Mediciones hidráulicas

Prof. Ing. Francisco Grimalt Riera Tema Nº 2 Mediciones Hidraulicas Página 1 de 51

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Tema Nº 2.- MEDICIONES HIDRÁULICAS 2.1.- Introducción 2.2.- Mediciones de: profundidades y/o tirantes, de presiones estáticas y dinámicas. 2.3.- Medición del tiempo. 2.4.- Medición de diferencias de alturas: niveles de precisión, catetómetros etc. 2.5.- Determinación de velocidades. Equipos: molinetes, micromolinetes, tubos de Pitot, Venturi,

Diafragma. Determinaciones expeditivas. 2.6.- Medición de caudales. Aforos. Distintos métodos para aforar. Diversores de caudales y tanque

volumétrico. Aforadores diversos tipos y su utilización. 2.7.- Calibración y contraste de los instrumentos de medición.

2.1.- Introducción Las mediciones hidráulicas, son necesarias para caracterizar, estudiar y representar el fenómeno físico real como por ejemplo; el estudio del funcionamiento de las Obras Hidráulicas, el estudio hidrodinámico de un tramo de río, la factibilidad de la construcción de un canal para conducir agua , etc. .

2.2.- Medición de Profundidades y/o Tirantes, de presiones estáticas y dinámicas 2.2.1.- Medición de Profundidades y/o Tirantes a) Con mira y nivel topográficos Este método se usa cuando hay que tomar muchos puntos fácilmente accesibles, por ejemplo, niveles de agua de canales y ríos; se trata de una nivelación topográfica ordinaria. Se debe procurar que la mira no penetre en el agua, sino que la esté lamiendo. Deben darse instrucciones al ayudante portamira, de que elija lugares donde no existan ondulaciones. b) Con sonda de gancho Esquemáticamente es una varilla metálica que desliza y termina con un gancho puntiagudo. Se mete en el agua de manera que la punta quede algo sumergida y se aprieta con un tornillo. Un segundo tornillo de precisión mueve la sonda ligeramente hacia arriba, hasta que se nota cómo la punta del gancho empuja la película superficial del nivel del agua. Como el aparato está referido altimétricamente a la obra donde se hace la medición, un nonio señala un valor cuya traducción a la cota pertinente es sencilla. Por diferencia con la cota de fondo se conocerá la altura de agua. Este aparato se usa en las mediciones de precisión de los laboratorios. La sonda desliza sobre unos perfiles nivelados perfectamente a cota conocida. c) Sondas Eléctricas Existen diversos dispositivos eléctricos - electrónicos, que miden y pueden trasmitir la información a distancia, del nivel de agua de una curso o un embalse. Algunos son digitales, leyéndose directamente el valor de la cota obtenida en cada momento; suelen usarse en centrales hidroeléctricas.

d) Regla Graduada o Limnímetros La manera mas sencilla para medir el nivel de un río es el de efectuar la lectura directa sobre una escala, colocada de manera tal que una parte de ella se encuentre siempre sumergida en el agua. La regla esta graduada en metros y centímetros, con una disposición análoga a la de una mira taquimétrica de uso topográfico.


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Estas deben ser colocadas de modo de asegurar una perfecta fijación ante la acción de las aguas; para ello puede ser útil su empotramiento sobre muros marginales de hormigón, estribos o pilas de puente ( en casos de existir éstos y siempre que su efecto sobre la corriente no distorsione las lecturas ) o sobre estructuras fijas de soporte construidas específicamente al efecto. Se puede medir el nivel de agua utilizando un limnímetro, que se coloca en un pozo de aquietamiento en una de las márgenes del río; se conecta el río con el pozo en el cual se realizarán las mediciones, en éste se elimina la perturbación superficial, para poder realizar una correcta medición. Uno de los elementos que forman parte de un limnímetro es la sonda de gancho, que es una regla metálica graduada la cual desliza y termina con un gancho puntiagudo. Se introduce en el agua de manera que la punta quede algo sumergida y se aprieta con un tornillo. Un segundo tornillo de precisión mueve la sonda ligeramente hacia arriba, hasta que se nota como la punta del gancho empuja la película superficial del nivel del agua. Como el aparato está referido altimétricamente a la obra donde se hace la medición, un nonio señala un valor. Por diferencia con la cota de fondo, se conocerá la altura de agua. Este aparato se utiliza generalmente en los laboratorios. La sonda desliza sobre unos perfiles nivelados perfectamente a cota conocida. Hay sondas sin gancho, es decir, con una simple punta que se acerca al nivel líquido hasta enrasarlo. e) Limnígrafos Los limnígrafos son aparatos registradores continuos del nivel del agua; son diseñados para dibujar sobre una faja de papel milimetrado arrollada en un tambor cilíndrico giratorio los puntos definidos por las dos variables independientes: el tiempo, mediante el giro del tambor producido por un dispositivo de relojería y la altura de escala, materializada con movimientos cuyo par motor lo constituyen las oscilaciones del nivel del río. El registro así obtenido recibe el nombre de limnigrama. Clases de limnígrafos Limnígrafos a Flotador Son aquellos en los que el par motor del movimiento de niveles, está ocasionado por el ascenso o descenso de un flotador, que boya sobre las aguas del pozo de aquietamiento el que normalmente cuelga de un cable, que pasando por una polea que acciona el dispositivo registrador, es mantenido en tensión por un contrapeso suspendido en el otro extremo. Este tipo de limnígrafo se instalan generalmente en una casilla localizada sobre un pozo de aquietamiento, la que se construye cerca de una de las márgenes ( exteriormente al cauce ), con la finalidad de proteger al flotador, al cable y al contrapeso de los materiales flotantes arrastrados, como así también para reducir en la mayor medida posible las fluctuaciones debidas a las ondas superficiales de la corriente. Limnígrafos neumáticos En estos el dispositivo que registra las alturas del nivel del río, es movido mediante las variaciones de la carga o peso del agua ( proporcional al tirante ), que incide sobre un cilindro testigo que se coloca en el fondo del río y que se comunica hasta aquel, mediante un tubo enterrado en el lecho del cauce, de escaso diámetro y suficientemente flexible y fuerte. Las mediciones se basan en registrar las variaciones de altura de este cilindro testigo, que se producen al variar la presión, por la forma ondulada de sus bases. Con este dispositivo se prescinde de la construcción de la casilla requerida por los limnígrafos de flotador, aunque la sensibilidad y confiabilidad de estos últimos es muy superior. Limnígrafos de Burbujas


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Estos miden el nivel del agua bombeando en forma continua una corriente de gas (usualmente dióxido de carbono) . La presión requerida para empujar continuamente dicho flujo de gas desde el lecho del cauce, es una medida de la profundidad del agua por encima de la boquilla que expulsa la corriente de burbujas. Esta presión se mide utilizando un manómetro situado en la casilla de medición. Limnígrafo Digital a Flotador Es un equipo destinado a la medición de niveles de agua, ríos, estuarios, mar, etc. . Las variaciones del liquido que se producen en un tubo aquietador, desplaza un flotador, que munido a una cuerda y a un contrapeso, produce la rotación de una polea calibrada. Esta tiene solidaria a su eje un potenciómetro de precisión que es el encargado de generar una señal eléctrica proporcional al nivel. Esta señal es enviada a través de un cable con conector en su extremo al registrador digital con memoria de estado sólido. Este registrador es el que digitaliza la señal proveniente del sensor y se encarga de almacenar el dato de nivel, en centímetros, junto con el tiempo, en un cartucho reutilizable de memoria de estado sólido. f) Aparatos para la medición de mareas Las estaciones que sirven para obtener los registros de los niveles generados por las mareas, se las puede clasificar en primarias y secundarias. Las primarias cuentan con aparatos y/o instalaciones por un espacio de tiempo relativamente grande, mientras que las secundarias se instalan para cubrir necesidades específicas de algún proyecto de pequeña magnitud, siendo operadas durante corto tiempo. Por su parte los instrumentos destinados a medir las ondas de marea, se clasifican en dos : mareómetros y mareógrafos. g) Mareómetros o Regla de Mareas Consiste en una escala graduada, la cual es conveniente que se fije en un lugar apropiado, por ejemplo un pilote de un muelle, algún macizo rocoso, o teniendo que instalarse en mar abierto se recurre al auxilio de una torre. La longitud de la escala quedara en función de la variación máxima que la marea pueda tener en el lugar que se trate. h) Mareógrafo Están constituidos por algún mecanismo o dispositivo, que permite obtener un registro continuo en el tiempo, de los niveles del agua para cualquier fase de la marea. Los mareógrafos se pueden subdividir en atención a la naturaleza del dispositivo que usan en: Mecánicos, eléctricos y electrónicos, algunos de los cuales de este ultimo tipo operan bajo el agua, es decir, se fondean en algunos lugares de la costa y periódicamente se recuperan para recoger el elemento donde graban los datos registrados. Para el caso de trabajos de medición de mareas durante corto tiempo, por ejemplo un mes, es común el uso de un limnígrafo, el cual viene siendo un mareógrafo mecánico o registrador de niveles. 2.2.2.- Medición de Presiones a) Presiones Estáticas Tubos Piezométricos


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Cuando las presiones a medir, son los medios pueden usarse estos aparatos. El diámetro del tubito debe ser pequeño para registrar las mínimas perturbaciones en la corriente. Cuando en un laboratorio se ha de medir la presión en muchos puntos, pueden llevarse los tubitos a un sólo tablero acotado con una regla graduada, o cuya superficie es de papel milimetrado. Cualquiera de estos que se use, estará referido a las cotas de nivelación de referencia. En definitiva, la presión en un punto de la conducción será la diferencia entre el nivel libre en el tubito piezométrico correspondiente a ese punto y la altura geométrica del mismo punto.

Manómetros de Mercurio Si el tubo piezométrico tuviese que ser demasiado alto ( mucha presión ), puede sustituirse por manómetros que usan tubitos o cubetas de mercurio. Dada la gran densidad de éste, bastan pequeñas alturas para medir grandes presiones ( 13,6 metros de carga de agua, por cada metro de altura de mercurio ).

H = 13,6 h

Manómetro Neumático Es indicado para leer presiones a gran distancia, funciona bien hasta unos 300 metros de longitud. Se inyecta aire a presión en una campana ubicada cerca del fondo, hasta que salgan algunas burbujas, la presión se ajusta automáticamente.


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BOMBA

ManómetroPr

esió

n m

edid

a

Consideraciones Generales 1. Las escalas pueden venir en atmósferas, metros de agua, kg / cm², o libras / pulgada². 1 atmósfera métrica = 1 kg / cm² = 10,33 m de agua = 14,2 libras / pulgada² H ( metros de agua ) = 0,0136 h ( mm de mercurio ) 2. Debe elegirse un manómetro con sensibilidad y rango de escalas apropiados. Para tal fin , lo ideal es que

los límites mínimo y máximo de nuestras mediciones, casi coincidan con el cero y el máximo del manómetro.

3. Cuando hay que medir presiones en tubos de gran diámetro, conviene sacar 4; 6; 8 tubitos en una misma

sección transversal, y promediar las mediciones.

45 º

4. El tubo de toma no debe entrar en el interior de la tubería, pues modifica localmente el estado de

presiones.


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Bien Mal

5. El manómetro acusa la presión existente junto a él. Hay que cuidar de conocer su cota de ubicación, o de

colocarlo junto a la tubería, sin tubito auxiliar.

Línea Piezométrica

tubería

Pres

ión

Med

ida

Altu

ra d

el M

an.

b) Presiones Dinámicas Se realiza con un sensor que me da el valor instantáneo, con velocidad de respuesta de 2000 a 3000 ciclos por segundo. También existe otro dispositivo que da la presión media. c) Olígrafo Este aparato se utiliza para medir la variación instantánea de la altura de ola en un determinado lugar. d) Micromanómetros Cuando se necesita medir una presión con gran precisión, se utiliza un micromanómetro. En la figura se muestra uno de ellos. En este sistema se emplean dos líquidos inmiscibles de pesos específicos 1 y 2, respectivamente. Supondremos que los fluidos de los depósitos A y B, cuya diferencia de presiones queremos medir, son gases de pesos específicos despreciables. Calcúlese la diferencia de presiones (pA-pB)

(presión en el punto que interesa) = (diferencia de cotas entre el manómetro y el punto considerado) + (Lectura del manómetro, en las mismas unidades anteriores)


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en función de d , d, 1 y 2. Si el área de la sección recta del tubo del micromanómetro es a y las de los depósitos C y D son iguales a A, determínese d en función de d, mediante consideraciones geométricas.

e) Sensor de Presión El sensor de presión se coloca en una cápsula estanca, que mide la presión hidrostática del líquido donde está inmerso. Un cable vincula el sensor con el registrador. Este contiene los conductores eléctricos, un cable de acero para conferirle robustez y un tubo capilar para vincular el interior de la cápsula al ambiente, compensando así los errores que podría introducir en la medición la variación de presión atmosférica. El registrador digital en memoria de estado sólido, recibe la señal del sensor, la digitaliza y almacena el dato en centímetros, junto con el tiempo. La operación de puesta en funcionamiento, como el de control e inspección de los datos almacenados en la memoria, se realiza a través de un teclado y un display alfanumérico. Los datos se pueden registrar de dos maneras distintas :

1. Periódico : en este se adquiere y se registra el dato de nivel en un período elegible por el operador, entre 1 y 99 minutos, por ejemplo.

2. Incremental : donde el operador elige en centímetros el incremento de nivel para el cual se desea obtener el dato.

Se puede realizar la transmisión de datos vía VHF; también por vía teléfono celular. Ejemplo de Sensores de Presión Los sensores monolíticos de presión de la serie "SX" de SENSYM permiten medir hasta 150 psi (aproximadamente 10 bar). Están proyectados para trabajar en medios no corrosivos y no iónicos tales como aire y gases secos. Varios rangos están disponibles para medir presiones absolutas y diferenciales, desde 0 a 1 psi (SX01) hasta 0 a 150 psi (SX150). Los sensores absolutos (A) tienen una referencia interna al vacío y una salida proporcional a la presión absoluta. Los sensores diferenciales permiten la aplicación de presión en los dos lados del diafragma. Esta serie se destaca por la alta impedancia del puente (4500 ohms), lo que posibilita un bajo consumo haciendo posible su uso en instrumentos portátiles a batería.


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2.3.- Medición del tiempo.

2.3.1.- Introducción

A los que nos ha tocado vivir en este final del siglo XX nos puede parecer que la medida del tiempo siempre ha consistido en mirar el artilugio que llevamos como pulsera. Es un gesto que se ha hecho familiar. Si acaso el reloj se detiene, cosa muy rara en los últimos tiempos, podemos escuchar radio. En medio de la programación se oyen cinco pitidos breves y a continuación otro más alargado. Esa es la hora en punto, exacta. Si nos trasladamos de un lugar a otro, nuestro reloj tiene que ir adaptándose a la hora correspondiente, pues la Tierra se ha dividido en veinticuatro partes, cada una de las cuales vive su propia hora de Norte a Sur. Raramente un reloj atrasa (o adelanta) y si lo hace es en un tiempo tan insignificante que han de pasar días y meses para llegar a notarlo. Para más familiaridad con la exactitud y con la medida del tiempo, relojes de esas características se encuentran en el mercado a precios realmente accesibles de manera que en cualquier sociedad de consumo, todo ciudadano, desde tiernas edades, tiene colocado el reloj exacto en su muñeca. Sin embargo esto no siempre ha sido así. La medida del tiempo y sobre todo, la utilización de relojes como los actuales ha sido algo que se ha logrado tras muchos siglos de estudio y de pruebas con aparatos de muy diversos tipos.

2.3.2.- Historia

2.3.2.1.- Reloj de torre

La medida del tiempo por parte del hombre tardó mucho en independizarse del Sol. Era necesario encontrar algún modo de medir el tiempo en secciones pequeñas, exactas, iguales en cualquier día del año y en cualquier lugar de la Tierra. Los europeos no inventaron relojes mecánicos hasta el siglo XIV, retraso que sorprende, pero sorprende más aún que la motivación por la que se crea ese tipo de reloj no procede ni de la agricultura ni del comercio ni de los pastores: procede de las órdenes religiosas que deseaban cumplir con constancia y sin olvidos sus deberes con Dios. Así que los primeros relojes mecánicos construidos no tenían como misión marcar la hora, sino hacer sonar una campana que indicara a los monjes que había llegado el momento de sus rezos (cuadro). Eran, realmente, unos despertadores. Hasta no hace mucho, sobre todo en los pueblos, las campanas recordaban los rezos del "Ángelus" al mediodía y al atardecer.

Los monjes y el reloj mecánico

Horas de las plegarias:


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Hora Prima (al amanecer)

Hora Tercia (a media mañana) Hora Sexta o Meridies (al mediodía)

Hora Nona (a media tarde) Hora Vesperalis (al atardecer)

Hora Completorium (cuando cae la noche)

Unos pesos que caían eran los responsables de mover el brazo que golpeaba la campana. El mecanismo que evitaba que los pesos cayesen de forma acelerada fue llamado escape. Esta es una de las invenciones más revolucionarias de la historia de la humanidad, pese a su sencillez. Estaba diseñado de tal forma que alternativamente detenía y luego liberaba la fuerza del peso en la maquinaria en movimiento del reloj. Este fue el invento fundamental que hizo posible la creación de los relojes modernos: el tic-tac del escape del reloj se convirtió así en la voz del tiempo. Por fin, la medida del tiempo dejaba de depender de los caprichos del Sol para ser algo cuya precisión dependía de la regularidad del escape del reloj. Hacia 1330, la hora se convirtió en nuestra hora moderna: una de las veinticuatro partes iguales en que se dividió el día; por primera vez la hora quedaba definida de una forma aceptada universalmente. Los primeros relojes no tenían ni esfera ni manecillas porque su única misión era marcar las horas. Fueron las torres de las Iglesias y las de los Ayuntamientos las que se encargaron de difundir esta nueva forma de medir el tiempo. Pero poco a poco el ingenio humano empezó a mejorar y a transformar los diseños de los relojes, sin cambiar el fondo mecánico. Fueron surgiendo los relojes que añadían escenas y espectáculos para todos los gustos y en varios momentos del día. Pero aún faltaba algún paso más que dar. El minuto no había nacido. Las primeras esferas de relojes, quizá la de San Pablo de Londres fue una de ellas, marcaban las horas de forma dispar. Unas marcaban sólo del I al VI y la manecilla daba cuatro vueltas al cabo del día. Otras marcaban las veinticuatro horas del día. Por fin se fue imponiendo la que ha llegado generalizado hasta hoy: la que marca doce horas dando la manecilla dos vueltas al día. Los minutos no fueron señalados hasta que el péndulo permitió añadir una segunda manecilla, concéntrica con la de las horas, que daba una vuelta completa cada hora. Hacia 1670 casi todos los relojes marcaban los minutos y también los segundos. Se completaba así un largo período de avances paulatinos hasta conseguir la medida del tiempo de forma exacta y aceptada. A partir de ahí, se producen avances técnicos. 2.3.2.2.- Reloj de bolsillo

La tradición cuenta que cuando Galileo Galilei (1564-1642) tenía 19 años y asistió a unos oficios religiosos que se celebraban en la Catedral de Pisa, se distrajo mirando el balanceo de la lámpara del altar. Pudo comprobar que el intervalo de tiempo de las oscilaciones permanecía constante utilizando su propio pulso como unidad de medida. Parece ser que este raro descubrimiento influyó para que el genial Galileo abandonara sus estudios de medicina y se dedicara a la física y a las matemáticas. Con ese invento aplicado a los relojes se consiguió en pocos años reducir el margen de error de 15 minutos a sólo diez segundos por día. Todos los lugares de la Tierra experimentan, a causa de la rotación del planeta sobre su eje, un día de 24 horas por cada vuelta completa de 360º. Los meridianos de longitud señalan esos grados. Así, la Tierra, cuando gira hace que por ejemplo, sea mediodía en diferentes lugares y cuando es mediodía en un lugar, aún falta tiempo para que lo sea en otro que esté al Oeste. En concreto, cuando en Estambul es mediodía, en Madrid faltan dos horas para que llegue el mediodía. Por tanto, si se pone un reloj exacto en Madrid y se viaja a Estambul, veríamos que al comparar con la hora local nuestro reloj tendría un "retraso" de dos horas. De esta forma, comparando ambas horas, se puede saber a qué distancia están las dos ciudades.


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Esta situación que en tierra puede resultar sólo curiosa, cuando se navegaba por los inmensos océanos se había convertido en un grave problema. Cuando la navegación dejó de ser de costera (cercana a la costa) y se dispuso a cruzar océanos como el Atlántico o el Pacífico, las orientaciones y ayudas que proporcionaba la astronomía se hicieron insuficientes. Cuando la consulta se le hizo a Galileo, éste recomendó la creación de un reloj exacto para el mar. Los holandeses, que en esa época tenían enormes intereses comerciales con el extremo oriente, se dispusieron a resolverlo como fuera. Huygens (1629-1695) lo intentó con un reloj de péndulo. Pero es difícil medir el tiempo con precisión con un reloj de ese tipo en un barco que se balancea a merced de las olas. El cálculo de la longitud en alta mar se convirtió así en un problema prácticamente universal. Felipe III de España ofreció, en 1604, un premio de 10.000 ducados a quien lo resolviese; Luis XIV ofreció 100.000 florines. Los Estados Generales Holandeses también anunciaron el suyo. En Inglaterra, la necesidad de resolver el problema la motivó un grave accidente que sufrió su flota. A menos de 65 Km. de la costa, muchos barcos chocaron con las rocas de las islas Scilly por estar totalmente desorientados respecto de su posición. El parlamento inglés, conmovido por la tragedia, aprobó en 1714 una ley para "proporcionar pública recompensa a aquella persona o personas que descubrieran la longitud en el mar". Era evidente que el premio no podía ser ganado por el reloj de péndulo. Había que avanzar más. Alguien había pensado que si se enrrollaba una delgada pieza de metal como un resorte, al desenrollarse podía impulsar la máquina. Pero el resorte tenía problemas. Mientras un peso que caía ejercía la misma fuerza al principio y al final de su caída, en el resorte la fuerza disminuía conforme se desenrollaba. La solución la daría el husillo. Pero aun quedaban situaciones que resolver: el tamaño seguía exagerado, no estaba metido en caja alguna, etc. ¿Qué pasó con los premios ofrecidos? El del parlamento inglés fue ganado por John Harrison (1693-1776). Después de varios intentos consiguió un reloj con el que hizo un viaje de nueve semanas a Jamaica. Los encargados de controlar la prueba comprobaron que sólo perdió cinco segundos, equivalentes a 1'25 minutos de longitud que estaba dentro del margen de treinta minutos de longitud que permitía la convocatoria. Así pues, el mecanismo del resorte hizo posible los relojes portátiles tanto en tierra firme como en el mar. El tiempo adquirió así una nueva visión y se tuvo la impresión de tenerlo, al fin totalmente dominado. Como puede observarse, la batalla por dominar la medida del tiempo ha sido lenta y larga. Hoy miramos nuestros relojes automáticos u oímos las señales horarias exactas por la radio y nos pudiera parecer que eso siempre fue así de sencillo. 2.3.2.3.-Elementos de medición Reloj: dispositivo empleado para medir o indicar el paso del tiempo, que puede ser fijo o portátil. Un reloj necesita una fuente de energía y una forma de transmitir y controlar esta energía, además de indicadores para registrar el tiempo transcurrido.

Mecanismos

La fuente de energía de un reloj puede ser un peso, un resorte motor o una corriente eléctrica. En los relojes mecánicos es necesario levantar el peso o tensar el resorte periódicamente; la fuerza motriz suministrada por la fuente de energía se transmite por un tren de engranajes y se regula con un péndulo o un volante. Este tipo de reloj registra el paso del tiempo mediante agujas que giran en una esfera o mediante ruedas numeradas; también pueden indicar la hora de forma audible haciendo sonar una campana o carillón. En los relojes eléctricos y electrónicos el tiempo puede indicarse mostrando números en una pantalla.


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Relojes eléctricos y electrónicos

En algunos relojes eléctricos domésticos, un pequeño motor gira al unísono con el generador de la central eléctrica, que está regulado para que proporcione una corriente alterna de una frecuencia determinada. También pueden emplearse corrientes eléctricas para mantener varios relojes secundarios sincronizados con el péndulo de un reloj principal.

En 1929 se desarrolló el reloj de cristal de cuarzo, de gran precisión. Este reloj utiliza un anillo de cuarzo conectado a un circuito eléctrico, al que se le hace oscilar a 100.000 Hz (hercios, o ciclos por segundo). Esta oscilación de alta frecuencia se convierte en una corriente alterna, se reduce a una frecuencia más adecuada para la medida del tiempo y se emplea para alimentar el motor de un reloj síncrono. El error máximo de los relojes de cuarzo más precisos es de 1 segundo en 10 años.

Los relojes de pulsera eléctricos o electrónicos emplean pequeñas pilas que duran más o menos un año. La pila puede impulsar el volante de un reloj mecánico convencional o puede emplearse para hacer oscilar un pequeño diapasón o con más frecuencia, un cristal de cuarzo.

Cronómetros

Los relojes mecánicos de alta precisión conocidos como cronómetros eran empleados por los navegantes para determinar la longitud geográfica y calcular su posición en alta mar. También los utilizaban astrónomos y joyeros para calibrar instrumentos de medida. El primer cronómetro eficaz fue construido en 1761 por el relojero británico John Harrison. Era un instrumento portátil montado sobre balancines para mantener el delicado mecanismo en posición horizontal.

Otro reloj de precisión, denominado cronógrafo, no sólo proporciona la hora exacta sino que también registra el tiempo transcurrido en fracciones de segundo. Hay distintas formas de cronógrafo: el tacómetro, que mide la velocidad de rotación; el pulsómetro, que determina el ritmo de una pulsación, y el contador de producción, que indica el número de productos fabricados en un tiempo determinado. Los cronógrafos o cronómetros empleados en competiciones deportivas indican el tiempo transcurrido, pero no la hora del día.

Relojes atómicos

Los dispositivos de medida del tiempo más precisos son los relojes atómicos basados en la frecuencia de la oscilación entre dos estados de energía de determinados átomos o moléculas. Estas vibraciones no resultan afectadas por fuerzas externas. El funcionamiento del reloj de cesio, utilizado para definir la unidad fundamental de tiempo en el Sistema Internacional de unidades, se basa en la medida de la frecuencia de la radiación absorbida por un átomo de cesio al pasar de un estado de energía más bajo a uno más alto.

El reloj de amoníaco y el reloj de hidrógeno emplean el principio del máser. El máser de amoníaco separa las moléculas de amoníaco en dos niveles de energía diferentes y la frecuencia constante —muy alta— con la que oscilan las moléculas entre un nivel y otro se emplea para medir el tiempo con gran precisión. Entre otras cosas los relojes atómicos se utilizan para medir la velocidad de rotación de la Tierra, cuyo periodo puede variar en 4 o 5 milisegundos de un día a otro.

Reloj mecánico

Un reloj mecánico contiene un complejo sistema de engranajes, compuesto por la rueda de escape, la rueda motriz, la rueda de transmisión, la rueda de las horas y la rueda de los minutos, además de diversos piñones. Resorte: dispositivo fabricado con un material elástico, que experimenta una deformación significativa pero reversible cuando se le aplica una fuerza. Los resortes se utilizan para pesar objetos en las básculas de resorte o para almacenar energía mecánica, como en los relojes de cuerda. Los resortes de los relojes están arrollados en forma de espiral.

Engranaje: rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra. Un conjunto de dos o más engranajes que transmite el movimiento de un


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eje a otro se denomina tren de engranajes. Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa.

Engranajes simples

El engranaje más sencillo es el engranaje recto, una rueda con dientes paralelos al eje tallados en su perímetro. Los engranajes rectos transmiten movimiento giratorio entre dos ejes paralelos. En un engranaje sencillo, el eje impulsado gira en sentido opuesto al eje impulsor. Si se desea que ambos ejes giren en el mismo sentido se introduce una rueda dentada denominada 'rueda loca' entre el engranaje impulsor o motor y el impulsado. La rueda loca gira en sentido opuesto al eje impulsor, por lo que mueve al engranaje impulsado en el mismo sentido que éste.


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En cualquier sistema de engranajes, la velocidad del eje impulsado depende del número de dientes de cada engranaje. Un engranaje con 10 dientes movido por un engranaje con 20 dientes girará dos veces más rápido que el engranaje impulsor, mientras que un engranaje de 20 dientes impulsado por uno de 10 se moverá la mitad de rápido. Empleando un tren de varios engranajes puede variarse la relación de velocidades dentro de unos límites muy amplios.

Los engranajes interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, un engranaje pequeño con pocos dientes. La cremallera (barra dentada plana que avanza en línea recta) funciona como una rueda dentada de radio infinito y puede emplearse para transformar el giro de un piñón en movimiento alternativo, o viceversa.

Los engranajes cónicos, así llamados por su forma, tienen dientes rectos y se emplean para transmitir movimiento giratorio entre ejes no paralelos.

Nota :

Cuarzo: Casi todo el cristal de cuarzo natural de alta calidad, importante materia bruta en la industria electrónica, se importa de Brasil, único país con grandes yacimientos de este mineral en cantidades comerciales. Los cristales de cuarzo también pueden sintetizarse.

2.4.- Medición de diferencias de alturas: niveles de precisión, catetómetros etc. Sonda Limnimétrica Electrónica Desarrollada en 1993, la sonda CCI V1.0 es la nueva versión de nuestras sondas limnimétricas. Es un conjunto electrónico e informático para medir con precisión los niveles de líquido de densidad constante. Da también la temperatura situada al nivel del sensor.

Se mide la altura del agua gracias a un sensor de presión que libera una señal eléctrica función de la presión hidrostática del líquido con relación a la presión atmosférica.

Este sensor está constituido por un substrate y un diafragma cerámico que forman junto una capacidad variable proporcional a la presión ejercida. Gracias a la estabilidad dimensional de la cerámica que permite una excelente estabilidad a largo plazo, las eventuales sobrecargas no modifican la precisión de la medida.

Un circuito híbrido situado justo atrás del substrate está constituido de un oscilador y transforma la información frecuencia en tensión. La utilización de un convertisor analógico/digital de 24 bits asociado a un micro-procesador administra el funcionamiento de la sonda y hace las adquisiciones sensores, los procesos de escala y de compensación térmica. Permite elaborar con precisión los resultados, incluyendo altura de agua y températura.

Estas informaciones constituyen un mensaje binario transmitido por una conexión serie baja velocidad, ó RS232C, aislada por copladores optoélectrónicos.

Este concepto original permite una transmisión sobre varios kilómetros sin degradación de la precisión ó de la sensibilidad de la medida.

Las sondas son intercambiables y todas compatibles sin adaptación ninguna con las centrales de registro CHLOE ó LIMNI 92. Cada sonda CCI V1.0 está calibrada en presion y temperatura y sus curvas de calibración estan almacenadas en la memoria del micro-procesador. El zero y el factor de escala se pueden telecargar por la conexión.

El cable de conexión, especialmente fabricado, lleva un capilar de puesta a la presión atmosférica y los conductores eléctricos. Este cable, blindado por una trensa metálica y forrado de un espesor de 2 mm de


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polyurétano, se termina por un conector Jupiter del lado sonda, y del lado central se empalma a un cofrecillo deshidratante que evita la condensación interna del capilar.

La sonda CCI V1.0 está calibrada en estandar para una extensión de medida de 10 m. Otras gamas son disponibles : 3,5 m ó 20 m. Se puede fijar bajo las aguas más bajas ó colgada en un pozo limnimétrico convencional.

2.5.- Medición de Velocidades. Equipos: molinetes, micromolinetes, tubos de Pitot, Venturi,

Diafragma. Determinaciones expeditivas. a) Molinetes Se denominan molinetes hidráulicos a instrumentos cuyo objeto es el de medir mecánicamente la velocidad de una corriente de agua, en el punto en que están sumergidos, constituyéndose en los dispositivos mas utilizados en la actualidad para la realización de aforos directos en ríos y canales. El fundamento de los molinetes para el cumplimiento de su función es que el movimiento de la corriente haga girar un eje mediante una hélice. Estando colocado el aparato en el seno de la corriente, mientras la velocidad de la misma permanezca constante, el eje girará con una velocidad, que tendrá una relación unívoca con la de los filetes líquidos. La velocidad n de giro se medirá mediante una serie de platinos que cierran un contacto por cada numero de revoluciones del eje ( 10, 20 o 50 ). Estos platinos comunican con un par de bornes en el exterior del aparato, a los que se conecta un circuito eléctrico, que a través de un cable conductor hace sonar un timbre por medio de la correspondiente batería de pilas. Los intervalos entre golpes de timbre se pueden contrastar con un cronómetro, para determinar el valor de la velocidad angular n ( r.p.m. ).La función v = f (n) es suministrada por el fabricante del aparato , y depende del tipo de hélice empleada, tiene forma recta, a veces 2 rectas, en este último caso se dan los rangos de n para cada recta. El molinete puede ir fijado a una barra vertical graduada que se apoya en el fondo del cauce, o bien suspendido de un cable. La velocidad del flujo se determina : v = a + b * n siendo : a : Constante del aparato a determinar. b : Constante del aparato a determinar. n : Nº de revoluciones por segundo.

El rango de velocidades a medir por un molinete fluctúan entre 0,5 m/s a 7 m/s. b) Micromolinete


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El micromolinete es un aparato poseen los mismos principios de funcionamiento que los molinetes, solo que los micromolinetes se utilizan en el laboratorio. Registran velocidades de 0,05 m/s hasta 1,5 m/s. c) Flotadores Es el método mas rudimentario para hallar la velocidad media de una corriente, pero también el mas rápido y el que requiere menos elementos y preparativos. El flotador puede ser una botella lastrada, o incluso cuerpos flotantes transportados por las aguas. El tramo de aforo debe ser lo mas recto posible y con sección transversal y pendiente sensiblemente uniforme. Para calcular la velocidad se toman los tiempos ( por lo menos tres determinaciones ) que tarda el flotador en pasar entre dos secciones adecuadamente demarcadas y separadas entre sí una distancia conocida, la que oscila entre 30 a 150 metros. Conviene además, medir la velocidad en varios puntos de la sección transversal, para luego determinar la velocidad media en cada franja en que se halla dividido la sección. d) Tubo de Pitot A causa de la presión dinámica, el agua se eleva en una altura h que es proporcional al cuadrado de la velocidad. Cada instrumento lleva una tabla, curva o función que relaciona v con h. Este aparato sirve también para tuberías, auxiliado de un manómetro diferencial de v² / 2 * g = Cc * h v = Cc ( 2 * g * h ) ^ ½ siendo : Cc : Coeficiente de gasto ( 0,85 a 0,99 ). 2.6.- Medición de Caudales (aforos) Podemos decir que aforar una corriente es calcular el gasto que escurre. Las velocidades de los canales abiertos son influidas por el rozamiento, la viscosidad, la tensión superficial y las irregularidades de la sección transversal y en la alineación. En la Figura 2-1 se representa la distribución de las velocidades en un canal artificial recto y relativamente liso. Las líneas de igual velocidad son aproximadamente paralelas al fondo y a los costados del canal, aparte de que la tensión superficial origina un ligero retardo de las velocidades cerca de la superficie libre de La corriente. En los canales de sección variable, particularmente en las corrientes naturales, la distribución de velocidades es bastante irregular. El esquema superior de la Figura 2-2, es un buen ejemplo de la distribución de velocidades en una corriente

natural.

Figura 2-1. Distribución de las velocidades, en m/seg. A pesar de la falta de uniformidad, se ha observado que la distribución de las velocidades en la sección transversal de un canal abierto sigue con bastante exactitud ciertas leyes bien definidas. Estas leyes pueden entenderse mejor estudiando los gráficos de variación vertical de la velocidad.


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Los gráficos de variación vertical de la velocidad se obtienen tomando las velocidades a lo largo de una línea vertical, principiando unos cuantos centímetros debajo de la superficie libre y continuando a intervalos aproximados de 15 ó 30 cm, midiendo una de estas velocidades tan cerca del lecho de la corriente como sea posible. Las velocidades así tomadas se representan gráficamente con las profundidades como ordenadas y las velocidades como abscisas, trazando una curva continua que pase tan cerca de estos puntos como sé pueda. A partir de esta curva se puede determinar a escala la velocidad a cualquier profundidad, siendo la velocidad media igual al área comprendida entre el eje vertical y la curva, limitada por las horizontales que pasan por el extremo superior e inferior de dicha curva, dividida por la profundidad del agua en la vertical considerada.

Figura 2-2. Distribución de las velocidades en un canal abierto.

La Figura 2-2 proporciona ejemplos de curvas de variación vertical de la velocidad. Dichas curvas se han trasladado horizontalmente un número entero de divisiones para que no se amontonen y los puntos correspondientes a sus verticales se han marcado con sus distancias en la parte superior de ellas. El Departamento Geológico de los EE.UU. construyó muchas curvas de esta naturaleza para un sinnúmero de corrientes. A partir de un estudio de estas curvas, se han deducido las reglas siguientes, que se cumplen aproximadamente para prácticamente todas las corrientes examinadas: 1. La velocidad máxima se presenta entre 5 a 25 por ciento de la profundidad aumentando el porcentaje


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con la profundidad cae la corriente. En corrientes poco profundas con lechos rugosos, la vena de velocidad máxima se encuentra muy cerca de la superficie. 2. La curva de variación vertical de la velocidad se aproxima a una parábola de eje horizontal que pasa por el punto de velocidad máxima. 3. La velocidad media en una vertical, dentro de un error máximo del 3 por ciento y un error medio de 1 por ciento, se presenta a 0.6 de la profundidad. 4. La velocidad media en una vertical, dentro de un error máximo de 1 por ciento y un error medio nulo, es la media aritmética de las velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad, respectivamente. 5. La velocidad media en una vertical es del 80 al 95 por ciento de la velocidad en la superficie, siendo 85 por ciento el promedio de varios centenares de observaciones. La variación de este coeficiente es más irregular. Parece ser independiente de la profundidad, la velocidad u otras condiciones físicas observables.

Figura 2-3. Distribución de las velocidades en corrientes cubiertas de hielo

Las leyes que rigen la distribución de las velocidades en los canales abiertos no se aplican a las corrientes cubiertas de hielo. La Figura 2-3, es un ejemplo típico de una corriente que fluye bajo una cubierta completa de hielo. La velocidad media no se presenta a 0.6 de la profundidad en una corriente cubierta de hielo, sino que es la media aritmética de las velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad. Las velocidades en el interior de los tubos están sujetas a las mismas irregularidades que las de los canales abiertos. Siguiendo un tramo largo, recto y sin obstrucciones, de una tubería de superficie uniformemente lisa, las líneas de igual velocidad deberían ser anillos concéntricos con la velocidad máxima en el eje de la tubería. La Figura 2-4 ilustra la condición normal de la corriente en una tubería recta en la que no hay


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influencias perturbadoras.

Figura 2-4. Distribución de las velocidades en una tubería recta

Las curvas desplazan la línea de velocidad máxima hacia el lado cóncavo de la tubería. Las obstrucciones de cualquiera clase y los cambios bruscos de alineación originan irregularidades en la distribución de la velocidad. La Figura 2-5 muestra las velocidades en una tubería curva según las medidas efectuadas por Saph y Schoder. La velocidad media varía del 80 al 98 por ciento de la velocidad central. La media de las velocidades a lo largo de un diámetro de una tubería puede diferir varias unidades por ciento de la media de las velocidades a lo largo de un diámetro perpendicular al primero, pero los experimentos indican que el promedio de las velocidades medias a lo largo de los dos diámetros es casi igual a la velocidad media en la sección transversal que determinan.

Figura 2-5. Distribución de las velocidades en un tubo curvo.

Se ha observado además que las velocidades en una sección dada varían proporcionalmente a medida que cambia el gasto y que un coeficiente obtenido con el objeto de reducir la velocidad en un punto dado a la velocidad media en la sección transversal permanece prácticamente constante en corrientes variables. Métodos para medir o aforar el gasto Como resultado de las múltiples y variadas demandas, se ha ideado una gran variedad de métodos para aforar o medir los gastos. Algunos de estos métodos requieren aparatos hechos con esmero que son complicados y costosos. Otros métodos más sencillos son relativamente poco costosos. El mejor método para usar en un caso dado depende del volumen de la corriente, de las condiciones bajo las que se va a hacer el atoro y del grado de exactitud deseado. A continuación se da una lista de las finalidades más comunes e importantes de la medición de los gastos: 1. Determinar los coeficientes empíricos para las fórmulas hidráulicas. 2. Pruebas o ensayos de ruedas hidráulicas. 3. Pruebas de bombas. 4. Determinación de los desperdicios o fugas en las tuberías principales de las ciudades.


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5. Registros continuos del caudal o gasto en las tuberías de distribución de las ciudades. 6. Registros continuos del gasto o caudal de una corriente. 7. Determinación de los caudales de inundación o avenida en las corrientes naturales. 8. Determinación de la cantidad de agua entregada para irrigación o riego. 9. Determinación del gasto de pozos o manantiales. 10. Determinación de la filtración o trasminación del agua subterránea. En la determinación de coeficientes empíricos es esencial una exactitud extremada en las mediciones. Los experimentos sobre corrientes pequeñas se llevan a cabo por lo general en laboratorios, bajo condiciones favorables, pero los coeficientes para conductos y estructuras hidráulicas grandes tienen que verificarse generalmente bajo las condiciones de obra que no se prestan mucho a la exactitud. La prueba de las ruedas hidráulicas requiere el empleo de métodos de aforo más exactos y refinados, ya que estas medidas son la base de la determinación de los rendimientos de la planta o central. Las pruebas de las bombas requieren un grado de exactitud semejante. Las medidas que se efectúan en las tuberías de distribución de las ciudades se hacen por lo general con algún tipo de contador o medidor registrador de caudales. Los registros continuos del caudal de las corrientes requieren aforos periódicos en los cuales no será esencial una exactitud extrema en las mediciones individuales, siempre que los errores se compensen y no sean acumulativos. Los aforos en las avenidas o inundaciones son extremadamente difíciles y, por lo general, se emplean métodos aproximados. La medición del agua para irrigación o riego es de importancia creciente en los distritos irrigados en donde el agua es valiosa y el impedir su desperdicio es una necesidad económica, pero los métodos aproximados de aforo se consideran satisfactorios. Las corrientes de manantial y las que proceden de pozos son generalmente pequeñas, y su aforo exacto no es difícil. En general, todos los métodos de medición de corriente de agua pueden clasificarse en una de las dos divisiones que, junto con una lista de los métodos más importantes comprendidos en cada una, se indican a continuación: 1. Métodos de área-velocidad, siendo la velocidad medida por

a. Medidor de corriente o aforador. b. Tubo de Pitot c. Flotadores d. Pantalla corrediza e. Método del color o de la velocidad del color f. Método de la velocidad de la sal o simplemente de la sal.

2. Métodos de gasto o caudal directo

a. Gravimétrico b. Volumétrico c. Con vertederos d. Con orificios e. Método de Gibson f. Medidor o contador Venturi g. Tubo con orificio h. Boquilla medidora de gasto i. Método del tubo California j. Canaleta de aforos Venturi k. Abertura con sección contraída 1. Medidor o contador de control m. Aforo químico.

En general, el aforador, los flotadores, la pantalla corrediza, el vertedero, la canaleta Venturi, la sección contraída y el contador de control se emplean para aforos en canales abiertos. El método del color, el de velocidad de la sal, el de Gibson, el contador Venturi, el orificio en tubo, la boquilla de gasto y el método del tubo California se emplean para medir el gasto en tuberías. Los tubos de Pitot y el aforo químico se usan tanto en conductos abiertos como cerrados. Los orificios se usan solamente para medir cantidades de agua


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relativamente pequeñas. En los métodos de área-velocidad es necesaria la determinación, por medición real, de la velocidad media del agita. El gasto es el producto del área por la velocidad media. Los métodos de pantalla corrediza, del color y de la velocidad de la sal determinan la velocidad media por una sola observación. El aforador y el tubo de Pitot dan las velocidades en un punto en cada observación y los flotadores dan la velocidad media en la trayectoria recorrida. Se prefiere generalmente el aforador para medir las velocidades en canales abiertos en que no sea necesaria gran exactitud, y se emplea casi exclusivamente para aforos en los ríos. Los métodos del gasto directo no comprenden mediciones de la velocidad. En algunos de los métodos la determinación de la velocidad es un paso del procedimiento, pero sin hacer mediciones reales de ella. Los métodos gravimétricos y volumétricos de medición del agua, que requieren la cuantificación del peso y el volumen, respectivamente, de la cantidad de agua que fluye en un tiempo dado, se adaptan primordialmente a trabajos experimentales efectuados en laboratorios y sólo se usan para mediciones de caudales o gastos relativamente pequeños. Estos métodos son sencillos y no necesitan explicación. Todos los demás métodos mencionados se describen en las páginas que siguen. a) Aforos por el método volumétrico. Sirve para canales y tuberías. Se trata de hacer desembocar la corriente en un depósito impermeable, cuyas pérdidas por evaporación o filtración pueden valorarse con seguridad. Es el procedimiento mas exacto si el depósito es bastante grande. En este método es importante tener en cuenta la precisión, donde partiendo de un % de error deseado, podemos determinar las alturas de medición y los tiempos. Q = V t

Ejemplo: El agua se debe tomar de la forma mas rápida posible. Este método es indicado para laboratorio, aunque es también aplicable para cuando un canal tiene un reservorio intermedio. En el caso de un río si tiene un embalse y se conoce su relaciones funcionales, áreas, volumen, cotas, evaporación e infiltración, puede calcularse el caudal medio para un periodo de tiempo no pequeño pero disminuye la precisión


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En el caso de tener un cilindro aforador de 4m de altura y un diámetro de 2m, la variación del volumen respecto de la altura será

Suponiendo un error de 2” y una precisión de 1‰. En realidad lo que queremos determinar es el caudal:

""

2000

100012

pe

tte

p ===∆⇒∆

=

Altura h Volúmen V

(m) (m3)

0 0

0,2 0,628

0,4 1,256

0,6 1,884

0,8 2,512

1 3,14

1,2 3,768

1,4 4,396

1,6 5,024

1,8 5,652

2 6,28

2,2 6,908

2,4 7,536

2,6 8,164

2,8 8,792

3 9,42

3,2 10,048

3,4 10,676

3,6 11,304

3,8 11,932

4 12,56

Volúmen vs Altura

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5

Altura (m)

Vo

lúm

en

(m

3)


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./."

..max.*max segm006280

2000m5612

tV

QtQV 33

==∆

=⇒∆=

b) Aforos con flotadores. Como ya se explico anteriormente con este método se puede obtener la velocidad media. Entonces el caudal será: Q = S . Vm En realidad se mide la velocidad superficial, pero Bazin nos da una formula correctiva : Vm = Vs / ( 1 + 0.14 (c)^1/2 Donde : c = a + b / R Vm = velocidad media en m/s. Vs = velocidad superficial central. R = Radio hidráulico en metros. a y b se han obtenido en forma experimental y están en función del material. Otra forma de corregir la velocidad es analizando la distribución de velocidades, donde a partir de estudios de curvas experimentales ser han deducido las reglas siguientes.

a) La velocidad máxima se presenta entre el 5 al 25% del tirante, medido desde la superficie libre aumentando el % con la profundidad de la corriente.

b) La curva de variación de velocidad se aproxima a una parábola de eje horizontal que pasa por el punto de

velocidad máxima.

c) La velocidad media en una vertical, se presenta aproximadamente a 0.6 de la profundidad medido desde la superficie libre, también se puede aproximar obteniendo la media aritmética de las velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad desde la superficie libre respectivamente o tomando del 80 al 95 % de la velocidad en la superficie.

c) Aforos mediante fórmulas empíricas de canales y tuberías Es un método poco exacto y se usará cuando no se pueda hacer de otro modo o si no importa mucho la precisión. La dificultad esta en conseguir un preciso coeficiente de rugosidad . En canales o tuberías es mas preciso poro no alcanza gran exactitud. Para canales abiertos: El caudal será: Q = S . 1. R2/3 i1/2 n Donde i es la pendiente de la línea de energía. Además es importante tener en cuenta las hipótesis que con la que esta formula fue establecida. Esta ecuación obliga a suponer que el régimen es uniforme. Además depende de la sección y la pendiente. Si las secciones reales son muy distintas entre si, el procedimiento es bastante inexacto. Se debe tener en datos suficientemente amplios relativos a la rugosidad del cauce, ya que el valor de n incide en forma directa. Para tuberías : El caudal será : Q = V . A Según Bazin :


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V = 87 / ( 1+ / Rh^1/2) x ( Rh.i)^1/2 Rh = D/4 d) Aforos por orificios Corrientes a presión Orificios concéntricos Orificios definición: Un orificio es una abertura limitada por una curva cerrada de forma regular que da paso a una corriente de agua. Si la curva limítrofe no es cerrada , o si la corriente llena solo parcialmente la abertura, el orificio se transforma en un vertedero. Los orificios concéntricos intercalados en tuberías constituyen uno de los procesos mas simples para la medición de caudales. La ejecución del orificio es relativamente fácil .El orificio de diámetro conveniente es construido en una placa metálica instalada entre bridas en la tubería.

Placa:

La placa utilizada puede ser de bronce o de acero inoxidable. Su espesor puede ser de 2.5 mm , para tuberías de 200 500 mm y 5 mm para tuberías de hasta 550 mm. En el caso de emplearse placas mas gruesas se debe dar una terminación en bisel a 45º a fin de obtener el espesor recomendado. Tamaño del orificio: El diámetro del orificio debe estar comprendido entre el 30 y 80 % del diámetro de la tubería. Valores inferiores a 30 % corresponden a pérdidas excesivas y valores superiores a 80% no permiten una buena precisión en las determinaciones . Instalaciones del orificio: El orificio debe ser instalado en tramos rectilíneos horizontales o en verticales sin cualquier causa perturbadora próxima. Recomendándose distancias en función de la relación de diámetros. La diferencia de presión producida h puede ser calculada por formula no debiendo exceder 2,5 m por razones económicas. En los medidores instalados , la manera mas simple de verificarse h para la determinación del caudal consiste en el empleo de un manómetro U Entonces Q = 3.48 (Cd . D2 (h)^1/2 )/ ((D/d)^4 - 1) donde Q = caudal en m3/s Cd = coeficiente de descarga para el caudal D = diámetro de la tubería d = diámetro de la sección reducida h = diferencia de presión provocada entre los dos puntos. El coeficiente de gasto Cd esta compuesto por una parte que tiene en cuenta la contracción de la vena a la salida del orificio y otra parte que corresponde a la reducción de velocidad.

Para tener en cuenta la reducción de la vena: Cc: Coeficiente de contracción

A

ACc

2= , A2: sección de la vena contraída a la salida del orificio, A: área del orificio


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Para orificios rectangulares: 2

*+

=π

πaCc

Para orificios circulares tomamos los valores de Cc de la siguiente tabla.

Diámetro del Orificio (cm) Carga H, (m)

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10.0

0.685 0.681 0.676 0.673 0.670 0.666 0.665 0.663 0.663 0.662

0.656 0.646 0.644 0.641 0.639 0.637 0.636 0.634 0.634 0.633

0.626 0.625 0.623 0.622 0.621 0.620 0.620 0.620 0.619 0.617

0.621 0.619 0.618 0.617 0.617 0.617 0.617 0.616 0.616 0.615

0.617 0.616 0.615 0.615 0.615 0.615 0.615 0.615 0.614 0.614

Para tener en cuenta la reducción de la velocidad: Cv: coeficiente de reducción de velocidad

tV

VCv 2= , V2: velocidad en la sección A2, Vt: velocidad teórica.

Para orificios de pared delgada tomamos los valores de Cv de la siguiente tabla.

El coeficiente de carga del orificio será el producto de los anteriores

vcd CCC *:

Para orificios de pared delgada tomamos los valores de Cd de la siguiente tabla

Diámetro del orificio (cm)

Carga h (m)

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5

0.653 0.651 0.648 0.645 0.642 0.638

0.632 0.625 0.625 0.623 0.622 0.622

0.609 0.610 0.610 0.610 0.610 0.610

0.607 0.607 0.607 0.607 0.607 0.607

0.607 0.607 0.608 0.608 0.608 0.608

Diámetro del orificio (cm) Carga h (m)

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10.0

0.954 0.956 0.958 0.959 0.958 0.958 0.956 0.957 0.957 0.958

0.964 0.967 0.971 0.972 0.974 0.976 0.978 0.979 0.980 0.981

0.973 0.976 0.980 0.981 0.982 0.984 0.984 0.985 0.987 0.990

0.978 0.981 0.983 0.984 0.984 0.984 0.984 0.986 0.986 0.988

0.984 0.986 0.988 0.988 0.988 0.988 0.988 0.988 0.990 0.992


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2.0 3.0 5.0

10.0

0.636 0.634 0.634 0.634

0.622 0.621 0.621 0.621

0.610 0.611 0.611 0.611

0.607 0.607 0.607 0.607

0.608 0.608 0.608 0.609

Para orificios concentricos el valor de Cd , varia de 0.60 a 0.62 pudiéndose admitirse 0.61. e) Aforos por vertederos. Vertederos definición: Un vertedero es una escotadura grande de forma regular a través de la cual fluye el agua. Debido a que estos tienen un funcionamiento muy regular y satisfactorio, pueden obtenerse resultados bastante precisos. Para caudales pequeños son muy útiles los vertederos triangulares de pared delgada. Vertedero Aforador Rehbock Es un vertedero con una cresta de arista viva. El gasto se puede obtener de la siguiente manera. Q[m3/seg] = CxLxH^1.5 donde: Q = Caudal erogado por el vertedero en metros cúbicos por segundo C = coeficiente de gasto H = carga sobre el vertedero en metros La carga deberá medirse a por lo menos 5.h aguas arriba del vertedero, con el fin de evitar el efecto de la contracción de la superficie libre. P= antepecho del vertedero en metros A continuación damos una tabla de coeficientes de gasto para vertederos de pared delgada sin contracción lateral. Fórmula de Rehbock


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Existen numerosas fórmulas para calcular C: 1. Francis C = 1.84*(1+.259*H^2/(H+P)^2) 2. Ftele y Stearns C = 1.83*(1+.383*(H/(H+P))2+.001818/H^3/2) 3. Bazin C = (1.793+.0133/H)*(1+0.55*(H/(H+P))^2 4. Frese C = (1.815+.00619/H)*(1+0.55*(H/(H+P))^2 5. Rehbock C = (1.786+1/(357*H-1.014)+.236*H/P) 6. King C = (1.78/H^.03*(1+.56*(H/(H+P))^2) 7. Sociedad Suiza De Ingenieros C = (1.815+1/(551*H+.888)*(1+.5*(H/(H+P))^2) Se ha procedido a efectuar un análisis de la sensibilidad de la variación de C según las expresiones antes citadas, estas funciones matemáticas han sido calculadas y graficadas para poder visualizar su forma de variación. Esto puede observarse en Gráfico y Planilla que se adjuntan.. Analizando las diferentes funciones podemos decir que la única dimensionalmente homogénea es la Expresión de Francis. Comparando las variaciones y sus tendencias respectivas observamos que la Función 1, es una función media de las 7 planteadas . Además calibraciones de aforadores rectangulares frontales en laboratorio, mediante Método Volumétrico han demostrado su bondad y confiabilidad.

Valor del Coeficiente C

Altura de la barrera en m Carga en m 0.15 0.20 0.30 0.50 0.80 1.00 1.5 ∞ 0.025 0.050 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.20 1.50 1.80 2.00

0.441 0.438 0.455 0.460 0.480 0.515 0.549

0.439 0.430 0.437 0.450 0.461 0.489 0.513 0.538

0.437 0.425 0.428 0.435 0.442 0.459 0.476 0.492 0.511 0.530 0.547 0.567 0.583

0.435 0.422 0.421 0.425 0.430 0.439 0.449 0.459 0.471 0.481 0.492 0.504 0.513 0.538 0.572

0.433 0.419 0.416 0.418 0.420 0.426 0.432 0.438 0.444 0.452 0.458 0.466 0.472 0.489 0.512 0.536

0.432 0.418 0.415 0.416 0.418 0.422 0.426 0.432 0.437 0.443 0.449 0.454 0.458 0.469 0.484 0.498 0.509

0.431 0.418 0.414 0.413 0.414 0.415 0.417 0.420 0.424 0.428 0.432 0.435 0.439 0.446 0.457 0.467 0.474

0.429 0.417 0.410 0.407 0.406 0.406 0.405 0.404 0.404 0.404 0.404 0.404 0.403 0.403 0.403 0.403 0.403


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CURVAS DE COEFICIENTES DE GASTO VERTEDEROS FRONTALES

DE PARED DELGADA

COEFICIENTE DE GASTO FORMULAS

H [m] H/P H/(H+P)

1 2 3 4 5 6 7

0,05 0,05 0,05 1,841 2,025 2,062 1,941 1,857 1,950 1,850

0,10 0,10 0,10 1,845 1,905 1,937 1,887 1,838 1,918 1,833

0,15 0,15 0,15 1,851 1,883 1,905 1,879 1,840 1,908 1,827

0,20 0,20 0,20 1,859 1,882 1,900 1,887 1,847 1,910 1,824

0,25 0,25 0,25 1,870 1,891 1,910 1,903 1,856 1,921 1,822

0,30 0,30 0,30 1,883 1,906 1,928 1,926 1,866 1,938 1,821

0,35 0,35 0,35 1,898 1,926 1,954 1,956 1,877 1,963 1,820

0,40 0,40 0,40 1,916 1,951 1,987 1,992 1,887 1,994 1,820

0,45 0,45 0,45 1,937 1,979 2,026 2,032 1,898 2,030 1,819

0,50 0,50 0,50 1,959 2,011 2,070 2,079 1,910 2,072 1,819

0,55 0,55 0,55 1,984 2,047 2,120 2,130 1,921 2,119 1,819

0,60 0,60 0,60 2,012 2,087 2,175 2,187 1,932 2,172 1,819

0,65 0,65 0,65 2,041 2,130 2,235 2,248 1,944 2,230 1,818

0,70 0,70 0,70 2,074 2,177 2,300 2,315 1,955 2,293 1,818

0,75 0,75 0,75 2,108 2,228 2,371 2,387 1,967 2,361 1,818

0,80 0,80 0,80 2,145 2,282 2,447 2,464 1,978 2,434 1,818

LEY H, H/P, H/(H+P); C

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,55 2,65 2,75 2,85

COEFICIENTE DE GASTO C

H [

m ]

, H/P

, H/(

H+

P)

Serie1

Serie2

Serie3

Serie4

Serie5

Serie6

Serie7

1 257 4

36


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0,85 0,85 0,85 2,184 2,339 2,527 2,546 1,990 2,512 1,818

0,90 0,90 0,90 2,226 2,400 2,613 2,634 2,002 2,596 1,818

0,95 0,95 0,95 2,270 2,465 2,704 2,726 2,013 2,684 1,818

1,00 1,00 1,00 2,317 2,533 2,800 2,823 2,025 2,777 1,818

1 Fórmula de Francis

2 Fórmula de Fteley y Stearns

3 Fórmula de Bazin

4 Fórmula de Frese

5 Fórmula de Rehbock

6 Fórmula de King

7 Fórmula de sociedad Suiza de Ingenieros

Vertedero triangular Se lo utiliza para descargas menores. La fórmula básica para vertederos triangulares despreciando la velocidad de llegada es : Q = C’tg h ^5/2 C’ corrige las pérdidas de energía y contracción de manto. Varios investigadores han encontrado valores diferentes de C’. Por ejemplo en Michigan para un vertedero triangular con V a 90º y cargas a 0.06m a 0.54 m Q = 1.35 h ^2.47

Vertederos Laterales Presentan algunas particularidades interesantes:


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1. Perturbaciones en los extremos del vertedero, disminuye la longitud útil del vertedero, esta disminución aumenta cuando las velocidades en el canal son altras.

2. El coeficiente de gasto que intrerviene en el vertedero, los coeficientes medio que podrían tomarse como una primera aproximación, serían los siguientes:

3. El régimen del canal que determina las cargas que toma el vertedero lateral. Algunas ecuaciones para determinar el gasto en vertederos laterales exponemos a continuación: Engels:

Ancho del canal Constante 1**2*1**1

*414.0166.0

hghLL

hQ

=

Ancho del canal Variable 1**2*1**1

*04141.0

hghLL

hQ

=

h1: carga hidráulica L: longitud del vertedero Coleman y Smith

645.172.0 ***538.2 hLlQ = l: ancho medio del canal L: longitud del vertedero H: carga hidráulica f) Aforos con correntímetros. ( molinete ) Se mide la sección de escurrimiento y con un correntímetro, como ya se explicó anteriormente para el molinete , la velocidad en esa sección. El producto de ambos es el caudal. Q = Vi.Si g) Aforos con aparatos eléctricos de una central. La maquinaria hidroeléctrica de una central, se prueba al ser montada, habiéndose obtenido el rendimiento del conjunto y aplicando la ecuación de potencia obtenemos . P = C. Q .H Siendo P la potencia instantánea en Kw C = valor que transforma las unidades a kw Q = gasto en m3/s. H = altura disponible rendimiento h) Aforos por disolución comparada (aforos químicos). Estos aforos, que permiten determinar el caudal en prescindencia de la velocidad y sección transversal del cauce, se basan en la variación de concentración que experimenta una disolución al ser vertida en las aguas del río.

Carga 0.10 0.15 0.20 0.30 0.50 0.70

Pared delgada libre 0.370 0.360 0.355 0.350 0.350 0.350

Pared gruesa redond. 0.315 0.320 0.320 0.325 0.325 0.335

Pared gruesa viva 0.270 0.270 0.273 0.275 0.276 0.280


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En una corriente de caudal constante Q1, con agua de una muy baja concentración Co de una determinada sustancia química, en la que se vierte en una sección S1, un caudal q constante con una fuerte concentración C1 de la misma sustancia química. Si esta inyección de disolución concentrada se mantiene durante un tiempo suficientemente largo, se establecerá un régimen permanente en otra sección S2; a suficiente distancia aguas abajo, donde el caudal será Q2= Q1+q y la concentración C2 en la misma , menor que C1 y mayor que Co. En ausencia de tomas, fugas, aportes o infiltración, la ecuación de continuidad entre las secciones 1 y 2, será : Q1 * Co + q * C1 = Q2 * C2 = ( Q1 + q ) * C2 de donde puede despejarse Q1 = q * ((C1-C2) / (C2-Co)) Por lo general , en los casos de aplicación práctica, es despreciable por sí, y a su vez C2 es muy poco relevante frente a C1 , entonces : Q1 = q * (C1 / C2) Es conveniente en este tipo de aforos utilizar productos químicos de los cuales no existan vestigios en el río ( para asegurar que Co = 0), lo que descarta el empleo del cloruro de sodio. En su reemplazo es frecuente utilizar el dicromato de sodio, practicándose las medidas de las concentraciones por procedimientos colorimétricos. i) Aforos por ondas coloreadas. Sirve tanto para caudales y para tuberías . Se inyecta una solución concentrada (sin necesidad de medir concentración ) de agua coloreada (con fusina roja por ejemplo). A unos 100 a 600 metros se recogen muestras con el color diluido. En la práctica se opera del siguiente modo :dos operarios comunicados tienen relojes sincronizados perfectamente. A una hora convenida el de aguas arriba inyecta una pequeña cantidad de solución con aviso. Cinco minutos mas tarde inyecta en forma permanente un gasto casi constante durante unos 5 minutos . El operario de aguas abajo ve aparecer la onda coloreada de aviso y cuatro minutos mas tarde comienza a tomar muestras controlando el tiempo. A continuación se observan las muestras eligiendo la primera de todas la que son mas intensas y se las ordena . Se deduce fácilmente el tiempo tardado en llegar la onda intensa, como diferencia entre la hora de toma de la muestra y la hora en que se comenzó a inyectar en forma continua .La velocidad de la onda coloreada es : V = longitud previamente fijada / tiempo calculado Pero la velocidad media del agua es entre el 90 y 95% de este valor. En tuberías puede inyectarse la solución con una bomba manual y recogerse la muestras con una simple llave de purga . Esta debe estar abierta todo el tiempo que duren las observaciones. El caudal será igual a la velocidad media por la sección que ha de ser constante a lo largo del tramo de aforos. j) Aforos con pantalla móvil. Este método se usa sólo en canales geométricamente bien definidos , no muy grandes. Se dispone de una pantalla de forma como la del canal (rectangular es la mejor) pero uno 2 cm o menos mas pequeña , acoplada a un carrito que se traslada como un pórtico sobre dos rieles , uno a cada lado del canal . El carrito tiene el mínimo rozamiento posible y los rieles tienen la pendiente del canal. La pantalla se deja caer suavemente dentro del canal y se sujeta con trinquetes para que quede firmemente vertical. Una insignificante diferencia


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de nivel (menos de 1mm ) entre las caras de aguas arriba y aguas abajo crea la fuerza necesaria para hacer avanzar el carrito pantalla a la velocidad media del agua. Q = S. V S = sección mojada La velocidad se mide por al tiempo que tarda en pasar entre dos señales. k) Aforos con tubo Venturi. El medidor venturi es un aparato inventado por Clemens Herschel, en 1881, que lleva el nombre de Venturi Filósofo italiano que fue el primero en experimentar con tubos divergentes . El aparato comprende tres secciones principales: una pieza convergente, otra divergente (difusor) y una sección intermedia, que constituye la garganta o estrechamiento, como se indica en la figura.

1 2

h

hf

P1U

P2U

TUBO DE VENTURI

El diámetro de la garganta generalmente esta comprendido entre ¼ y ¾ del diámetro de la tubería . Los aparatos Venturi son fabricados en dos tipos: a) Venturis largos (herschel) b) Venturis cortos (Orivent) Las extensiones de los tubos venturis largos generalmente están comprendidos entre 5 a 12 veces el diámetro de la tubería , los cortos de 3.5 a 7 veces el diámetro nominal de la tubería . Este medidor debe ser precedido de un tramo rectilíneo de por lo menos 6 veces el diámetro de la tubería. Aguas abajo de la tubería se puede instalar cualquier pieza especial , porque la extensión de la sección divergente (difusor) es suficientemente grande para asegurar las condiciones de medida . La función del cono divergente es de restaurar la presión tan cerca como sea posible al valor de entrada , pero siempre hay una pérdida de carga. Después de la recta inicial se encuentra el cono de entrada de 210º de ángulo total que conduce a una garganta cilíndrica rectificada a máquina con precisión y con uno o varios agujeros laterales para suprimir la presión estática de la garganta. El extremo de la garganta conduce por otra curva suave al cono de salida o difusor con ángulo de 5 a 7 grados. En la tubería donde va a ser instalado el medidor la presión deberá ser superior al valor h Aplicando el teorema de Bernoulli en 1 y 2 Q = (2.g /(1/A2

2-1/A21))^1/2. h^1/2 = m.h^1/2

Q = k. m h^1/2 donde K es un valor correctivo en función del número de Reynolds


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Otra forma de calcular el gasto será:

hghgQ ∆Ω=∆

Ω

Ω−+

Ω= **2****2*

1

1

20

21

1 β

λ

l) Aforos por el procedimiento Allen. Este método suele usarse en tuberías pero también podría hacerse en canales. Se inyecta en un instante determinado , en un punto de la tubería cierta cantidad de disolución casi saturada de agua con sal común: es como un impulso. Estas inyecciones - impulso se repiten a intervalos de tiempos fijos. En 1 , 2 o 3 puntos de aguas abajo cuyas distancias al lugar de inyección son bien conocidas, se coloca una disposición como muestra la figura, dentro del tubo hay unos electrodos, el agua no salada es prácticamente aislante, por lo que el galvanómetro no acusa corriente . Cuando llega la onda salina , el galvanómetro acusa corriente porque el agua salada es mucho mas conductora. Como el paso de la onda no es instantáneo el galvanómetro ha de ser registrador. Las curvas marcadas por el galvanómetro tienen un centro de gravedad que se señala a sentimiento y que corresponde a la hora que paso la onda salina . La velocidad será V = distancia desde el origen a los electrodos/ tiempo tardado por la onda salina


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Con tres estaciones y cinco ondas salinas se puede promediar entre 15 valores de velocidad , que como comprobación deberán ser muy semejantes. El error de este método es del orden del 1 a 2%. m) Químicos Estos aforos, que permiten determinar el caudal en prescindencia de la velocidad y sección transversal del cauce, se basan en la variación de concentración que experimenta una disolución al ser vertida en las aguas del río. Se una corriente de caudal constante Q1, con agua de una muy débil concentración Co de una determinada sustancia química, en la que se vierte en una sección S1, un caudal q constante con una fuerte concentración C1 de la misma sustancia química. Si esta inyección de disolución concentrada se mantiene durante un tiempo suficientemente largo, se establecerá un régimen permanente en otra sección S2; a suficiente distancia aguas abajo, donde el caudal será Q2= Q1+q y la concentración C2 en la misma , menor que C1 y mayor que Co. En ausencia de tomas, fugas, aportes o infiltración, la ecuación de continuidad entre las secciones 1 y 2, será : Q1 * Co + q * C1 = Q2 * C2 = ( Q1 + q ) * C2 de donde puede despejarse Q1 = q * ((C1-C2) / (C2-Co)) Por lo general , en los casos de aplicación práctica, es despreciable por sí, y a su vez C2 es muy poco relevante frente a C1 , entonces : Q1 = q * (C1 / C2) Es conveniente en este tipo de aforos utilizar productos químicos de los cuales no existan vestigios en el río ( para asegurar que Co = 0), lo que descarta el empleo del cloruro de sodio. En su reemplazo es frecuente utilizar el dicromato de sodio, practicándose las medidas de las concentraciones por procedimientos colorimétricos. n) Trazadores Radioactivos Este suele utilizarse como variante del aforo químico, del que difiere sólo en el trazador a emplear, que en este caso es un radioisótopo de vida corta. Se obtienen así diversas ventajas, tales como poder medir la concentración del trazador en el río sin necesidad de tomar muestras, manejar pequeñas cantidades de trazador a muy bajas concentraciones y que la contaminación desaparece al cabo de un tiempo si se ha usado un radioisótopo de vida corta. En contraposición, el método presenta también diversos inconvenientes, como las debidas precauciones y el personal especializado que requiere la manipulación y uso de las sustancias radioactivas, a lo que cabe agregar que el equipamiento requerido para la detección de la concentración es costoso y propenso a experimentar averías. o) Aforo mediante Medidores de régimen critico Medidores Parshall Una de las mas importantes cuestiones en la hidráulica aplicada , es la medición de caudales o gastos en conductos libres y especialmente en canales abiertos. La aplicación de los medidores Parshall se viene generalizando cada vez mas. Los medidores de régimen critico pueden consistir en un simple estrangulamiento adecuado de una sección , en el descenso o sobreelevación del fondo o aun en una combinación conveniente de esas singularidades capaz de ocasionar el régimen crítico.


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Algunos denominan a los medidores Parshall con la palabra canaleta aunque esto no lo define bien y es un término empleado para otros dispositivos. También han sido designados como canales venturi pero esto da confusión con los tubo Ventura , aunque estos se basan en la determinación de dos cargas , en cambio con los medidores de régimen crítico es suficiente una única medida de nivel. Medición del gasto: Se puede demostrar que : Q = k . d . h (2 . g . h )^1/2 Donde k es un coeficiente que depende de la relación de estrechamiento , cuyo valor es constante para cada vertedor.

Pero estos estudios fueron determinados considerando la energía específica constante , tirantes de agua correspondientes a las cotas piezométricas y canal sin sobreelevación del fondo. Sobre el tema el Ing. Argentino A. Balloffet realizo experimentos de laboratorio obteniendo importantes resultados. Ventajas de los medidores de régimen crítico La ventaja principal es que presentan sus propias características hidráulicas : una sola determinación de carga es suficiente, la perdida de carga es reducida , no hay obstáculos capaces de provocar la formación de depósitos, etc. Además su construcción puede realizarse con gran facilidad. Dimensiones Consiste en una sección convergente , una sección de paredes verticales paralelas llamadas garganta y una sección divergente como muestra la figura. Estos medidores son indicados nominalmente por el ancho de la garganta : así un Parshall de 9”mide 0.23 m en la sección transversal menor.


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El fondo a nivel en la primera sección, es inclinado en la garganta con una pendiente de 9 vertical : 24 horizontal, cualquiera sea su tamaño. En la sección divergente , el fondo es ascendente a razón de 1 vertical : 6 horizontal para el caso de medidores de 0.30m a 2.5m . Los menores medidores empleados son los de 1 pulgada y el mayor construido hasta hoy mide 15 m y tiene una capacidad de 85m3/s.

X

D

2 / 3 A

A

W

B F G

E

C

AFORADOR PARSHALL

PLANTA

CORTE

LONGITUDINAL

Empleo El objetivo principal para el que fue ideado es la irrigación los de tamaños menores , para regular la descarga de agua distribuida a la propiedades agrícolas y la mayores para ser aplicadas a los grandes canales de riego. Estos medidores también se aplican para el control de la velocidad en los desarenadores en la estaciones de tratamiento de agua.En 1947 ,Morgan y Ryan proyectaron para Greley , Colorado , un Parshall modificado , que asocia las funciones de un medidor a las de un dispositivo de mezcla rápida, dispersión de coagulantes en tratamiento de agua. Esto nos demuestra que a través del resalto que se produce es posible obtener una buena mezcla de diferentes sustancias . Condiciones de descarga El flujo a través de un Parshall se puede verificar a través de dos condiciones diferentes que corresponden a dos regímenes distintos : a) flujo de descarga libre. b) ahogamiento o sumersión.


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En el primer caso la descarga se hace libremente como en los vertedores , en que la vena vertiente es independiente de las condicione aguas abajo. Por ello es necesario medir la carga H para determinar el caudal. En el segundo caso ocurre cuando el nivel aguas abajo es suficientemente elevado para influir y retardar el flujo a través del medidor : es el régimen comúnmente señalado como descarga sumergida, de características diferentes a las que se emplean en vertedores. Entonces para este caso será necesario medir una segunda carga H2 en un punto próximo a la sección final de la garganta(ver figura ). La relación H2/H constituye la razón de sumersión o sumergencia .Si el valor de H2/H es igual o inferior a 0.6 para los Parshall de 3.5 9” o inferior a 0.7 para los de 1 a 8 pies la descarga será libre. Si estos límites se exceden habrá alargamiento y el gasto será reducido. Cuando el Parshall es seguido de un canal o de una unidad de tratamiento en que se conoce el nivel de agua la medición del nivel de flujo es inmediata bastando calcular la razón H2/H. En la practica siempre que sea posible se tratara de tener descarga libre ya que hacemos una única medición.

PLANTA

CORTE

LONGITUDINAL

X2 / 3 B

H2

Puntos de medición Con descarga libre, la única medida H necesaria y suficiente para conocer el caudal es hecha en la sección convergente , en un punto localizado a 2/3 de la dimensión B o 2/3 de A. En la posición se puede medir el tirante del agua de diferentes formas a)Con una regla o se instala junto a la pared una escala para lecturas . b) Con un tubo de 1 a 2 “comunicando el nivel del agua a un pozo lateral de medición, en este pozo se podrá tener una boya que accione un elemento metálico para que indique el caudal o para transición eléctrica del valor medio a distancia . Si las condiciones del flujo es de sumersión además de la medida en la posición especificada arriba será necesario medir H2 en un punto máximo de la sección final de la garganta . Para los medidores de 6”hasta 8” la posición de esta segunda medida deberá quedar a 2”aguas arriba de la sección estrechada. Si se ejecuta un tubo de conexión deberá ser asentado a una altura de 3”contando desde la parte mas profunda del medidor. Las cargas h y H2 son medidas a partir de la sección de fondo de la sección convergente. Fórmulas y tablas .


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De los numerosos experimentos y observaciones hechos con medidores Parshall se ha obtenido la siguiente expresión. Q = K.H n Siendo los valores de n semejantes a 2/3

3" 0,076 1,5847

6" 0,152 1,58

9" 0,229 1,53

1' 0,303 1,522

1 1/2' 0,457 1,538

2' 0,61 1,55

3' 0,915 1,566

4' 1,22 1,578

5' 1,525 1,587

6' 1,83 1,595

7' 2,135 1,601

8' 2,44 1,606 32,00

W (m) n

16,00

20,00

24,00

28,00

6,101

K

Unidades Inglesas0,0992

2,06

3,07

4,00

6,00

8,00

12,00

2,935

3,728

4,515

5,306

K

Unidades métricas0,176

0,381

0,535

0,69

1,054

1,426

2,182

p) Medición Domiciliaria de agua potable contador taquimétrico de velocidad Principio de la medición El dispositivo de medida de un contador es un componente que se encuentra siempre en contacto con el agua y su función consiste en medir las cantidades de líquido, a base de un movimiento, regulado por determinados principios que caracterizan y definen el tipo de medidor. Figura Nº 2-6


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Figura Nº 2-6

En los contadores taquimétricos, el principio de medición inferencial de líquidos obtiene el volumen de agua medida, que consiste en deducir (o inferir) el volumen de agua por medio del numero de revoluciones de un rotor por ella accionado. El valor buscado se deduce del número de vuelta. Son conocidos también como contadores de velocidad pues el numero de las revoluciones producidas dependen únicamente de la velocidad del agua al fluir a través del órgano móvil (turbina, hélice, etc.) Figura Nº 2-6

Figura Nº 2-7

Clasificación en cuanto al funcionamiento Los contadores de velocidad están constituidos fundamentalmente por orificios para la entrada de agua, de sección invariable simple o compuesta, y un rotor de diámetro fijo. De acuerdo con la forma que el agua actúa y con la disposición de su entrada, los medidores son clasificados en cuatro tipos: Los dos primeros (chorro único y chorro múltiple) pueden ser agrupados en un único tipo, al cual cabe la denominación de "tangencial", caracterizándose porque el agua fluye en su interior perpendicularmente al eje del rotor Figura Nº 3. En cuanto al tercero y al cuarto tipos (Woltman y de Hélice) el flujo es paralelo, denominándose "axial", siendo empleados para mediciones de grandes consumos. Figura Nº 4.


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Figura Nº 2-8

Figura Nº 2-9

a.-Sistema de Chorro Unico Rotor - Es una rueda formada por varias paletas, espaciada simétricamente al rededor de su eje que siempre es vertical, para mantener su característica girando sobre el eje y reducir así a un mínimo el rozamiento de tal manera que la sensibilidad del mecanismo no sea afectada en los pequeños flujos. Pivote - Está compuesto normalmente de 4 partes, estando una de ellas en su punto superior, donde el rotor gira, que debe tener un perfil adecuado y conforme el material empleado. Puede estar o no estar "engastado" para evitar que el movimiento continuo le afecte. Cámara - El conjunto del rotor y pivote esta alojado dentro de una cámara existente en la parte inferior de la carcaza. La cámara posee un orificio de entrada, uno de salida, y el soporte para fijar el pivote . Debe existir una holgura suficiente para que el rotor gire convenientemente. Regulador - Es un componente que mediante regulación, permite modificar la relación entre el volumen que mide el totalizador y el volumen que pasa, a fin de ajustar la precisión de los registros, que es esencial en este mecanismo. Flujo del agua - En el interior de la cámara una parte del agua es dirigida contra las paletas del rotor y gira con la misma velocidad. Otra parte, de la que llega por el orificio de entrada, fluye a través del espacio anular [holgura] existente entre el perímetro del rotor y el contorno de las paredes internas de la cámara, de esta forma arrastra al elemento móvil y produce su rotación. Y como bien destaca el Manual de Referencia - Medidores de Agua Domiciliares: "… Esta manera de ver el movimiento del agua en los mecanismos de chorro único, da idea de la importancia que tiene para su funcionamiento la adecuada magnitud de espacio libres entre el rotor y la cámara y, además, es la base para explicar algunos aspectos relativos a la precisión de sus registros" (Elmore, 1972, p.35). Figura Nº 2-7 y 2-8.


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Figura Nº 2-10

Figura Nº 2-11

b.- Sistema de Chorro Múltiple Tiene en principio los mismos elementos que componen el de chorro único: rotor, pivote, regulador y cámara, salvo que ésta no es simple. En el interior la carcaza, que no hay necesidad de adecuar, esta colocada una cámara con dos filas de perforaciones, una superior y otra inferior, dirigidas tangencialmente al rotor, pero en una fila en sentido contrario a otra. Figura Nº 2-12

Figura Nº 2-12

Flujo de Agua - Constituye el aspecto fundamental de este mecanismo. El agua llega a la carcaza y en la parte baja, se reparte entre varios orificios inferiores de la cámara de la turbina, penetrando en su interior en forma de múltiples chorros simultáneos que son característicos de este sistema y cuyo efecto consiste en golpear equilibradamente el rotor en todas direcciones, evitando así cualquier esfuerzo lateral que pueda perjudicarlo. Figura Nº 2-12.


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Figura Nº 2-13 Los filetes de agua penetran por los orificios inferiores, describen una hélice al rededor del perímetro del rotor, situándose en el espacio libre que existe entre la turbina y las paredes internas y pasan para los orificios superiores para alcanzar la salida. Una parte del agua, de la misma forma que en el de chorro único, es aprisionada entre las aletas del rotor y continua girando con él. Figura Nº 2-14.

Figura Nº 2-14 Debido al movimiento helicoidal de los filetes, el rotor tiende a elevarse y fluctuar en el agua, anulando prácticamente el peso y reduciendo, así, la acción de este sobre la punta del pivote. Para facilitar la elevación del conjunto móvil, el extremo superior de su eje necesita disponer de una holgura suficiente en el respectivo elemento de apoyo. Regulador - Una división de la carcaza en comportamientos independientes de entrada y salida facilita la regulación desde su exterior, desviando o no parte del agua directamente de un comportamiento para otro, por medio de un orificio cuya abertura se gradúa mediante un tornillo. Figura Nº 2-15.

Figura Nº 2-15 c.-Comparación entre un sistema y otro

• El conjunto de chorro único es más simple. Tiene un elemento menos y presenta menor pérdida de carga. Consecuentemente, para una misma capacidad, resulta menor y más barato.

• Casi toda la economía, en el caso del un chorro único, está en la cantidad de bronce. Pero la

diferencia es menor de la que puede imaginarse, porque existe la necesidad de un acabado (maquinado) interior de la carcaza, lo cual no es necesario en los de multichorro.


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• El sistema multichorro debido a la forma equilibrada como el agua actúa sobre la turbina, tiene una mayor garantía de duración y de precisión y tiende a conservar durante un periodo mayor sus características originales de medición.

• La cámara de la turbina del multichorro, que da acceso al agua por varios pequeños orificios es más

susceptible de obstrucciones. Transmisión magnética La transmisión magnética consiste fundamentalmente en un acoplamiento entre dos de sus puntos, realizados sobre la base de un conjunto simple o complejo de imanes permanentes que permite pasar el movimiento de los elementos situados dentro del agua (elemento propulsor) a los que están fuera (elemento seguidor), a través de una placa separadora no magnética, sin necesidad de que haya ningún orificio que los comunique. Figura Nº 2-16.

Figura Nº 2-16 El empeño comercial puesto en medidores de transmisión magnética iniciados a mediado de los años 50/60presenta las siguientes ventajas en relación a la transmisión mecánica:

• No se requiere ninguna empaquetadura en las piezas móviles • Es posible mantener la totalidad de los engranajes fuera del agua • Es posible introducir el tren de engranaje y el registrador dentro de una cámara hermética

que conserve permanentemente una atmósfera seca y adecuada para su funcionamiento. Para que los mecanismos funcionen adecuadamente, es necesario que cumplan tres condiciones:

• Que el elemento propulsor no patine con ningún número de revoluciones dentro de las condiciones de trabajo establecido para el tipo y tamaño del medidor

• Que el imán mantenga su grado de magnetismo necesario por un periodo de tiempo

prácticamente indefinido.

• Que la transmisión magnética no sea afectada o perturbada por la acción de campos magnéticos exteriores, que normalmente pueden actuar al rededor del medidor.

En general, tres son los esfuerzos que se pueden considerar en un medidor con transmisión magnética: Un par motor M, producido por la acción del agua sobre el órgano móvil del dispositivo de medidas y que debe ser capaz de vencer las resistencias del mecanismo. Otro R, el resistente, producidos por los esfuerzos de


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inercia, de los piñones de las piezas, etc. …, para lo cual para que el aparato registre, necesita ser inferior al del motor M. Por último el I, originado en la atracción del circuito magnético formado por los elementos P y S, el cual tiene que ser superior a R y/o a M con el fin de que aquellas dos piezas no patinen. Características Hidráulicas Las características hidráulicas se establecen con la relación entre el consumo y la pérdida de carga, entendiéndose por consumo el flujo que pasa a través del medidor en la unidad de tiempo y por pérdida de carga la diferencia de presiones entre los orificios de entrada y salida del aparato cuando circula agua. De modo general, se puede decir que la relación entre la pérdida de carga y el consumo en un medidor se expresa por medio de la fórmula J=k Q2 (1) en la cual, J representa la pérdida de carga en metros, Q el consumo en metros cúbicos por hora y k un coeficiente. En la práctica es muy conveniente considerar dos clases de pérdidas de carga, una que se denomina real, midiéndose directamente la diferencia de presión entre la entrada y la salida del medidor, que mide el comportamiento hidráulico de un aparato y sirve para verificar el estado del contador y es de gran importancia para el control de calidad. La segunda, llamada pérdida de carga máxima, se calcula aplicando la fórmula (1), mide el comportamiento de un tipo de medidor, se aplica para la selección del tipo más conveniente de contador y en general para proyectos. Haciendo las debidas correcciones, de llega a una formula (2), bastante práctica para la selección de medidores que permite resolver rápidamente problemas como saber cual puede ser las pérdidas de carga máxima de un medidor cuando es sometido a un determinado consumo: J2=(Q2/Qmax x 100)2/1000 (2) donde J2 es la pérdida de carga en metros cúbicos para un determinado consumo Q2 y Qmax es el caudal máximo. La máxima pérdida de carga admitida por las normas brasileñas debido a la existencia de un contador en la acometida es de 10 m.c.a.

Características de Medición. Sensibilidad: La precisión no es constante para todos los consumos variando según la magnitud de los mismos. En primer lugar, el registro de un contador no se inicia al mismo tiempo que el flujo. La sensibilidad indica el momento en que se comienza a ocurrir el registro y su valor se expresa en unidades absolutas o en porcentaje de la capacidad máxima.

Precisión: En la práctica se emplea el concepto de error que es la diferencia entre el agua pasada y aquella registrada por el aparato y se expresa en porcentaje. Banda de mediciones: Intervalo definido entre el caudal mínimo, a partir del cual el contador debe permanecer dentro de los límites de errores máximos admisibles, y caudal máximo.

Faja inferior de Medición - Intervalo definido entre el caudal mínima (inclusive) y el

caudal de transición (exclusive), que es aquella que define la separación entre las fajas inferior y superior de medición.

Faja superior de Medición - Intervalo definido entre el caudal de transición (inclusive) y

el caudal máximo (inclusive).

Clase Metrológica. Los medidores son clasificados metrológicamente de acuerdo con el caudal mínimo (Qmin) y el caudal de transición (Qt). En Brasil, la norma prevén como clasificación A y B para los contadores


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de caudal nominal igual o inferior a 1,5 m3/h, considerados de bajo caudal. Siendo para los contadores de 1,5 m3/h de caudal nominal los siguientes: Clase A: Qmin = 40 l/h y Qt=150 l/h Clase B: Qmin=30 l/h y Qt= 120 l/h

2.7. Calibración y/o Contraste de Equipos de Medición Posicionador Cartesiano De Precisión Descripción: Equipo robotizado de tres ejes servocontrolados para posicionamiento de sensores sobre modelos reducidos hidráulicos. Instalación fuera de modelo. Características Técnicas:

El equipo robotizado de tres ejes servocontrolados y el armario eléctrico van montados sobre una estructura mecanosoldada, sobre ruedas retráctiles.

Eje horizontal (X) apoyado sobre la estructura, con carrera de 3 m y error de posicionamiento de 0,1

mm, formado por carro lineal accionado por correa dentada y servomotor.

Eje transversal (Y) montado sobre el eje X y en voladizo, con carrera de 2 m y error de posicionamiento de 0,1 mm, formado por módulo lineal accionado por correa dentada y servomotor.

Eje vertical (Z) soportado por el eje Y, con carrera de 500 mm y error de posicionamiento de 0,005

mm, formado por módulo lineal accionado por husillo y servomotor. Cuadro eléctrico con maniobra de control y mando y autómata programable (PLC) para control

numérico de posición de los tres ejes. Posibilidad de comunicar con cualquier PC cimpatible IBM.

Aplicaciones: Posicionamiento de instrumentos de medida (niveles de agua, velocidades, etc.) de hasta 5 kg de peso. Levantamiento de fondos en modelos de lecho móvil. Tarado de anemómetros en estanque de agua. Determinación de contornos y cotas en modelos de estructuras hidráulicas.


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Sensores Digitales: Concepto : un sensor digital genera señales digitales (números binarios) y esos números se van registrando en la memoria del microprocesador de la estación remota. La señal digital se produce mediante un "relé" que se activa al pasar delante de él un imán solidario con el mecanismo que mide el evento (lluvia o nivel). Existen básicamente dos tipos de sensores digitales: los que sólo suman (para lluvia) y los que suman y restan (para niveles). Calibración El sensor digital de nivel se calibra de la siguiente forma: Hay una relación entre la rueda de la polea del flotante y la rueda que hace girar el imán que barre la platina circular con los relé. Si la relación es 12.5:1 o sea cada vuelta del flotante con 12.5 vueltas del imán. Si en la platina hay 6 relé, cada uno enviará una señal (incremento) al igual que el cangilón del pluviógrafo. 12.5 * 6 = 75 incrementos Si el perímetro de la rueda del flotante es de 375mm se tiene: 375 / 75 = 5mm por señal En la práctica se procede de la siguiente forma: en el taller se marca la rueda en un punto, se envía una señal y se anota el valor de la señal (x) que se registra con un tester. Con precaución se gira la polea una vuelta y se lee el nuevo valor (y). La diferencia (y-x) = nº de señales que envía por cada vuelta. Luego se mide con un hilo el perímetro de la polea y se obtiene la relación mencionada.


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El segundo paso es inicializar el software con el limnígrafo instalado para que indique el valor correcto del nivel. Para ello se instala el limnígrafo y su flotante, teniendo precaución que el flotante quede en el lado correspondiente para que el ascenso del mismo se corresponda con un incremento en le valor de la señal que se envía y un descenso con una disminución. Se calcula el valor de señales que se tendrán por metro. Si se tiene 5mm/señal. 1000 / 5 = 200 señales / metro Según la altura que tenga la escala en el río, conviene girar manualmente la polea hasta que registre (en el tester) un valor suficiente para no tener, en el nivel cero del río, valores de señales menores de cero. EJEMPLO: Hora Valor de señal 11.4 434 1.22m Escala señal 1.22 434 1.00m----200 señales 1.22m------x señales x = 244s/ X1 = (434-244) = 190 (valor de la señal para el cero de la escala) 200------1m 190-------X2 X2 = -0.95 (valor teórico de la escala para la señal0) Los valores que necesita el software son: Hora de la calibración = 11.40 Señal enviada = 434 Nivel del río = 1.22m Señal que correspondería al nivel 0 de la escala, X1 = 190 Nivel que correspondería (valor virtual) a la señal 0, X2 = -0.95 Sensores Analógicos Son aquellos que generan una señal cuya magnitud es proporcional a la magnitud del evento que se mide. Medición De Nivel (En Río o Lago) La presión hidrostática es proporcional a la profundidad. El transductor de presión se calibra para un rango de presiones (profundidades a medir). Si por ejemplo se tiene una profundidad de 10 metros es: Nivel 0 ------- 0 voltios Nivel 10 ------ 5 voltios Además al igual que el sensor digital, para el rango elegido habrá un número de señales digitales. En este caso quién define ese valor es el conversor analógico-digital (A/D) del microprocesador de la estación remota. Si ese conversor es de 8 bits el rango se divide en 28 = 256 intervalos. Es decir que para un rango de alturas de agua, se tendrá un rango de 0-5 voltios y paralelamente un rango de 0-255 (256 señales digitales). Si el rango es de 10 metros (1000cm) la sensibilidad del sensor será:


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1000 / 256 = 3.9 cm/señal

Si se quisiera tener mayor sensibilidad se debería elegir un microprocesador co un conversor A/D, por ejemplo de 10 bits. 210 = 1024 1000 / 1024 = 1cm/señal Calibración e Instalación El sensor se debe calibrar en laboratorio con una columna de agua (o mercurio) equivalente al rango (generalmente viene de fábrica con su curva). Para calibrarlo o controlar una curva de calibración se conecta el sensor a una columna de agua (o de mercurio) de diferentes alturas, con un voltímetro digital se van leyendo los voltajes de salida para diferentes alturas de agua, construyendo una curva o controlando una preexistente. Instalado el sensor en el río y conectado a la unidad electrónica de la estación remota, se activa para que envíe una señal. Hora señal lectura (m) 11.20 20 1.20 Eso significa que el sensor registra una altura de agua de 1.20m, no necesariamente el sensor puede quedar colocado en el fondo del río. En la estación de medición de nivel siempre debe haber una (o varias) escalas niveladas con el fondo del cauce. En general se tendrá entonces una lectura (que puede ser diferente) para el sensor. EJEMPLO: Lectura de escala: 2.00 metros Lectura del sensor 1.20 metros Diferencia 0.80 metros Ese valor de 0.80 metros se ingresa en el programa como "valor base", es decir el programa agregaría a cada lectura del sensor el valor 0.80m para referirlo al nivel 0 de la escala. El otro valor que se debe ingresar al programa al calibrar el sensor es el valor del incremento por cada señal, por ejemplo: 3.9cm/señal. Medidores de Velocidad

Molinete: Es un elemento medidor de corriente que consta de una rueda con una serie de aspas o cazoletas impelidas por la corriente. La rapidez de su rotación varía con la velocidad del agua. Existen varios dispositivos para determinar la velocidad de la rueda, generalmente se hace por medio de un mecanismo que cada revolución o número específico de revoluciones, abre y cierra un circuito eléctrico que comprende un receptor que indica o registra la señal. Los medidores de corriente se suspenden de un cable o sujetan a una varilla, dependiendo de las corrientes a aforar, prefiriéndose los primeros para corrientes grandes. Existen dos tipos de medidores de velocidades en corrientes:


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1) Diferencial o tipo de cazoletas: consisten en una serie de aspas que giran por exceso de presión de su parte cóncava sobre la convexa. Siempre registra la velocidad, cualquiera sea el sentido de la corriente, por lo que tiene tendencia a registrar velocidades altas.

2) Directo o de hélice con aspas: dispuestas sobre un eje horizontal que giran por la acción directa

de la corriente. Calibración del molinete: Se puede establecer una relación entre su número de revoluciones y la velocidad del agua moviendo el carrito en agua tranquila a velocidad conocida. Para la calibración de este instrumento de medición que registra número de vueltas o revoluciones por intervalo de tiempo, se utiliza una canaleta del orden de los cien metros de largo (pueden variar sus dimensiones de acuerdo a la precisión de la medición), con un móvil que se desplace a velocidad conocida o que se pueda determinar su velocidad. El carro se apoya en rieles a los costados, se mide la velocidad del carro por medio de su distancia recorrida. Habiendo marcado sobre los rieles puntos fijos y contabilizando el tiempo que tarda el móvil en recorrer la distancia también conocida se varían las velocidades de desplazamiento del molinete, varían las revoluciones a las que gira el mismo, estos datos se vuelcan en una tabla y luego se grafican. La calibración deberá realizarse cuando se usa por primera vez y luego una vez al año como mínimo; después de cada accidente que sufra por cualquier alteración de sus partes que altere su calibrado.

Las observaciones para la calibración de un molinete dan velocidades en metros por segundo en correspondencia con su número de revoluciones por segundo. Estos valores se representan en una cuadrícula, y a la línea continua que pasa por sus posiciones intermedias se le llama "gráfica de calibración". Las gráficas de calibración son rectas V = a + b * n, se fija el tiempo durante el cual cuento la cantidad de vueltas. Obtener las ctes. es calibrar el molinete. A partir de estas gráficas se prepara se prepara una tabla de graduación que dé las velocidades correspondientes a diferentes velocidades de rotación de la rueda. Por regresión obtengo las constantes. Por lo general todo molinete tiene dos rectas, las que se podrían unir por medio de una curva cóncava ascendente, pero se perdería precisión en el tramo curvo. Planta de Calibrado de Medidores de Velocidad Tienen la capacidad de poder calibrar hélices, tubos de Pitot, Anemómetros, Cilindros de Pitot, etc. Consta de un cana lde Hormigón de sección rectangular, con vías en la parte superior de los cajeros, sobre las que se desliza un carretón de tarado


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Medidores de Nivel Por Burbujas: este medidor d nivel consta de un conducto que se instala dentro de la corriente a aforar, apoyado en el lecho del cauce o canal. Este conducto de diámetro reducido (1 a 2 cm) burbujea hidrógeno o nitrógeno en estado gaseoso a una cierta presión. Esta presión es función de la altura de agua que tiene por encima del orificio de salida del conducto. Exteriormente a la sección de aforo se encuentra el equipo registrador junto con el recipiente que envía el gas. Lo que se registra es la presión que debe tener el gas para poder salir dentro de la masa del agua. La calibración de este instrumento se realiza conectando la manguera que envía nitrógeno o hidrógeno a un recipiente de dimensiones conocidas (altura) De esta forma se tiene una tabla de valores con presiones que registra el medidor y alturas del nivel de agua correspondientes. De la misma forma que en los aforadores se construye una gráfica. Por Flotador: consta de un sistema de poleas, contrapeso y flotante en el extremo que se deposita en el cauce. La máquina que registra la sensibilidad de los movimientos de la polea interpreta que un cierto ángulo girado de la polea equivale a un determinado valor de centímetros que asciende o desciende el flotante. El cero de esta altura se fija con anterioridad al momento que se realiza la medición, y es la altura a partir de la cual el instrumento registra las variaciones. Se instala en una sección transversal del canal o río a medir; dentro o fuera (cámara de aquietamiento) del mismo. Para su calibración, al igual que en otros casos se instala el flotador junto con las poleas dentro de un recipiente con agua y una escala graduada, se le comienza a agregar agua y se cuentan las lecturas o giros que experimenta la cuerda de la polea. Con estos datos se construye una tabla con alturas en un casillero y ángulos en otro. Posteriormente los represento en una curva de calibración. Limnímetro: Para su calibración se utiliza un recipiente, se debe fijar un punto de referencia en el lugar donde se realizará la medición. Para ello con un nivel óptico obtengo la cota del fondo del canal. Con el limnímetro se genera una lectura cualquiera, luego con una placa plana metálica, previamente nivelada, indico el nivel marcado por el limnímetro. Con nivel óptico nuevamente obtengo la cota de la placa y traduzco las cotas a alturas, calculando la lectura de cero, correspondiente a una cota dada o a la del fondo del canal. Calibración de Aforadores Mediante el método volumétrico se realiza su calibración. Consiste en hacer pasar un determinado volumen de agua a un depósito ubicado aguas debajo de una determinada sección en un tiempo establecido.


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Inicialmente se establece el "régimen" en el aforador, hasta que el caudal se mantenga constante. Luego se acciona el diversor de caudales para que ingrese al depósito todo el caudal que circulaba por el aforador. Paralelamente se registra el tiempo, ejemplo 200 segundos y se mide una altura "ho" en el depósito, al cabo del tiempo preestablecido se mide "hf", entonces se tiene Dv = Vf -Vo (relacionando las alturas del recipiente con su volumen). El caudal es igual a la relación entre el delta volumen y el delta tiempo (200s). Es importante aclarar que previo a estas operaciones se debe haber obtenido la curva altura - volumen del depósito con la mayor precisión factible, ya que esta será la curva base para la determinación de los volúmenes.

Diversor de caudales

hf

Q (?)


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B I B L I O G R A F I A 1. Escriba Bonafé, Domingo Hidráulica para Ingenieros Editorial Bellisco Madrid Primera Edición 1988. 2. French Richard H. Hidráulica de Canales Abiertos Editorial Mc Graw Hill Edición 1988. 3. Davis B. Hidráulica Aplicada 4. De Azevedo Netto J.M. Manual de Hidráulica Editorial Irala Edición 1976. 5. Hunter Rouse and Simon History of Hydraulics - Ince - IOWA Institute of Hydraulic Research - The

University of Iowa. 6. Streeter – Wylie “ Mecánica de los Fluidos” Mc. Graw – Hill 7. Giles “ Mecánica de los Fluidos e Hidráulica” Mc. Graw – Hill 8. White Frank M. “Dinámica de los Fluidos” Mc. Graw – Hill 9. Rouse H. “Advanced Mechanics of Fluids” 10. Vennard “Fluids Mechanics ” 11. Mataix “Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas” 12. Ven Te Chow “ Hidráulica de los Canales Abiertos” 13. Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays “ Hidrología Aplicada ” Mc. Graw Hill 14. Daily James W., Harleman Donald R.F. “ Dinámica de los Fluidos con aplicaciones en Ingeniería”

Trillas 15. French R. H. “ Hidráulica de los Canales Abiertos” 16. Ballofet, Gotelli, Meoli “ Hidráulica ” 17. Domínguez “ Hidráulica ” 18. King, Wisler, Woodburn “ Hidráulica ” 19. King, Brater “ Manual de Hidráulica ” 20. Céspedes G. “ Manual de Hidráulica ” 21. De Marchi “ Hidráulica ” 22. Macagno Enzo “ Temas de Hidráulica ” 23. Addison “ Hydraulics Measurements ” 24. Wislicenus “ Turbomachinery ” 25. Vergara Sánchez, Miguel A. - Técnicas de Modelación en Hidráulica - Ediciones Alfaomega. 26. Grimalt, F.; Meissl A.A.; Millón J.; Buscemi N. “Erosión aguas abajo de Presas en Ríos de Montaña”

Editorial Fundación UNSJ

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