la obra hidrulica.

Puedes comenzar averiguando si existen planos, reportes o dictmenes tcnicos previos, o datos del lugar, como por ejemplo ubicacin, tipo de aprovechamiento hidrulico, equipo de medicin instalado, etc. Es muy recomendable que hagas una ficha resumen de estos datos, similar a la que se muestra a continuacin.

FICHA TCNICA PREVIA A LA INSPECCIN

DE CONCESIONARIOS DE AGUA Fecha: 25/agosto/2000 Nombre del usuario : Sistema de agua Saltillo Ubicacin: Ciudad de Saltillo, Coah. Tiene Ttulo de Concesin: S __X__ No _____ Claves: CUU Extraccin X Descarga _______ Flujo superficie libre ___ Flujo presin ____X____ Tipo de captacin: ___30_Pozos_______ Equipo de medicin instalado: placas orificio con registrador digital y annubar con registro grfico Fecha de la ltima inspeccin: Es la primera Consumo anual aproximado: 40500,000 de metros cbicos Gasto de extraccin aproximado por pozo: 40 lt/s Presin de trabajo: 3.8 kg/cm2 (38 mca) Tipo de medidor verificador a utilizar en la inspeccin: Tubo Pitot Elabor: Ral Jurez N. Cargo: Jefe de Proyecto Nota: No olvides anexar el ltimo dictamen tcnico o reporte de la ltima visita de inspeccin. Tambin, debes elaborar una lista de los documentos oficiales, tales como normas, manuales de especificaciones, oficios, etc., y de los equipos, herramientas y materiales

FIG. 5.2. Para adquirir estas habilidadeses necesario el entrenamiento deloperador y su capacitacin continua.

Formato 5.1. La ficha tcnica previa a lainspeccin te permitir planear mejor tu visitaal sitio

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que llevars contigo a la visita de inspeccin. Conviene que lleves las siguientes herramientas y materiales: Juego de llaves y desarmadores Pintura en spray Cinta mtrica Lmpara de bateras Guantes y equipo de proteccin y

seguridad personal Formatos, libreta y pluma y lpices de

colores o plumones Cronmetro Manmetro tipo Bourdon Cinta Adhesiva transparente Batera, pilas o fuente de poder Por supuesto, debes preparar el equipo porttil de medicin que te servir para comprobar la exactitud de los medidores instalados; por ejemplo equipo de pitometra, o ultrasnico, o molinete, o vertedor, o escuadra, etc., segn sea el caso.

5.3. PASO 2. ACOPIO DE INFORMACIN GENERAL Y EN SU CASO RECORRIDO POR EL APROVECHAMIENTO O DESCARGA Una vez cumplidos los requisitos legales necesarios para iniciar la inspeccin y te encuentras en el sitio del aprovechamiento, es necesario hacer un reconocimiento fsico del sistema hidrulico que se va a inspeccionar. Enseguida, es necesario que solicites toda la documentacin de la obra de extraccin o descarga, segn sea el caso, por ejemplo planos, croquis y especificaciones de los equipos de medicin, registros histricos de gastos y volmenes de extracciones o

descargas de agua, concentrados en tablas y los de bitcora. Despus de revisar toda la documentacin, anota en el formato 5.2 algunos de los datos que hasta el momento puedas obtener. Este formato se propone con el fin de que dispongas de una ayuda u orientacin y en ningn caso restringe tu creatividad y la extensin de la informacin que creas que debes anotar.

Fig. 5.3. Antes de la inspeccin sernecesario que prepares las herramientasy equipo que utilizars en la obra

Fig. 5.4. Con la revisin de planospodrs ubicar cada uno de los sitiosdonde existen medidores a inspeccionar

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HOJA DE CAMPO DE LECTURA Y VERIFICACION DE MEDIDORES

FECHA

NOMBRE O RAZON SOCIAL

UBICACIN MUNICIPIO

ESTADO

NOMBRE O DENOMINACION DEL APROVECHAMIENTO

1. Uso del medidor:

Aguas subterrneas Aguas superficiales Aguas residuales

En conducto: a presin a gravedad

2. Caractersticas:

Tipo: Velocimtrico Presin diferencial Deprimgeno

Vertedor Canal Parshall Ultrasnico

Electromagntico Otro

Marca: Modelo No. de serie

" de medidor o garganta:

Totalizador: Grfico Digital No. serie:

3. Estado fsico:

En operacin: si no

Sustituido: si fecha (d/m/a) no

Tiene sellos de CNA: si no

4. Calca del nmero de serie del medidor (elemento primario):

OBSERVACIONES:

Una vez realizado lo anterior, inicia el recorrido por las instalaciones de la obra de captacin o descarga, junto con la persona que te hayan designado. En este trayecto debes ir verificando que los componentes

del sistema coincidan con los planos, que los equipos de medicin sean los que se indican en las especificaciones y sobre todo que el estado fsico de la obra est en buenas condiciones. Anota todos los datos del formato anterior, mismo que ser parte integrante del acta de visita. Conviene revisar detalladamente los aparatos medidores y observar si cumplen con los requerimientos de instalacin

especificados; la manera de hacerlo se describe en las actividades del punto 3. Cualquier situacin anormal debes anotarla en el Acta de Visita y comentarla con el tcnico asignado. Ser siempre muy conveniente y til incluir en al Acta de Visita fotografas de revelado instantneo (tipo Polaroid) del sitio y de los medidores; en la parte posterior de las fotos debes incluir una breve descripcin alusiva y deben ser firmadas por los participantes. 5.4. PASO 3. REVISIN FSICA DE LOS EQUIPOS DE MEDICIN INSTALADOS Cada sistema de medicin instalado debe ser revisado minuciosamente.

Inicia la revisin construyendo para cada medidor un croquis de la instalacin. Puedes utilizar el formato 5.3 en donde existan captaciones con bombeo; en captaciones superficiales o descargas construye uno similar. Recuerda que los formatos son un ejemplo.

Formato 5.2. Es necesario que dispongas de hojas suficientes de formato para lleva a cabo la inspeccin de concesionarios de agua.

Fig. 5.5. Todos los medidoresinstalados deben revisarse condetalle para establecer el estadofsico que guardan

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Son varios los detalles de los medidores instalados que debes revisar. A continuacin se listan algunos de los ms importantes: - Dimetro, gasto y presin nominales - Tipo, marca, modelo y nmero de serie del medidor - Forma de lectura y unidad de medicin - Escala mnima del registrador - Distancia ms cercana con codos, reducciones y vlvulas - Cuidados ambientales e intemperismo (ruido, iluminacin, lluvia, etc) - Posicin del medidor (vertical, horizontal) - Posibilidad de aire atrapado en conductos - Estado fsico general de las instalaciones - Posicin de sensores y registradores Es muy importante que el nmero de serie del medidor lo calques sobre el Acta de Visita. Primero raya con lpiz la placa donde est inscrito en el aparato, luego coloca un pedazo de cinta adhesiva sobre l, despus levanta la cinta sin tocar los nmeros, finalmente pega la cinta con los nmeros en el Acta de Visita.

CROQUIS DE LA DESCARGA

SIMBOLOGIA

VALVULA REDUCTORA TEE

DE PRESION CODO

VALVULA ALIVIADORA

DE PRESION REDUCCION

VALVULA EXPULSORA CARRETE

DE AIRE

JUNTA GIBAULT

VALVULA CHECK

MEDIDOR

VALVULA DE

SECCIONAMIENTO DIAMETRO DE

TUBERIA "VALVULA DE

PITOMETRIA

CRUZ

TAPA CIEGA

EXTREMIDAD MANOMETRO

MOTOR ELECTRICO MOTOR DE

COMBUSTION INTERNA

BOMBA HORIZONTAL B.H. BOMBA VERTICAL B.V.

OBSERVACIONES

M.E. M.C.I

M

Formato 5.3. Un croquis es muy til para ubicar el medidor en una captacin

Fig. 5.6. El nmero de serie del medidorse calca con una cinta adhesiva

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En los casos en que se manejen aguas residuales, observa si el equipo est diseado y fabricado para este tipo de agua. Seala en el Acta de Vista los comentarios pertinentes, aunque la instalacin del equipo de medicin sea adecuada o no. Tambin puedes auxiliarte completando el formato 5.2 antes visto y el formato 5.4.

5.5. PASO 4. ANLISIS DE INFORMACIN DE REGISTROS HISTRICOS ELABORADOS POR EL CONCESIONARIO La actividad siguiente que debes realizar es revisar y analizar los registros de volmenes extrados o descargados por el concesionario.

Lo primero que debes hacer es un esquema sobre el acta de visita de los diferentes puntos de extraccin o descarga, de tal manera que puedas cuantificar efectivamente cul es el volumen de agua, ni ms, ni menos.

CARACTERISTICAS NOMBRE DE LA CAPTACIN

CAPTACIN 1 CAPTACIN 2 - Tipo de medidor - nmero de serie - Tipo de registrador - Unidad de medida - Fecha de instalacin - Dimetro del tubo - Ultima fecha de calibracin

Annubar -43567-B grfico metros cbicos 16/nov/1994 8 pulgadas 14/enero/1995

Annubar -45568-B grfico metros cbicos 16/feb/1995 10 pulgadas 24marzo/1995

Formato 5.4. Ordenar los datos de los medidores por captacin da un idea ms clara delestado general de estos aparatos en el aprovechamiento hidrulico

Fig.5.1. Esquematizar el sistema deextraccin o descarga de unaprovechamiento hidrulico en el acta devisita facilita la cuantificacin de volmenes de agua en concesin.

Fig. 5.7. Importante: Recuerda que nodebes emitir juicios u opiniones sobre elmedidor, en el Acta de Visita,nicamente debes asentar los hechosobservados.

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Importante: Muchas veces existen medidores instalados en puntos intermedios, entre la captacin y el punto de entrega del agua, o bien cuando existen usos diversos, por lo que es recomendable recabar la informacin de todos aquellos y tener cuidado de no duplicar los volmenes extrados. Es muy probable que encuentres registros desordenados o no analizados, por lo que debes proceder, con ayuda del concesionario, a identificar los correspondientes a cada uno de los aprovechamientos y a ordenarlos cronolgicamente. 5.6. PASO 5. AFORO COMPARATIVO PARA VERIFICACIN DE REGISTROS Para verificar el funcionamiento correcto y la exactitud de un medidor es necesario que compares el gasto instantneo registrado por este aparato, con el gasto obtenido mediante algn mtodo de aforo o medidor patrn. Puedes emplear mtodos o equipos como los de: * Aforo Volumtrico directo.- Se comprueba la variacin del volumen almacenado en un tanque o cisterna, de geometra conocida, observando los cambios de niveles del agua. * Equipo ultrasnico.- Medicin del gasto con sensores de sonido con alta frecuencia. Utilizado en canales y en tubos a presin. * Pitometra .- Medicin de carga de velocidad en tuberas. * Modelos electromagnticos porttiles.-

Muy til en flujo en conductos a presin. * Otros modelos porttiles.- Emplean otros principios de funcionamiento, como por ejemplo el de Turbina insertable. * Aforo con molinete .- til para flujo a superficie libre. Para efectuar el aforo comparativo debes atender lo siguiente: La medicin del gasto con los dos

equipos debes realizarla en forma simultnea, o sea registrar la lectura del medidor sujeto al anlisis al mismo tiempo en que se toma la lectura en el medidor patrn.

Anota en el Acta de Visita el detalle de

la verificacin, poniendo un croquis de la instalacin, sealando los equipos utilizados, fechas, etc.

La exactitud del medidor patrn debe

estar certificada por alguna institucin de acreditamiento, por ejemplo de las que tiene en su lista el Sistema Nacional de Laboratorios de Prueba, SINALP.

La comparacin de los gastos debe

estar en las misma unidades (m3/s , lt/s, etc.)

Es necesario que realices al menos

tres pruebas y que hagas un promedio de los tres gastos obtenidos.

Revisa los manuales del equipo

instalado y el de prueba. La presente serie autodidcta incluye otros manuales especficos de algunos medidores, que puedes consultar lo relativo al aparato en cuestin.

En caso de que sea muy difcil obtener la comparacin del gasto en una instalacin, solamente en casos extremos y para tener una idea aproximada del gasto se pueden utilizar algunos mtodos de aforo, como por ejemplo el de flotador cronmetro, el de la escuadra, o algn otro similar. De ninguna manera puede dictaminarse la exactitud de los medidores instalados mediante estos mtodos, sin embargo usarlos es a veces til para estimaciones gruesas de consumos o descargas. 5.7. PASO 6. ELABORACIN DEL ACTA DE VISITA Despus de que se ha hecho toda la inspeccin del sitio y se hayan realizado las actividades de acopio de informacin, la revisin fsica de los medidores, el anlisis de los registros histricos y el aforo comparativo, ser necesario elaborar un acta de visita, en donde se asentarn en forma cronolgica y circunstanciada los hechos, omisiones y dems irregularidades que resulten de la verificacin realizada, indicando de manera clara, precisa y objetiva los hechos observados durante la inspeccin, cuidando que stos se encuentren debidamente soportados con las pruebas reunidas. A continuacin se enlistan algunas recomendaciones que debers seguir para el llenado de este documento: 1. El acta de visita deber levantarse por

duplicado en original y copia, cuidando que los datos queden claramente asentados en la copia.

2. El acta no deber tener ralladuras,

tachaduras o enmendaduras que puedan afectar su validez.

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3. En caso de escribir algn dato en forma errnea, es recomendable incluir la leyenda debe decir y a continuacin escribir la correccin.

4. Cuando algn dato de tus formatos no

aplique al aprovechamiento o descarga verificado, debes cancelar el espacio correspondiente con una lnea horizontal a manera de no permitir la escritura posterior.

5. Los formatos que utilices para recabar

la informacin en campo, debe contener claramente la identificacin del acta de visita del que forma parte.

6. Recuerda anotar todas tus

observaciones de la inspeccin realizada, toda vez que nicamente lo que se encuentre registrado en ella puede ser utilizado para emitir tu dictamen tcnico. As mismo los datos asentados en este documento pueden ser utilizados por el visitado para impugnar tu actuacin.

7. Al cierre del acta, debers recabar la

firma de los asistentes a la diligencia en forma autgrafa tanto en el formato original como en la copia, as como en cada una de las fojas de la documentacin anexa al acta.

5.8. REALIZACIN DEL DICTAMEN TCNICO - ADMINISTRATIVO El dictamen tcnico administrativo es un documento oficial de la CNA. El dictamen expondr el anlisis de la informacin contenida en el acta a fin de evaluar la situacin que guarda el concesionario, con relacin al uso o aprovechamiento de las

aguas nacionales y bienes pblicos inherentes y, en su caso, definir las presuntas infracciones que hubiere cometido.

DICTAMEN TCNICO

Inspeccin a Concesionarios del Agua Nacional

Gerencia Agosto/2000

Este dictamen lo debes elaborar en tu oficina cuando regreses de la visita de inspeccin, una vez que hayan transcurrido el plazo de 15 das otorgado al visitado para que manifieste lo que a su derecho convenga respecto a los hechos asentados en el acta de visita (Art. 183, fraccin VI, del Reglamento de la Ley de Aguas Nacionales). En caso de que el usuario aporte pruebas a su favor, debers llevar a acabo el procedimiento de desahogo correspondiente, a fin de que puedan ser consideradas en el dictamen. El documento debe ser escrito en procesador de textos de computadora, debe ser firmado por ti y por tu superior inmediato. A continuacin se describen los puntos que debe contener un dictamen de una visita de inspeccin de aguas nacionales relacionado con los volmenes extrados o descargados por un usuario. 1. Datos Generales

En este apartado se incluyen los siguientes datos de identificacin de la visita practicada: Nombre completo, sin abreviaturas, de

la persona fsica o moral visitada. Nmero de Registro Federal de

Contribuyentes. Domicilio en que fue practicada la visita

y en su caso, domicilio sealado por el usuario para recibir notificaciones.

Nombre completo de la persona que atendi la diligencia, especificando si se trata del usuario, su representante legal o el cargo que desempea cuando la visita ha sido atendida por una persona distinta a los anteriores,

Nmero de oficio de la Orden de visita, Nmero de oficio de comisin, Fecha en la que se realiz la

notificacin, indicando la fecha de citatorio en aquellos caso en los que se haya utilizado.

Nmero de acta de visita de inspeccin Fecha en la que se llev a cabo la

visita 2. Resumen General del Manejo del

Agua Debes anotar una breve descripcin del manejo del agua indicando nmero, tipo y denominacin del aprovechamiento con que cuenta el visitado, usos especficos de las aguas nacionales extradas. Asimismo, debes describir el nmero y denominacin de las descargas identificadas, nombre del cuerpo receptor, origen de la descarga, tipo (permanente, intermitente o fortuita). 3, Situacin Legal del Aprovechamiento de aguas nacionales, descarga de aguas residuales, ocupacin de zonas federales y extraccin de materiales.

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En este inciso, debes Indicar el nmero y fecha de expedicin del ttulo de concesin de explotacin o descarga, sealando los volmenes y usos autorizados, as como permisos para construir obras de explotacin y perforacin o usar o cauces, vasos, zonas federales o bienes nacionales a cargo de la CNA. 4. Situacin respecto a los volmenes declarados por la explotacin, uso o aprovechamiento de aguas nacionales o bienes inherentes En esta seccin, debes describir si el visitado realiza el pago de derechos por concepto explotacin y descarga de aguas nacionales as como del uso de zonas federales. Describe si el concesionario exhibi y/o proporcion copia simple de las declaraciones trimestrales y anuales de los volmenes de agua explotados o descargados y de la superficie ocupada, correspondientes a los ejercicios fiscales de los ltimos 5 aos. Efecta adems el anlisis de los volmenes anuales declarados a fin de conocer si se declaran volmenes mayores a los autorizados en el ttulo de concesin; es recomendable que elabores una tabla comparativa de datos. 5. Verificacin de los sistemas de medicin. Describe las caractersticas generales de los sistemas de medicin de volmenes de agua instalados en todos y cada uno de los aprovechamientos y descargas detectadas durante la visita de inspeccin. Seala el tipo y marca del medidor, nmero de serie del elemento primario de medicin, lectura registrada al momento de la visita, y si hubo o no, la existencia de sellos de CNA y derivaciones antes del medidor.

a) Determina el porcentaje de error en la exactitud con la frmula siguiente:

100 QError % xQ

QQ

patrn

patrnmedidor =

donde: Qmedidor = Gasto del medidor instalado Qpartrn = Gasto del equipo patrn %ErrorQ = Porcentaje de error en le gasto

b) Si el porcentaje de error se encuentra en un intervalo de +/- 5 % (error permisible parea medidores segn la norma NOM-012-SCFI-1994 descrita en el apndice A de este manual), se considerar que el medidor funciona con los lmites de exactitud y se aprobarn los registros histricos del concesionario. Cuando en un acta de visita se encuentren asentadas irregularidades detectadas en el equipo de medicin que podran afectar el correcto funcionamiento del medidor, por ejemplo que la cartula est rota, con seales de humedad o con partculas slidas, que el equipo no trabaje a tubo lleno, si se trata de un medidor que trabaja a presin, o se encuentre instalado sin observar las distancias recomendadas antes y despus de una pieza especial, stas deben incluirse en el informe de manera clara y concisa. 6. Determinacin presuntiva de volmenes En este apartado reporta los volmenes de agua aprovechados y/o descargados por el concesionario. Lo debes obtener a partir de los registros colectados durante la visita de inspeccin. Es conveniente que los ordenes por mes y por cada captacin, como se muestra en el formato 5.5.

MES

CAPTACI

N 1 (m3)

CAPTACI

N 2 (m3)

CAPTACIN 3 (m3)

VOLUMEN TOTAL DE AGUA (M3)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL

327,734 299,335 333,249 311,892 315,896 297,541 303,185 297,757 296,541 288,283 293,294 302,902

3667,609

629,262 516,608 603,436 609,729 565,540 532,259 479,046 540,910 551,421 597,929 445,265 488,629

6560,034

646,117 637,338 777,520 672,399 783,896 715,818 762,757 760,955 677,010 602,986 688,173 723,927

8448,896

1603,113 1453,281 1714,205 1594,020 1665,332 1545,618 1544,988 1599,622 1,524,972 1489,198 1426,732 1515,458

18676,539

Con los resultados del aforo comparativo debes ajustar este volumen consumido por el concesionario en el perodo considerado, lo cual puedes hacerlo de la manera siguiente: En el caso de que el porcentaje de error exceda el error permisible de +/- 5% , entonces se ajusta el volumen de agua consumido o descargado; si el error es positivo (signo +) quiere decir que el medidor instalado est registrando ms gasto que el que est pasando; si el error resulta negativo (signo menos) entonces el aparato esta midiendo menos gasto. El ajuste del volumen se hace simplemente multiplicando el volumen total registrado por el porcentaje de error de gasto dividido entre 100.

100Q)(%Error x reportado

ajustado

=

Formato 5.5. Es necesario ordenar losvolmenes por mes y por captacin paraobtener el total de agua extrada.

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donde: Vajustado = volumen ajustado con el porcentaje de error, en m3. Vreportado = volumen reportado por el usuario, en m3. 7. Presuntas violaciones a la Ley de Aguas Nacionales (Art. 119) En este apartado describe de manera presuntiva las posibles infracciones a la Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento de acuerdo a las faltas sancionadas en el artculo 119 de dicha Ley. 8. Conclusiones y recomendaciones

Anota en forma breve las irregularidades a las que se llegaron una vez concluida la revisin efectuada la acta de visita. Tambin, en este rubro debes indicar si de la revisin efectuada al acta de visita de inspeccin se desprende que debe efectuarse algn trmite especial ante otra rea de la CNA o notificar a una dependencia externa

AUTOEVALUACIN No. 3

1. En una acta de visita se debe:? a) Anotar y no emitir juicios b) Anotar y emitir juicios c) Emitir juicios d) No se debe hacer acta de visita 2. El nmero de serie de los medidores

instalados se: a) Copia a mano en el acta b) Fotografa c) Quita y se pone en el acta d) Se calca con una cinta adhesiva 3. Para verificar la exactitud de un

medidor instalado se utiliza: a) El mtodo del flotador cronmetro b) Un recipiente y una cinta c) Un medidor porttil calibrado d) El mtodo de frecuencias 4. Qu debes hacer cuando un dato del

formato no aplique al aprovechamiento?

a) Ignorarlo b) Cancelar el espacio con una lnea c) Reportarlo al jefe inmediato d) Borrarlo

5. Si se toma una fotografa a un equipo, cmo debe realizarse?

a) Con una cmara tipo Polaroid

instantnea b) Con una cmara registrada en la CNA c) Con una cmara del concesionario d) Con una cmara persona