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