UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN DE TACNA
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN DE TACNA
FACULTAD DE INGENIERA METALRGICA
CURSO: Operaciones y Procesos Metalrgicos
Prctica de medicin de Caudales
El aforo, es el acto o conjunto de operaciones que se realizan
mediante aparatos o instalaciones especiales para obtener el caudal
de un ro, riachuelo canal. El caudal gasto descarga, es el volumen
de agua que pasa por la seccin transversal del ro en una unidad de
tiempo.
En las visitas de inspeccin y verificacin de las descargas de
aguas residuales, parte fundamental es el aforo, ya que permite
establecer su comportamiento desde un punto de vista volumtrico. El
complementar esta informacin con las determinaciones analticas de
laboratorio, permite determinar la concentracin promedio de los
contaminantes vertidos y la carga contaminante, producto de la
concentracin de contaminantes (mg/l) por el caudal.
El conocer el caudal y la calidad del agua presente permitir
tomar mejores decisiones ante grandes variaciones de caudal y
contaminantes. Si se parte de datos errneos se tomarn decisiones
errneas en desmedro del cumplimiento de la normatividad previamente
establecida, exponindose a multas y sanciones.
1. Mtodos de Aforo
Para que el aforo de una descarga sea confiable, el mtodo de
medicin y el tipo de medidor debern ser los que mejor se adapten a
las caractersticas del agua y la configuracin fsica de la
descarga.
1.2 Mtodo Directo: Mtodo Volumtrico
Es el mtodo ms confiable, sin embargo, la posibilidad de
aplicarlo es limitada, abarca caudales pequeos (hasta de 20 l/s.).
El mtodo consiste en desviar toda el agua del riachuelo canal hasta
un cilindro balde grande, y se mide el tiempo que se demora en
llenar este cilindro de capacidad conocida. Para desviar el agua
hasta el cilindro se puede utilizar un tubo de plstico una calamina
doblada, insertada en una pequea represa de barro tal como se
muestra en la figura 1.
Si usa un cilindro de aceite de 55 galones (equivale a una
capacidad de 208 litros) y si el tiempo que demor en llenar este
cilindro es de 8 segundos medidos con un reloj. Entonces el caudal
es igual a: 208 l/8 s = 26 l/s.
Figura N 1. Medicin de caudal usando un volumen conocido
1.3 Mtodo Indirecto
Los mtodos indirectos de aforo, tienen condiciones especficas en
las que se puede medir con precisin el caudal. En general, los
medidores fueron desarrollados para medir agua limpia, por ello,
cuando se aplican a descargas que contienen aguas residuales es
necesario hacer las siguientes preguntas Pueden medir descargas de
agua fra y agua caliente? Son susceptibles de ser corrodos por el
agua o algn compuesto en la descarga? La presencia de slidos
suspendidos afecta su desempeo? Requieren de una preparacin
especial?.
Hay varios tipos de medidores, muchos no son de utilidad para
aforar las descargas por no ser porttiles y por requerir de
preparacin de la infraestructura para colocarlos, o bien, requieren
obra civil especial. Por ello, el aforo de la descarga con estos
equipos slo se podr hacer si el usuario cuenta con alguno de estos
ya instalado.
Idealmente el medidor seleccionado no debe variar su precisin
para temperaturas de 40C, altas concentraciones de slidos
suspendidos no deben interferir con su desempeo. Asimismo, deben
ser porttiles y fciles de adaptar en el campo. Por lo que las
opciones se reducen al mtodo del flotador y mtodo del
correntmetro.
a) Mtodo del Flotador
El flotador es un objeto suspendido o flotante que es arrastrado
por la corriente con su misma velocidad. Para que se le considere
un buen flotador debe reunir las siguientes condiciones:
La parte expuesta al viento debe ser lo ms reducida posible,
pero el flotador siempre debe estar visible. La parte sumergida no
debe ser voluminosa, para evitar interferencia con objetos
sumergidos. En lo posible, simtrico y de preferencia de plantilla
redonda, esto con objeto de que al rotar siga ofreciendo la misma
resistencia tanto al agua como al aire. De fcil manejo y resistente
a sacudidas bruscas, sencillo de construir, ligero y econmico. Fcil
de transportar
Debe adquirir una velocidad muy cercana a la velocidad de la
corriente de agua, y esto slo se consigue si es ligero y est poco
expuesto al viento. La velocidad del flotador se halla midiendo el
tiempo que tarda en ser arrastrado por la corriente en el tramo
recto de longitud conocida. En seguida se divide la longitud entre
el tiempo que le tom recorrer esa distancia. Si el flotador no ha
tenido algn obstculo, el resultado de la operacin es igual a la
velocidad superficial de la corriente.
Para medir la velocidad con el flotador se debe: Verificar que
se cuenta con el flotador, cronmetro, cinta mtrica y varilla (1 m).
Colocar el flotador en la corriente por lo menos un metro antes del
punto inicial del tramo seleccionado, a fin de que al momento de
pasar por este punto se haya alcanzado la velocidad superficial del
flujo. El flotador debe desplazarse por el centro del ancho de la
corriente del tramo seleccionado. Calcular la velocidad media de la
corriente a partir de la velocidad superficial.
Vs (L / t)Donde:
Vs = velocidad superficial de la corriente [m/s].
L = longitud del tramo seleccionado [m].
t = tiempo en que el flotador recorre la longitud del tramo
seleccionado [s].
Figura N 2. Mtodo del flotador para estimar el caudal
Se debe repetir su medicin por lo menos tres veces.
Una vez obtenida la velocidad superficial, se calcula la
velocidad media de acuerdo
con la siguiente ecuacin:
Vm = k Vs
Donde:
Vm = velocidad media [m/s].
k = coeficiente que vara de 0,85 a 0,95 y que depende de las
condiciones del viento.
k = 0,90 cuando no se presenta viento
k = 0,95 cuando se presenta viento frenando la velocidad del
caudal
k = 0,85 cuando existe viento pero no frena la velocidad del
caudal
Una vez obtenida la velocidad media del agua en el ro, riachuelo
canal, lo nico que falta para hallar el caudal del agua, es
calcular el rea promedio de la seccin transversal. Para esto se
mide la profundidad, por lo menos en tres puntos a lo ancho del ro
y se saca un promedio de estas profundidades.Siendo h1=h6=0
Figura N 3. Mtodo del flotador A. clculo del rea de la seccin
del cuerpo de agua, B. Medicin de la profundidad central del cuerpo
de agua / canal
El siguiente paso es medir el ancho del ro usando una cinta
graduada
Figura N 4. Forma de medir el ancho de un canal o ro chico o
mediano.
Entonces, el rea de la seccin transversal es igual a: ancho x
profundidad media
Finalmente, el caudal es igual a: Velocidad media x rea de la
seccin transversalb) Mtodo del Correntmetro
El correntmetro es un instrumento que permite medir la velocidad
de una corriente en cualquier punto a la profundidad que se desee.
Si la corriente es poco profunda se instala en una varilla y si la
corriente es profunda se monta en una sonda. Est constituido por un
sistema de copas cnicas o de hlice que giran alrededor de su eje
horizontal y un dispositivo para detectar las vueltas o
revoluciones del rodete. Si la presencia de slidos flotantes es
abundante no es recomendable su uso ya que los slidos flotantes
puedan interferir con el giro del rodete.En cauces de gran
profundidad, se recomienda medir la velocidad a diferentes
profundidades. Si la profundidad es mayor a 1,0 m, se recomienda
estimar la velocidad media como un promedio de velocidades a 0,2 y
0,8 m de profundidad. Si la profundidad es menor a 1,0 m, se
recomienda medir la velocidad media a 0.6 de profundidad. Ver la
figura siguiente:
Figura N 5. Profundidades recomendadas para la Medicin de la
Velocidad
El principio de funcionamiento es como sigue: la corriente de
agua ejerce un empuje sobre la hlice y hace que gire, el nmero de
vueltas por unidad de tiempo es directamente proporcional a la
velocidad de la corriente; conforme aumenta la velocidad del agua
aumenta el nmero de revoluciones de la hlice, que son registradas
en el detector.
La velocidad de rotacin del correntmetro se transforma a
velocidad lineal con la ecuacin de calibracin del correntmetro: V =
a + bN.
Donde:
N= nmero de revoluciones de minuto [rpm]
V= velocidad lineal [m/s]
m= pendiente
b= factor de ajuste
Existen correntmetros digitales que directamente miden la
velocidad lineal sin necesidad de aplicar la ecuacin de calibracin,
ejemplo de aprecia en la figura:
Figura N 6. Correntmetros digitales