Molinete para el Aforo

MOLINETE PARA EL AFORO Qu es el Molinete?Un molinete es un pequeo instrumento constituido por una rueda con aspas, la cual, al ser sumergida en una corriente gira proporcionalmente a la velocidad de la misma. Existen dos tipos de molinetes, los de cazoletas y el de hlice, los cuales pueden ser montados sobre una varilla para el aforo de corrientes superficiales o suspendidos desde un cable durante el aforo de ros y diques profundos. La velocidad del agua se mide en diferentes puntos de la corriente poniendo el molinete y contando el nmero de revoluciones del rotor durante un intervalo de tiempo determinado.

Figura 2.11. Molinete; a) Tipo hlice; b) Tipo cazoleta Tipos de MolinetesLos molinetes se pueden clasificar en dos tipos principales, los medidores que tienen rotores de eje vertical y los que tienen rotores de eje horizontal. Las caractersticas ms destacadas de estos dos tipos se resumen a continuacin:Eje vertical:a) Opera en velocidades ms bajas que los de eje horizontal.b) Los cojinetes estn bien protegidas contra el agua fangosa.c) El rotor se puede reparar en el campo sin afectar la calibracin.d) Utiliza un rotor nico que sirve para toda la gama de velocidades.e) Tambin es conocido como tipo Gurley.Eje horizontal:a) Debido a la simetra axial con la direccin del flujo, el rotor perturba el flujo menos que los de eje vertical.b) Por la forma del rotor es menos probable que se enrede con los desechos que arrastre la corriente.c) Tambin es conocido como Molinete Universal o tipo Ott.

Ecuaciones de Calibracin para algunos molinetes

Requisitos del Lugar de Aforo

La seccin transversal debe estar bien definida y que en lo posible no se presente degradacin del lecho. Debe tener fcil acceso. Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobre elevaciones y cambios en la profundidad producidos por curvas. El sitio debe estar libre de efectos de controles aguas abajo, que puedan producir remansos que afecten luego los valores obtenidos con la curva de calibracin.

Mtodos de AforoLos aforos del flujo pueden realizarse siguiendo diversos mtodos: a) Con el mtodo de un solo punto se mantiene el medidor a una profundidad de 0.6 h por debajo del agua y en el centro de la misma, siendo poco confiable los resultados obtenidos. b) En el mtodo de dos puntos se observa la velocidad a 0.2 y 0.8 h, tomndose el promedio de estos dos valores para representar la velocidad media en la seccin vertical. La profundidad en el canal o corriente deber ser suficiente para que pueda trabajar el molinete. Hay varios tipos de hlices dependiendo de la velocidad de la corriente; si es para poca velocidad se requiere una hlice liviana (#3). En estos medidores la relacin entre velocidad del agua y el nmero de revoluciones est dado por: Q = V ADnde: Q= caudal; V= velocidad; A= rea de la seccin; V= a+bnV= velocidad del agua, en m/seg; a y b son constantes de calibracin del equipo; n= N de revoluciones/seg. El tramo o seccin a medir debe ser canal abierto, ms o menos recto, de fcil acceso, sin turbulencia. Medir el ancho de la seccin y dividirla en 4 franjas, tomando las distancias en cada punto. En la parte central de cada una de estas franjas medir la altura de la lmina de agua (h). Ajustar el molinete a 0.4h y medir el nmero de revoluciones en 1 minuto; medir mnimo 2 veces en cada punto y a esa altura. (Si los datos son muy diferentes entre s es necesario hacer otra lectura). Ajustar el equipo a 0.6h y medir nuevamente la velocidad por duplicado en cada punto. Funcionamiento

Un molinete mide la velocidad en un nico punto, es por esto que, para calcular el caudal total se deben realizar varias mediciones.Segn sea el grado de precisin que se quiera obtener en el aforo, se tomarn mayor o menor nmero de puntos de medida en la seccin. Cuando se pretende obtener una alta precisin, se elegirn mayor nmero de verticales en la seccin y se calcular la velocidad media en cada vertical. Para cada seccin entre dos verticales de medida, el rea se calcula como el producto del promedio del alto por el ancho, y la velocidad media como el promedio de las velocidades medias en las verticales. El caudal de cada seccin resulta directamente como el producto del rea y la velocidad media, mientras que el caudal total se calcula como la suma de los caudales entre verticales. Determinacin de la velocidad media en la vertical La velocidad media del agua en cada vertical puede determinarse mediante los siguientes mtodos, dependiendo del tiempo disponible y teniendo en consideracin el ancho, la profundidad del agua, las condiciones del lecho, los cambios de nivel, as como la precisin con que se desea operar:a) Mtodo de los puntos: Se deben realizar distintas observaciones de velocidad en cada vertical dependiendo de la profundidad del curso del agua. Para secciones de poca profundidad (menores a 60 cm) se realizan observaciones en cada vertical colocando el molinete a 0,6 de la profundidad total por debajo de la superficie libre. Para profundidades superiores, generalmente, se mide la velocidad a 0,2 y luego a 0,8 de la profundidad de la superficie libre y se usa el promedio de las dos medidas como la velocidad media en la vertical. En la Tabla 2.1 se resumen los antecedentes necesarios para el clculo de la velocidad media de acuerdo a la profundidad del cauce:

Tabla 2.1: Mtodo de los puntosb) Mtodo de mltiples puntos: consiste en medir velocidades en muchas posiciones de la vertical para definir el perfil de velocidad bastante bien y as calcular una velocidad media lo suficientemente exacta. El mtodo es muy preciso, dependiendo del nmero de puntos de referencia medidos para el perfil, pero requiere de mucho tiempo.c) Mtodo superficial: implica medir la velocidad cerca de la superficie libre y despus multiplicarla por un coeficiente que va desde 0,85 a 0,95, dependiendo de la profundidad del agua, de la velocidad, y de la naturaleza del ro o canal. La dificultad de determinar el coeficiente exacto limita la utilidad y la exactitud de este mtodo. En general, se utiliza para medir la velocidad en crecidas, en donde no se recomienda efectuar un aforo convencional, para proteger los equipos hidromtricos.d) Mtodo de integracin: En este mtodo el molinete es sumergido y elevado a lo largo de toda la vertical a una velocidad uniforme. La velocidad de ascenso o descenso del molinete no deber ser superior al 5% de la velocidad media del flujo en toda la seccin transversal y en todo caso deber estar comprendida entre 0.04 y 0.10 m/s. Se determina el nmero de revoluciones por segundo. En cada vertical se realizan dos ciclos completos y, si los resultados difieren de ms de 10%, se repite la medicin.e) Curvas Isotquicas: Consiste en trazar lneas de igual velocidad en el perfil del cauce y obtener la velocidad media de la seccin por integracin directa.

Figura Ejemplo de curvas isotquicas en un cauce ProcedimientoEn el sitio que se decidi hacer el aforo, se hace un levantamiento topogrfico completo de la seccin transversal, el cual dependiendo de su ancho y profundidad, puede hacerse con una cinta mtrica o con un equipo de topografa, Figura 4-8.La seccin escogida se divide en tramos iguales tal como muestra la Figura 4-14. En cada vertical, de las varias en que se divide la seccin, se miden velocidades con el molinete a 0.2, 0.6 y 0.8 de la profundidad total. Cada vertical tiene su respectiva rea de influencia (sombreada en la grfica), la cual se determina de la siguiente manera:Una vez conocido el tirante inicial yi, y el final yi+1 del rea de influencia Ai, se determina el tirante promedio:

El ancho entre ellas (b), no debe ser mayor que 1/15 a 1/20 del ancho total de la seccin. El caudal Qi que pasa por cada rea de influencia Ai, no debe ser mayor que el 10%del caudal total. La diferencia de velocidades entre verticales no debe sobrepasar un 20%.

CONCLUSIONEl molinete es un instrumento muy til para hallar el caudal en un canal abierto, ya sea natural o artificial, y su precisin depende del nmero de puntos en donde se quiera medir la velocidad del flujo. Hay de diferentes tipos de molinete de eje vertical (cazoletas) u horizontal (hlice); y segn la velocidad del cauce hay molinetes con hlices livianas y con tamaos ms grandes. Bsicamente, se hace un levantamiento topogrfico de la seccin en donde se va a realizar la medicin, se definen tantos verticales como sea necesario, para hallar la velocidad media de un rea aferente. Para llevar a cabo este aforo, existen diferentes tipos de mtodos para hallar la velocidad media, est el mtodo de los dos y mltiples puntos, el mtodo superficial, de integracin y el de las curvas isotaquicas. Hay que tener presente que el sitio donde se va a aforar debe tener fcil acceso, no degradacin del lecho y que sus condiciones aguas abajo no afecten las condiciones aguas arriba produciendo un remanso. Tambin, para mayor precisin el ancho del rea de influencia no debe ser mayor a 1/15 del ancho total de la seccin, que el caudal que pasa por cada rea de influencia no debe superar el 10% del caudal total y que la diferencia entre velocidades de una vertical no debe ser mayor al 20%.