mÉtodos de aforo en cauces naturales
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MÉTODOS DE AFORO EN CAUCES NATURALES
El aforador o molinete: El elemento actuante de un aforador, o medidor de corriente, es una rueda con una serie de aspas o cazoletas impelidas por la corriente. La rapidez de su rotación varía con la velocidad del agua. Hay varios dispositivos para determinar la velocidad de la rueda. Por lo general se hace por medio de un mecanismo que, a cada revolución o a un número dado de revoluciones, abre y cierra un circuito eléctrico que comprende un receptor telefónico u otro aparato eléctrico adecuado, indicador o registrador. El aforador acústico tiene un aditamento que golpea sobre un tambor aun número dado de revoluciones, y el sonido se transmite al observador a través del tubo que sostiene el medidor. Otros aforadores tienen dispositivos mecánicos registradores. Los medidores de corriente se suspenden de un cable o sujetan a una varilla. Para el aforo
de corrientes grandes es preferible la primera disposición. Los medidores sujetos a una varilla son convenientes para aforar corrientes pequeñas.Hay dos tipos generales de aforadores o medidores de corriente: el diferencial
o tipo de cazoletas, que consiste en un eje vertical con una serie de cazoletas
que giran por el exceso de presión de su parte cóncava sobre la convexa, y el
del tipo directo o de hélice con aspas dispuestas sobre un eje horizontal que
giran por la acción directa de la corriente. El aforador de cazoletas registra
siempre la plena velocidad cualquiera que sea el sentido de la corriente o aquel
a que apunte el medidor. El movimiento vertical de éste, lo mismo hacia arriba
que hacia abajo, hace girar la rueda en su sentido positivo, por lo que siempre
tiene tendencia a indicar una velocidad demasiado alta. El aforador del tipo de
hélice no tiene esta característica inconveniente a lo menos en el mismo grado
que el de cazoletas. Sin embargo, es probable que cualquiera de las marcas
estándares de aforadores, si se usa en forma apropiada, bajo las condiciones a
las que se adaptan mejor, será satisfactoria en el aforo ordinario de corrientes.
Las características que conviene reúna un aforador son: a) ser tan pequeño
como sea posible; b) las corrientes parásitas producidas deben ser mínimas; c)
el rozamiento de la rueda debe ser pequeño; d) no deben influir en él las
corrientes verticales; y e) debe funcionar solamente bajo la acción de la
componente hacia adelante de las corrientes. Ningún aforador cumple
perfectamente estas condiciones.
Graduado o calibrado del aforador. Se puede establecer una relación entre
su número de revoluciones y la velocidad del agua moviendo el aforador en
agua tranquila a velocidad conocida. A esta operación se le llama graduado del
aforador o medidor. Esta graduación puede hacerse desde un bote que se
mueva a una velocidad uniforme en agua tranquila, pero es mejor hacer esta
labor en una
estación graduadora equipada en forma apropiada. Un aforador deberá
calibrarse cuando se usa por primera vez, y luego una vez al año a lo menos, y
también después de cada accidente que sufra o de cualquiera alteración de sus
partes que pueda cambiar su graduación.
Las observaciones para la graduación de un aforador dan velocidades en metros por segundo (o en pies por segundo) en correspondencia con su número de revoluciones por segundo. Estos valores se transportan generalmente a una cuadrícula, ya la línea continua ( o líneas) que pasa por sus posiciones intermedias se le llama gráfica de calibración o de graduación. En la figura (arriba), A es una gráfica de graduación típica para un aforador de eje horizontal y rueda del tipo de hélice y B es otra para uno de eje vertical y de rueda de cazoletas. Se observará que la primera indica una rueda más sensible, característica conveniente para la medición de velocidades pequeñas. Las gráficas de graduación de todos los aforadores son rectas con una irregularidad o discontinuidad característica cerca del extremo inferior.
A partir de la gráfica de graduación se prepara una tabla de graduación que dé
las velocidades correspondientes a diferentes velocidades de rotación de la
rueda.
Las mediciones con un aforador pueden hacerse desde un puente, un carrito
suspendido de un cable aéreo o un bote, o bien, si la corriente es poco
profunda y bastante pequeña, vadeándola.
Se toma primeramente un punto de referencia inicial permanente y después se
marcan distancias, generalmente de 1.50 a 3.0m, a lo largo del puente o del
cable aéreo o de una línea especial tendida transversalmente al canal. En
corrientes pequeñas y poco profundas, en que el aforo se hace por vadeo, se
tiende a veces una cinta de tela transversalmente a la corriente desde el punto
inicial. Luego se hacen sondeos u aforos con el medidor de corriente, aforos
para determinar las profundidades y las velocidades medias verticales que
pasen por puntos bien elegidos a lo largo de la sección transversal del canal.
Estos puntos deberán situarse en los cambios bruscos de velocidad o del perfil
del fondo. Cuando las condiciones son bastante uniforme se acostumbra hacer
las mediciones en puntos igualmente distanciados. Por lo general, es necesario
hacer una o dos mediciones cerca de ambas márgenes del canal. Al elegir los
puntos se deberá procurar que el promedio de las velocidades tomadas en dos
verticales adyacentes dé aproximadamente la velocidad media entre ellas y
además que el promedio de las profundidades en puntos adyacentes sea
aproximadamente la profundidad media entre ellos. La velocidad media en una
vertical se obtiene por uno de los métodos siguientes:
1. Curvas de variación vertical de la velocidad.
2. 2. Velocidad a 0.6 de la profundidad.
3. El promedio de las velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad.
4. Integración, es decir, moviendo el medidor lentamente a velocidad
uniforme desde la superficie libre hasta el fondo del canal y volviendo
nuevamente a dicha superficie y observando el tiempo y el número de
revoluciones. Este método no se recomienda a observadores sin
experiencia.
5. Una medición de la velocidad cerca de la superficie libre de la corriente,
a la cual se aplica un coeficiente ( 0.80 a 0.95, siendo el promedio 0.85)
para reducirla a la velocidad media. A veces se recurre a este método
aproximado cuando la corriente es demasiado rápida para hacer
medidas a las profundidades requeridas por cualquiera de los métodos
anteriores.
Para aforar en corrientes cubiertas de hielo, se taladra la capa de éste para dar
paso al aforador y, además de la profundidad del agua, se determina la
profundidad hasta la cara inferior del hielo, que se resta de la primera para
obtener la que ha de utilizarse para calcular el área de la sección transversal.
Las velocidades medias en las verticales para corrientes cubiertas de hielo
pueden obtener por
1. Curvas de variación vertical de la velocidad.
2: El promedio de las velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad..
El tubo de Darcy: En la figura 154 (arriba) se representa un dispositivo
construido por Darcy para medir velocidades en los canales abiertos. Una pata
cinética y otra estática, como las (a) y ( b) , respectivamente, de la figura de
abajo, tienen tubos de vidrio sujetos a sus extremos superiores que están
conectados a una bomba aspirante del aire a través de una cámara común con
una válvula. Justo debajo de los tubos de vidrio hay dos válvulas sobre un
vástago. Para obtener una medición de la velocidad, la pata cinética
( cualquiera de las dos en este modelo particular) se mantiene apuntando
contra la corriente, y haciendo trabajar la bomba, se enrarece el aire lo
suficiente para que el agua fluya dentro de los tubos de vidrio. Se cierran
entonces las válvulas, se saca el instrumento y se hacen las lecturas.
Cualquiera de las formas de pata estática (e), (d), (e) o (f), figura inferior, así
como otros modelos no ilustrados, podrían sustituir a ( b ).
Si h1 -h2 ( Fig. 154) es la diferencia de alturas de las columnas de agua en
metros y c es un coeficiente, constante para cada instrumento, la velocidad es
Los valores aproximados de c para algunas de las formas de pata estática
representadas en la figura (abajo) son
Para (b), c = 0.84
Para (c), c = 0.77
Para (e) y (f), c = 1
Para aforos de precisión, cada instrumento se gradúa moviéndolo en agua
tranquila, y se halla c para varias velocidades.
Para el calculo del caudal se debe escoger una sección lo mas regular posible
y encontrar su área.
Los flotadores, que pueden ser objetos flotantes cualesquiera, adquieren prácticamente la misma velocidad que el agua en contacto con ellos, y se emplean, por tanto, para medir la velocidad en la trayectoria que recorren. Se emplean tres clases de flotadores: de superficie, de subsuperficie, y de bastón o varilla.
Cualquier objeto que flote con su centro de gravedad cerca de la superficie libre
del agua puede usarse como flotador de superficie. Los flotadores de superficie
dan la velocidad cerca de la superficie libre de la corriente. La velocidad media
en la vertical se obtiene multiplicando la velocidad en la superficie por un
coeficiente (0.80 a 0.95, siendo el promedio 0.85).
Un flotador de subsuperficie consiste en uno de superficie unido por un cable a
otro sumergido mayor, de tal peso que mantenga tirante el cable sin hundir el
flotador de superficie. Como el flotador sumergido es relativamente grande, se
desprecia por lo general el efecto del de superficie. Para obtener directamente
la velocidad media en la vertical, el flotador sumergido debe quedar a alrededor
de 0.6 de la profundidad media a lo largo de la trayectoria seguida. El flotador
de subsuperficie tiene poco valor para aforos de corrientes. Se usa a veces
para determinar la velocidad y dirección de las corrientes subsuperficiales en
lagos, puertos y otras grandes masas de agua.
Los flotadores de bastón o varilla se construyen con palos de madera o
cilindros metálicos huecos contrapesados en un extremo de manera que floten
aproximadamente en posición vertical con el extremo sin contrapeso saliendo
ligeramente de la superficie del agua. Deben acercarse lo más posible al fondo
del cauce sin que lo toquen en ningún punto de su trayectoria. Los flotadores
de varilla son más satisfactorios en los canales artificiales o en las corrientes
naturales de sección regular. Francis 5 dedujo la siguiente fórmula:
en la cual v es la velocidad media en la vertical, Vr la velocidad media del
flotador de varilla, D la profundidad del agua, y D' la distancia de la parte
inferior del flotador al lecho del canal. La relación anterior da mayor exactitud
con valores pequeños de D'/D y no debe emplearse cuando D' sea mayor de
0.25D.
Antes de efectuar un aforo con flotadores, deberá elegirse un tramo de canal
tan recto, uniforme y sin corrientes parásitas como sea posible. En los canales
más pequeños, la longitud del tramo deberá ser doble del ancho de la corriente,
con un máximo de 90 m para las corrientes anchas.
Unwin ilustra un método gráfico para tomar las observaciones y hacer los
cálculos. Se eligen dos secciones transversales separadas por una distancia L.
Se tienden cordeles marcados con etiquetas identificadoras cada 3 m o a algún
otro intervalo conveniente, transversalmente a la corriente encima de las
secciones correspondientes. Se hacen sondeos a lo largo de estas secciones
transversales. Se observa el tiempo empleado por los flotadores para pasar
entre las secciones transversales y el sitio por donde pasan los flotadores en
cada sección.
A partir de estas observaciones se prepara un diagrama. Las secciones
transversales se trazan a escala adecuada y el canal se divide en secciones o
partes longitudinales iguales por líneas de trazos. Las trayectorias de los
flotadores se indican con líneas llenas. La recta AB está a la mitad de la
distancia entre las líneas de la superficie del agua de las dos secciones
transversales. Desde los puntos en que las líneas que representan las
trayectorias de los flotadores cortan a AB, se bajan verticales sobre las que se
toman a escala conveniente las velocidades observadas para cada flotador,
multiplicadas por el coeficiente apropiado para reducirlas a las velocidades
medias. La línea ACB que une los puntos así obtenidos es la línea de
velocidades medias. Las velocidades medias para las secciones o partes I, II,
III, etc., se determinan midiendo a escala los segmentos de ordenadas, en el
punto medio de dichas secciones, comprendidos entre las líneas AB y ACB. El
gasto en cualquiera sección es el producto del área media de sus extremos y la
velocidad media.
Pantalla corrediza. El método de la pantalla corrediza para medir corrientes de
agua, se adapta solamente a cauces de sección transversal muy regular. El
trabajo previo es bastante laborioso, pero cuando el aparato ha sido instalado
puede emplearse para tantas observaciones como se deseen.
Una ligera pantalla de lona, barnizada para impermeabilizarla, se suspende con
un bastidor rígido de un carrito con ruedas montadas sobre rieles situados a lo
largo de las márgenes del canal. La velocidad con que se mueve la pantalla
debe ser necesariamente la velocidad media del agua que la impulsa. Se
asegura su movimiento libre por medio de una pequeña holgura, de unos 12
mm. La distancia en que puede moverse la pantalla queda limitada a la longitud
del tramo de sección recta uniforme. Generalmente se disponen contactos
eléctricos al principio y al final del tramo, y se registra automáticamente el
tiempo empleado en el recorrido. Una modificación de este método consiste en
suspender la pantalla de flotadores contrapesados de manera que se tenga la
holgura correcta.
Teóricamente, el resultado debe corregirse por las fugas alrededor de la
pantalla, pero el error que se comete despreciando esta corrección es
pequeño. El gasto es el producto del área de la sección transversal de la
corriente por la velocidad de la pantalla.
El aforo químico. Consiste en hallar el caudal introduciendo en proporción
conocida una sustancia química en el agua de la corriente y determinando la
cantidad de dicha sustancia que contiene esta en una sección situada
suficientemente lejos aguas abajo para asegurar su mezcla perfecta con el
agua. La sal común es la sustancia empleada comúnmente. Por conveniencia
se disuelve la sal en agua antes de introducirla en la corriente.
Representamos por Q el caudal en metros cúbicos por segundo. Si se
introducen w kilogramos por segundo de sal después de tener una mezcla
perfecta se toma una muestra de la corriente y esta indica que 1 kilogramo de
agua contiene n kilogramos de sal, además de la sal que contiene el agua
natural,
ó
La formula anterior no es de fácil aplicación, debido a la dificultad de determinar
n con exactitud. Se describió el método de los tres grupos de muestras que
siguen:
1. El agua de la corriente dosificada, es decir, el agua de la corriente
después de introducir la sal y de que esta se ha mezclado perfectamente
con dicha agua.
2. la muestra de la solución de sal; es decir, la salmuera que se prepara
para introducirla en la corriente.
3. la disolución espacial; es decir, la mezcla de la solución salina con el
agua de la corriente natural, preparada en el laboratorio.
Por este método no es necesario analizar el agua de la corriente, ya que el
efecto de la sal que contiene es eliminado en los cálculos.
Es conveniente tener la salmuera que ha de introducirse en el agua lo mas
concentrado posible para reducir el tamaño del tanque mezclador. No se
aconseja una solución saturada debido a la tendencia de la sal a cristalizarse
en los bordes del tanque, pero una solución de 260Kg de sal por metro cúbico
de agua será satisfactoria.
La solución de sal debe agregarse a la corriente en proporción tal que aumente
el contenido de sal de ésta a lo menos en 0.05Kg por metro cúbico y bajo
ninguna circunstancia debe exceder el contenido inicial de sal de 25 por ciento
de contenido de sal de agua dosificada.
Para conseguir la máxima exactitud al hacer las prueba químicas, debe usarse
el método de evaporaciones de equilibrado. Esto requiere que las muestras del
agua de la corriente dosificada y de la disolución especial sean evaporadas, y
la de la solución de sal diluida, hasta que cada una contenga, tan
aproximadamente como pueda estimarse, la misma cantidad de sal. Se toman
muestras de 500 centímetros cúbicos del agua de la corriente dosificada y de la
disolución especial, y se evaporan hasta que su volumen sea de unos 10
centímetros cúbicos. Luego se obtendrá por dilución una muestra de 10cm3 de
la solución de sal que contenga aproximadamente la misma cantidad de sal
que las muestras anteriores.
En general será necesario investigar anticipadamente el lugar apropiado para
tomar muestras del agua de la corriente dosificada y el intervalo de tiempo
necesario entre la iniciación de la dosificación y el de muestreo. Parker da las
siguientes recomendaciones:
Representemos por v la velocidad media de la corriente, y por b su ancho.
Entonces para la corrientes con profundidas comprendidas entre 1/10b y 1/3b,
la mezcla completa no tendrá lugar hasta que una distancia a lo menos de 6b
haya sido recorrida y la descarga de la solución haya continuado durante 24b/v
segundos por lo menos.
Es evidente que el aforo por el método químico es mas adecuado para aguas
turbulentas y es dudoso que se pueda aplicar satisfactoriamente a corrientes
lentas.
Tubos de Pitot, En algunos casos de conducción de agua esta circula con
velocidades muy diferentes en los diversos puntos de una sección debido al
rozamiento con las paredes, de condiciones de rugosidad muy variables, como
sucede en los canales o en los ríos y entonces, para averiguar las condiciones
de circulación se emplea un medidor de velocidad que se llama Tubo de Pitot.
Es un tubo vertical en su mayor parte y horizontal en un extremo, el que se
sumerge al aperar; esta abierto en ambas extremidades.
Si el agua estuviera en reposo, penetraría al tubo hasta alcanzar en el interior
un nivel igual al de la superficie fuera del tubo, pero cuando hay circulación, el
agua al penetrar al tubo sube hasta un nivel mayor que el nivel exterior.
Se observa que a mayor velocidad de circulación del líquido, mayor es la altura
h que alcanza el agua en el interior del tubo, entonces la velocidad podrá
conocerse midiendo h.
Para estudiar la relación que hay entre estas magnitudes, velocidad y altura del
agua en el tubo, supondremos dos puntos: uno A dentro del tubo y otro B fuera;
podemos considerar que la partícula de agua en B al pasar a A pierde toda su
energía de velocidad para convertirla en energía de presión, que es justamente
la debida a la columna del líquido h. Aplicando el teorema de Bernoulli entre A
y B, tenemos:
Para obtener la curvas de igual velocidad en la sección de una corriente, se
hacen exploraciones determinando la velocidad en diferentes puntos, a
diferentes profundidades, observando la altura h en el tubo Pitot y la
profundidad de la boca con un estadal, marcando con una X en el dibujo de la
sección transversal los diferentes puntos de observación e interpolando, se
obtienen los puntos de igual velocidad, que unidos por medio de una línea
continua, muestran las curvas en cuestión.
Con la ayuda de un planímetro se determinan las áreas de las zonas de igual
velocidad, que multiplicadas por la velocidad correspondiente y sumando se
obtiene el gasto en la corriente.
1. AFORO DE CORRIENTES NATURALES
INTRODUCCIÓN
El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de una estación registradora (limnigráfica). Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud de una corriente en particular.
la mayoría de los métodos de aforo se basan en la ecuación de continuidad ( Q = V * A ).
2. MÉTODOS DE AFORO DE CORRIENTES NATURALES DE AGUA MAS UTILIZADOS.
2.1. AFORO VOLUMÉTRICO. Se aplica generalmente en los laboratorios de hidráulica, ya que solo es funcional para pequeños caudales; sin embargo se pueden implementar también en pequeñas corrientes naturales de agua. Fig 1 y 2
Fig 1. instalación temporal para Fig 2. Instalación para un aforo Volumétrico con vertedero. Volumétrico.
El aforo volumétrico consiste en medir el tiempo que gasta el agua en llenar un recipiente de volumen conocido para lo cual, el caudal es fácilmente calculable con la siguiente ecuación:Q=V/t. 2.2. AFORO CON VERTEDEROS Y CANALETAS. Se utilizan principalmente en la medición de caudales en pequeñas corrientes, en canales artificiales y de laboratorio; su uso en corrientes naturales es muy restringido. Un
funcionamiento típico de un vertedero para aforar corrientes naturales se muestra en la Fig 3.
Fig. 3. Secciones de control artificiales para aforar corrientes naturales.
2.3. AFORO CON TUBO DE PITOT. Su mayor aplicación se encuentra en la medición de velocidades en flujo a presión, es decir, flujos en tuberías. Sin embargo, también se utiliza en la medición de velocidades en canales de laboratorio y en pequeñas corrientes naturales. Es tubo de pitot permite medir la velocidad de la corriente a diferentes profundidades, por lo cual se puede conocer la velocidad media en la sección, que multiplicada por el área de ésta, produce el caudal de la corriente.
2.4. AFORO CON TRAZADORES FLUORESCENTES 0 COLORANTES. El empleo de colorantes para medir la velocidad del flujo en corrientes de agua es uno de los métodos más sencillos y de mayor éxito. Una vez elegida la sección de aforo, en la que el flujo es prácticamente constante y uniforme se agrega el colorante en el extremo de aguas arriba y se mide el tiempo de llegada al extremo de aguas abajo. Conocida la distancia entre los dos extremos de control, se puede dividir esta por el tiempo de viaje del colorante, obteniéndose así la velocidad superficial o subsuperficial de la corriente liquida. La velocidad media de flujo se obtendrá dividiendo la distancia entre los dos extremos o puntos de control, por el tiempo medio de viaje.
Si se inyecto un colorante de tipo brillante, como la eosina, y si se suspende horizontalmente una lamina brillante, de longitud conocida, en un sitio aguas debajo de la inyección, es posible detectar los instantes en que desaparecen y aparece el colorante en los extremos de dicha lamina. La medida del tiempo que transcurre entre los instantes de desaparición y aparición del colorante se puede emplear como representativo del tiempo medio del flujo a lo largo de la lamina. La velocidad
media superficial del flujo se obtendrá dividiendo la longitud de la lamina por el tiempo medio del flujo.
Otros colorantes, común y eficazmente empleados como trazadores, son la fluoresceína, el rojo congo, el permanganato de potasio, la rodamina b y el pontacil rosa B brillante. Este último es especialmente útil en estudios de dispersión de contaminantes en el agua. En los últimos años se han logrado considerables mejoras en las técnicas de medición con trazadores fluorescentes, especialmente con la rodamina B, rodamina WT, las sulforrodaminas B y G la uramina y el bromuro 82.
2.5. AFOROS CON TRAZADORES QUÍMICOS Y RADIOACTIVOS. Es un método muy adecuado para corrientes turbulentas como las de montañas. Estos trazadores se utilizan de dos maneras: como aforadores químicos, esto es, para determinar el caudal total de una corriente y como medidores de velocidad de flujo.
En los aforos químicos y radioactivos, se inyecta una tasa constante qt, de la sustancia química, radioactiva o trazador, de concentración conocida, Cti, a la corriente cuyo caudal, Q, desee determinarse y cuya concentración de la sustancia, Ca , en la corriente, también se conoce. A una distancia corriente abajo, suficientemente grande para asegurar que se han mezclado totalmente el trazador y el agua, se toman muestras de ésta, y se determina la concentración de la sustancia química o radioactiva, Ct. ( Fig 4 )
Fig.4. Procedimiento de inyección y hago un muestreo en un aforo con trazador.
El caudal de la corriente se puede determinar, entonces, empleando la siguiente ecuación.
En su empleo como medidores de velocidad, los trazadores
químicos y radioactivos se inyecta aguas arriba del primer
punto de control de la corriente. Se calcula el tiempo de paso
del prisma de agua que contiene el trazador entre dicho punto
de control y otro situado aguas abajo a una distancia
previamente determinada. El cociente entre esta distancia y el
tiempo de paso es la velocidad media de la corriente.
Cuando se emplea la sal común ( NaCl ) como trazador químico,
se mide el tiempo de paso entre los dos puntos de control,
utilizando electrodos conectados a un amperímetro, esto es, un
conductivímetro. Este método de medición es posible debido a
que la sal inyectada aumenta la concentración de sólidos
disueltos y, por lo tanto, la conductividad del agua.
Un compuesto químico comúnmente empleado como trazador
es la mezcla de 2g de Anhídrido Tático con 0.1259 de Difenil -
Carbazida y 50 cm3 de alcohol de 98º. También, se utiliza el
clorato de sódico, la fluoreína y el bicromato de sodio.
Los trazadores radioactivos más usuales son: el Tritio ( T,
isótopo del Hidrógeno, con tres protones).
Las sustancias químicas y radioactivas empleadas para
medición de caudales deben reunir las siguientes condiciones:
Debe mezclarse fácil y homogéneamente con el agua,
para lo cual se requiere de una fuerte turbulencia en el
trayecto comprendido desde donde se inyecta la
sustancia al cauce, hasta donde se recogen las muestras.
Debe ser barato, soluble en agua, inocuo, no corrosivo, ni
tóxico, de densidad cercana a la del agua.
Debe ser fácilmente detéctable en el agua, aún en
concentraciones pequeñas.
Debe ser conservativo, es decir, no degradable ni
reactivo, entre el momento de la inyección y el momento
del análisis final de las muestras.
Debe ser fotoestable, es decir, no decolorable ni reactivo
ante la acción de la luz.
2.6. AFORO CON FLOTADORES. Son los más sencillos de
realizar, pero también son los más imprecisos; por lo tanto, su
uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor
precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad
media de la sección para ser multiplicada por el área, y conocer
el caudal, según la ecuación de continuidad.
Q = velocidad *área
Para la ejecución del aforo se procede de la siguiente forma. Se
toma un techo de la corriente de longitud L; se mide el área A,
de la sección, y se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de
primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se
inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de
control corriente abajo. Como se muestra en la siguiente figura.
Fig. 5. Esquema ilustrativo para aforo con flotador.
La velocidad superficial de la corriente, Vs, se toma igual a la
velocidad del cuerpo flotante y se calcula mediante la relación
entre el espacio recorrido L, y el tiempo de viaje t.
Se considera que la velocidad media de la corriente, Vm, es del
orden de 0.75Vs a 0.90 Vs, donde el valor mayor se aplica a las
corrientes de aguas más profundas y rápidas ( con velocidades
mayores de 2 m/s. Habitualmente, se usa la siguiente ecuación
para estimar la velocidad media de la corriente. Vm = 0.85VS.
Si se divide el área de la sección transversal del flujo en varías
secciones, de área Ai, para las cuales se miden velocidades
superficiales, Vsi, y se calculan velocidades medias, Vmi, el
caudal total se podrá determinar como la sumatoria de los
caudales parciales qi, de la siguiente manera:
Se pueden obtener resultados algo más precisos por medio de
flotadores lastrados , de sumersión ajustable, como muestra en
la figura 5. Estos flotadores consisten en un tubo delgado de
aluminio, de longitud Lfl, cerrado en ambos extremos y con un
lastre en su extremo inferior, para que pueda flotar en una
posición próxima a la vertical, de tal manera que se sumerjan
hasta una profundidad aproximadamente de 25 a 30 cm sobre
el fondo, y emerjan unos 5 a 10 cm.
La velocidad observada de flotador sumergido, Vf, permite la
determinación de la velocidad media de la corriente, Vm, a lo
largo de su curso, por la siguiente formula experimental:
donde y es la profundidad de la corriente de agua.
2.7. AFORO CON MOLINETE O CORRENTÓMETRO. El principio de
la medición de velocidad con molinete es el siguiente:
Supóngase un molinete puesto en un punto de una corriente
que tiene una velocidad V. La longitud S, es el recorrido de una
partícula fluida moviéndose a lo largo del contorno completo de
la línea que determina una vuelta de la hélice. La situación es
análoga al suponer quieta el agua y el molinete desplazándose
a través de ésta con velocidad V. Para un desplazamiento S, la
hélice también dará una vuelta.
Para un movimiento uniforme,
El espacio, S, recorrido por la hélice, o por la partícula líquida a
través de ésta, se representa por el número de rotaciones, N,
que da el molinete en t segundos.
Luego
Como existen fricciones en las partes mecánicas del aparato, es
necesario introducir un coeficiente de corrección, b.
Entonces
Y haciendo , la frecuencia de giro, se tiene: V=b*n
Con la sensibilidad del aparato se hace sentir a partir de
determinada velocidad mínima, a, que en general, es del orden
de 1 cm/s, por debajo de la cual el aparato no se mueve, la
ecuación del aparato se transforma en:
V= a+ b*n
Ecuación que corresponde a una línea recta. Los aparatos
vienen con su respectiva ecuación de calibración, dependiendo
del tipo de molinete y de la casa productora, o tabuladas las
velocidades en función del número de revoluciones por minuto.
Por ejemplo, para el correntómetro Prince's Electric
Currentmeter No 17110B, Serial No 101-A, la ecuación de
calibración para la velocidad, en m/s es:
V = 0.019 + 0.702 * n