MECANICA DE FLUIDOS

DIFERENTES METODOS DE AFOROS

Aforo directo, expresan el caudal como una función de volumen sobre tiempo (Q=V/t). Los aforos son la base del manejo eficiente del agua en el proceso d extracción, conducción y distribución. La medición del agua se realiza en corrientes naturales, como son los ríos que aportan agua las presas y los canales de derivación o tramos de rio que sirven para conducir el agua desde las presas de almacenamiento hasta las presas derivadores. Estos cauces naturales o artificiales operan con grandes gastos y tiene anchos que requieren sistemas de cable canastilla para realizar los trabajos de aforo.

Si un rio no es vadeable, se puede utilizar el sistema de cable y canastilla. Consiste en un cable tendido de una orilla a otra y anclado en ellas, con apoyo de castilletes y del que se suspende una canastilla que pueda correr a lo largo del cable y que puede albergar una o dos personas. Desde la canastilla se cuelga el molinete con un cable o se maneja con una varilla.

Aforo por vadeo

Para determinar el caudal en un río se utiliza una técnica denominada aforo, la cual consiste en dividir el ancho total de la corriente en un número conveniente de secciones y la velocidad media en cada sección se pueden medir utilizando un molinete. Estas mediciones se pueden efectuar por vadeo cuando los ríos son pocos profundos.

Se ha observado que la velocidad media V en una sección ocurre aproximadamente a 0.6 D, medida desde la superficie del agua, por lo tanto la velocidad se mide a ese nivel con el  molinete. Sin embargo cuando la profundidad D en la sección es = > 0.5 m se recomienda utilizar el promedio de las velocidades medidas a 0.2D y 0.8D.

Si realizamos un aforo por vadeo, podemos determinar el caudal de la siguiente manera.

La velocidad media es el valor único  medido o el valor promedio de las dos velocidades observadas en cada estación. En ambas orillas del río (estaciones en los extremos) se utiliza 1/3 de V de la velocidad registrada en las estaciones adyacentes.

El ancho correspondientes a cada estación es la diferencia entre las distancias a los puntos medios entre cada estación, con excepción de los extremos donde se utiliza el punto medio entre la estación adyacente y la estación de la orilla. Al final la suma de todos los anchos debe ser igual al espejo o ancho total de la sección transversal del río.

El área de cada sección es igual a la profundidad multiplicada por el ancho, en las orillas sin profundidad se utiliza la mitad de la profundidad de la estación adyacente.

El caudal en cada  sección es el producto de la velocidad media y el área  (Q=V*A).

El caudal total será la sumatoria  de los caudales encontrados en cada sección

El método de aforo por flotadores, es un método de campo, sencillo y rápido para estimar el caudal de agua que pasa en una sección transversal del río. Con este método se calcula las velocidades superficiales de la corriente de un canal o río, utilizando materiales sencillos (flotadores) que se puedan visualizar y cuya recuperación no sea necesaria

El fundamento de este método consiste en:

a) Este método se fundamenta en que los objetos se mueven a la misma velocidad que el agua, en la cual flotan, por consiguiente medir la velocidad del objeto flotante es medir la de la línea de flujo en la cual se mueven.

b) Este método no deberá ser empleado cuando se tema que la medida podría ser afectada por el viento.

El método de flotadores se puede aplicar cuando:

a) Cuando no se cuente con un correntómetro o equipos de aforo.

b) En periodo de máximas avenidas o crecidas de los ríos y peligra el equipo de correntómetro.

c) Cuando existe peligro para ingresar al agua el Observador hidrológico

d) Cuando los niveles de agua son muy bajos y no permite medir con el correntómetro.

e) Cuando existen algas o sedimentos que impide que se haga mediciones con el correntómetro.

f) Cuando se desea conocer el caudal de la corriente en forma aproximada sin tener que recurrir a la construcción de una estación hidrométrica costosa.

Las ventajas y desventajas son:

Ventajas

a) Miden directamente la velocidad superficial. b) No les afecta los acarreos de material. c) Su costo es pequeño o nulo.

Desventajas

a) Imprecisión, debido a que miden la velocidad superficial b) Imposibilidad de controlar su trayectoria, sobre todo en ríos amazónicos. c) Dificultad de utilizarlos cerca de las márgenes.

Materiales que se utilizan para realizar el aforo por flotadores

a) botellas, latas, troncos, varillas con un lastre, entre otros objetos, es decir cualquier objeto que pueda flotar;

b) cronómetro;

c) cinta métrica

d) Formato del Método por flotadores

e) Calculadora

Aforo con equipo de flujo ultrasónico

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. La placa piezo-cerámica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensión, generándose un impulso ultrasónico que se propaga a través del medio líquido a medir, esta señal es recibida en el lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma en una señal eléctrica. El convertidor de medida determina los tiempos de propagación del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líquido y calcula su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal.

Además necesita alimentación eléctrica.

Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos:

Doppler: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. Sólidos, burbujas y discontinuidades en el líquido harán que el pulso enviado se refleje, pero como el líquido que causa la reflexión se está moviendo la frecuencia del pulso que retorna también cambia y ese cambio de frecuencia será proporcional a la velocidad del líquido.

Tránsito: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su configuración es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45 grados respecto a la dirección de flujo del líquido. La velocidad de la señal que viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líquido que está siendo medido Tendremos dos señales que viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera que las señales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores. Se puede hallar una relación diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la señal alternativamente en ambas direcciones. La medida del flujo se realiza determinando el tiempo que tardan las señales en viajar por el flujo.

Operan en un gran rango de temperaturas (-10º a 70º) (-30º 180º)[3]dependiendo del sensor y se ofrece la posibilidad de comprar sensores con características especiales para aplicaciones concretas.