Aforo volumétrico en bombas
Métodos de aforo posibles Los métodos de aforo posibles son: • El aforo volumétrico, • El aforo basado en principios de área – velocidad, • El aforo químico. Aforo volumétrico:
Consiste en determinar el tiempo que tarda una corriente de agua en llenar un recipiente de volumen conocido. Responde a la fórmula: Q = Volumen / tiempo
Es un método sencillo, exige poco equipo y es muy preciso si se aplica con un cuidado razonable. Mientras más grande sea el depósito, mayor será el tiempo necesario para llenarlo y más precisa la medición. Si se mide el tiempo con un cronómetro con error de 0,2 segundos, el error se minimiza tomando tiempos mayores a 60 segundos (1minuto).Se puede construir un recipiente de fórmula sencilla, por ejemplo prismático (tipo caja de zapatos), donde el volumen será: largo x ancho x altura. Hay que hacerlo de manera que el ascenso del agua sea más o menos lento (para poder ver bien cuando se llena).Este tipo de aforos se utiliza generalmente en ensayos de bombeo de perforaciones o pozos, para determinar el rendimiento de dicha sobras.
Cuando se afora con un tacho de 200 lts, sobre todo si se lo hace con una electrobomba o una bomba centrífuga se levanta la manguera y se le coloca un soporte fijándola para que no existan variaciones de caudales importante poner un entablado como base para tener el suelo firme y nivelado, por lo tanto tendremos la boca del tacho nivelada. En el caso de riego hablamos de volúmenes menores, donde lo común es medir la corriente de los surcos. También se lo utiliza para medir la cantidad de agua en las boquillas de salida de los sistemas de aspersión. Para la medición volumétrica de corrientes en los
surcos, el agua debe fluir, generalmente, a través de un tubo o cañería pequeña, ubicado de tal manera que permita la fácil descarga en el recipiente. El aforo volumétrico requiere conocer la magnitud de un volumen de control, que debe guardar proporción con el caudal de agua que se mida a fin de que el tiempo cronometrado entre el inicio y el fin del llenado sea suficientemente representativo. Se recomienda tomar varias medidas y promediarlas. Se puede desarrollar tablas de valores, de acuerdo a las dimensiones del recipiente, tanque rompe – presión o de reserva, para el llenado total o el registro de alturas determinadas de sobre – elevación del agua. En función del tiempo cronometrado, la tabla de valores informa sobre el caudal aforado. Las aplicaciones de este método de aforo se vinculan con: • El aforo en tanques rompe – presión o de reserva, • El aforo de equipos de bombeo en relación con tanques de reserva. El aforo área – velocidad 2 Se fundamenta en la determinación del área o sección media mojada A (m ), por donde circula el agua con una velocidad media υ (m/s). Se aplica en: • Canales de sección regular: Se determina la velocidad mediante molinetes o flotadores, Los molinetes tienen ecuaciones de calibración y el resultado es bastante exacto, Si se utilizan flotadores, de preferencia lastrados; se promedian los cocientes de la longitud respecto al tiempo de travesía para obtener la velocidad, y, este valor se multiplica por el del área mojada afectado por un valor de corrección que varía entre 0,60 y 0,80 • Tuberías de entrada o de salida de unidades de la planta • Tuberías con salida vertical (altura del chorro de agua) El aforo químico Se basa en la alimentación instantánea o sostenida de un elemento químico que actúa Comotrazador. La concentración de dicho elemento se determina en forma previa y Posterior a ladosificación. Su discusión se realiza, conjuntamente con la cloración, más Adelante. MÉTODOS USADOS PARA MEDIR EL AGUA
El grado de exactitud en la medición de un curso de agua depende del esfuerzo que se ponga en realizar la tarea y de los elementos de que se disponga .La selección del método dependerá del volumen a medir, de las condiciones bajo las cuales deben efectuarse las medidas y de la exactitud requerida. El equipo o los elementos de que se disponga para aforar juegan un rol importante. Existen distintos métodos:
Aforo volumétrico.
Aforo de cañerías en pozos de agua.
Aforo utilizando estructuras aforadoras.
Aforo por sección y velocidad.
Aforo químico.
Aforo utilizando fórmulas empíricas. De los cuales nos ocuparemos con mayor profundidad de los distintos ti-pos de aforos por sección y velocidad. El aforo químico se aplica en casos especiales donde no se puede determinar la sección o la velocidad (por ejemplo, ríos de montaña).Mientras que la utilización de fórmulas empíricas requiere de datos de campo (sección, radio hidráulico, pendiente del agua, características del cauce, etc.) que dependerá de cada autor de esas fórmulas, perimítiendo calcular el caudal con un cierto grado de incertidumbre, que luegodeberá ser corroborado con métodos más confiables.Tanto el aforo químico como el de utilización de fórmulas empíricas no se verán en este Curso por no responder a los objetivos específicos del mismo. Aforo utilizando estructuras aforadoras:
Elaforo en compuertases un caso particular del aforo por orificios, se practica normalmente cuando se tiene una compuerta de chapa en buen estado de conservación y el nivel hacia aguas arriba de la acequia o canal cubre la parte inferior de la hoja móvil de la misma. Para aforar una compuerta es necesario saber la velocidad conque el agua pasa a través de ella. Esta velocidad depende de la carga (h) o altura de agua que está actuando sobre la abertura de la compuerta. Para ello debemos conocer si la compuerta trabaja libre o sumergida. Una compuerta trabaja libre cuando el nivel de la superficie del agua después de ella es inferior al del piso o umbral de la misma: Compuerta trabajando libre Si la compuerta trabaja libre se coloca una escala graduada encentímetros, cuyo cero coincida con el umbral de la compuerta (el piso).Esta escala deberá colocarse aguas arriba de la compuerta a una distancia suficiente para que no se afecte la medida de su nivel.La carga (h) en una compuerta que trabaja libre se calcula restan-do a la lectura de la escala (h1) la mitad de la apertura de la compuerta(a/2). Ejemplo: Calcular la carga en una compuerta libre cuya lectura en la escalaaguas arriba de la compuerta es 30 cm y su apertura de 10 cm (ver figura anterior):
h = 30 cm - (10 cm / 2) = 30 cm - 5 cm = 25 cm. La compuerta trabaja sumergida cuando el nivel de la superficiedel agua después de la compuerta (aguas abajo) se encuentra por en-cima del nivel superior de la apertura:
Compuerta trabajando sumergida o ahogada En este caso se debe colocar otra escala después de la compuerta. La carga (h) en este caso se calcula como diferencia entre ambasescalas (h1- h2). El aforo en tanques rompe – presión y de reserva En el caso de tanques rompe – presión, hay que evitar el surgimiento de presiones negativas en la tubería de salida, tapando la salida del tanque pero permitiendo el ingreso de aire en la misma. Hay que procurar que exista una ventosa cercana para desalojar el aire, a fin de evitar la obstrucción de la tubería. Si por ejemplo, la superficie interna en planta de un tanque rompe – presión es de un metro cuadrado y la altura medida de sobre – elevación del agua 0.05 m, es posible desarrollar cuadros de valores como el siguiente:
El desarrollo de herramientas semejantes para el caso de tanques de reserva, deberá observar las dimensiones específicas de cada unidad.
El aforo en estaciones de bombeo con tanques de reserva
En el caso de sistemas que utilicen bombeo hacia tanques de reserva, el aforo del caudal de aguas se puede hacer mediante los siguientes lineamientos: • Se mide el tiempo de llenado del tanque, entre los niveles de arranque y parada de la bomba. Así se determina un caudal afectado por el de consumo de agua que se produce Simultáneamente:
Los caudales pueden expresarse en metros cúbicos por segundo y los tiempos en segundos. Por el volumen de los tanques, el orden de magnitud del tiempo será de horas. Cuando existen bombeos simultáneos, por ejemplo, un grupo de bombas alimenta a la planta potabilizadora y otro a la distribución, se debe contar con dos cámaras de reserva separadas: • La primera permitirá aforar el caudal de ingreso al sistema (cuando la bomba que alimenta a la planta está apagada); • La segunda permitirá conocer el caudal impulsado a distribución siempre que se conozca el caudal que proviene de la planta de tratamiento. El caudal de la planta de tratamiento se puede aforar en la primera cámara, una vez conocido el caudal de ingreso de agua cruda; o, en la segunda cámara, conocido el caudal de impulsión de las bombas hacia la distribución. El tiempo de permanencia requerido para efectuar este tipo de aforo, lo hacen desventajoso para ser aplicado por parte de los operadores en sistemas de agua potable pertenecientes a JAAPS y unidades militares, por la limitación de tiempo que ellos pueden dedicar ante la necesidad de atender actividades vinculadas a su supervivencia y la de su familia, en el un caso, o por la atención a actividades demandadas por sus superiores, en el otro caso. El aforo con principios de cinemática El aforo con principios de cinemática, se basa en las ecuaciones de cálculo de velocidad uniforme y del tiempo de caída libre de una partícula:
Si en una estructura de entrada o salida de la planta, se cuenta con una tubería dispuesta horizontalmente, que fluya a tubo lleno, cuya longitud varíe entre 1.5 y 2.5 veces el diámetro de la misma y que no experimente la influencia del viento, se puede aforar el caudal de aguas con la siguiente expresión:
El operador mide, diariamente, las distancias horizontal y vertical que desarrolla el chorro de agua. El ingeniero civil debe desarrollar una tabla de valores que le permita al operador conocer el caudal aforado, y que puede tener el siguiente aspecto para una tubería de salida de ¾”:
El aforo mediante la altura de chorro vertical de agua de una tubería
Se puede aforar, aproximadamente, midiendo la altura del chorro de agua cuando una tubería es dispuesta para salida vertical10. Existen dos casos: • Cuando la altura de agua es pequeña, menor que 0.4 veces el diámetro de la tubería; y, • Cuando la altura es grande, mayor que 1.4 veces dicho diámetro. Las expresiones de cálculo y diagramas explicativos constan a continuación:
Aforo gravimétrico:
El volumen de agua colectado en un determinado tiempo se pesa y el peso (W) del agua se transforma a volumen, dividiendo entre el peso específico (ω). El recipiente utilizado es destarado. La expresión matemática es: ω = Peso del agua (W) / Volumen ocupado (V) Donde: W = Peso específico del agua (Kg. / m3) ω = Peso del agua (Kg.) V = Volumen ocupado (m3) También: Q = (Peso del agua mas recipiente – Tara del recipiente) Peso específico por el tiempo de llenado. •
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Método del Flotador: •
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Al igual que los molinetes, Tubo de Pitot, el Método de la trayectoria y trazadores, se utiliza para medir la velocidad del agua y no el gasto o caudal directamente. Durante la medición, se registra el tiempo que tarda un flotador en recorrer una distancia conocida. Se determina la sección de la corriente a determinar su caudal.
Se emplea la siguiente expresión: Q=Axv Donde: Q = Caudal o gasto (m 3/s) A = Área de la sección (m2) V = Velocidad de la corriente (s) La velocidad media es igual a la velocidad encontrada, multiplicada por un factor que depende de la rugosidad de las paredes de la corriente. •
Método del Correntómetro: •
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Llamado también Método del molinete hidráulico. Está constituido por una rueda con aspas que gira al ser sumergido en una corriente de agua. Pueden ser de dos tipos: o Molinete de cazoletas o Molinete de hélice Para medir la velocidad de una corriente, el molinete se instala por abajo del espejo de agua a 0.6 del tirante, medido desde la superficie. Las revoluciones se cuentan en un determinado intervalo de tiempo.
Aforo de la descarga libre en tuberías por el Método de la Trayectoria: •
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La descarga de una tubería horizontal o inclinada, llena o parcialmente llena, puede ser calculada por el Método de la trayectoria, que se basa en el principio físico de la caída libre de los cuerpos. Para chorros de tuberías horizontales: o Cuando el tubo está trabajando completamente lleno. o Cuando el tubo está trabajando parcialmente lleno
Para chorros que salen verticalmente, se mide la altura del chorro y el diámetro interno de la tubería. La determinación práctica del caudal se calcula empleando tablas.
Método del Tubo de Pitot El tubo Pitot, es un pequeño tubo acodado en forma de “L”, con los extremos abiertos y se usa para medir la velocidad del agua en tubos. Se coloca un tubo con el extremo acodado en dirección aguas arriba, mientras otro se proyecta aguas abajo. La diferencia de alturas en ambos tubos Pitot, es igual a dos veces la carga de velocidad, es decir: h = h1 - h2 = v2 g Donde la velocidad del flujo es: v = C √ 2gh •
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Aforador Parshall •
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Es un aparato medidor de gasto, que se basa en la pérdida de altura del nivel de agua que se produce por el paso forzado de agua a través de él Se compone de tres partes básicas: la entrada, la garganta y la salida. La entrada está formada por dos muros convergentes de inclinación 5:1 La garganta constituida por dos paredes verticales y paralelas entre si La salida, formada por dos paredes divergentes con una inclinación 6:1
El piso es horizontal en toda la entrada, descendiendo en la garganta y elevándose en la salida. Los medidores se designan por el ancho de la garganta, por ejemplo, medidor de 4 a un Parshall de 4 pies de garganta. Además los Parshall, cuentan con una mira graduada colocada a 2/3 del muro de entrada, contados a partir de la garganta. También puede dotarse a los medidores de pozas de observación, para colocar limnígrafos
CONSIDERACIONES EN LAS PRUEBAS DE AFORO
DURACIÓN DE LAS PRUEBAS La duración de una prueba de aforo está en relación directa con el tiempo en que se realizan las mediciones, tanto de caudal como de niveles de agua. Las mediciones simultáneas de caudales y niveles de agua para cada escalón deben efectuarse con mayor precisión. Las lecturas deben realizarse de manera continua al inicio de cada escalón, espaciándose conforme al tiempo. Tabla Tiempos de lectura para pruebas de aforo
Periodicidad de Lecturas
Intervalo de tiempo
Cada 15 seg
0-1 min
Cada 30 seg
1 min-5 min
Cada 60 seg
5 min-10 min
Cada 5 min
10 min-30 min
Cada 10 min
30 min-60 min
Cada 30 min
1 hr-6 hr
Cada 60 min
6 hr-12 hr
No es necesario que el tiempo de duración se prolongue las 12 horas, pudiéndose suspender cuando el nivel del agua se estabilice. En confinados y semiconfinados - Algunas horas En acuíf. libres – varias horas hasta más de un día Si durante la prueba existe una interrupción del 5% o más del tiempo transcurrido, se anulará y se reiniciará después de al menos el tiempo bombeado o el doble, esto con la finalidad de recuperar el nivel inicial.
Medición del caudal de aforo Para ello se debe disponer de un sistema que permita medir el caudal bombeado y sus variaciones; como son: Vertedores rectangulares. Para caudales grandes Vertedores triangulares. Para caudales pequeños Existen también vertedores portátiles que pueden ser instalados en el lugar. Quizá el sistema más utilizado es el basado en llenar un recipiente de capacidad continua. Se recomienda permitir que el llenado dure más de 10 seg. para tener una mayor precisión.
Deben tenerse algunas consideraciones: Conocer con precisión la cap. Del recipiente, el cual debe encontrarse en buenas condiciones. Debe usarse tubería que sea fácil de colocar y retirar del recipiente; evitar el uso de mangueras. El recipiente se debe poder vaciar fácil y rápidamente evitando derrames. Medición del nivel de agua Para la medición de los niveles de agua subterránea deben emplearse dispositivos que permitan como error 1cm, y en ocasiones 0.2 cm. Los mas recomendados son los que cumplen con esta condición pero que además son muy rápidos. Los más cómodos son las sondas eléctricas (medidores). Sin embargo pueden usarse los de golpeteo si el operador tiene mucha experiencia. (poco útiles por el ruido de la bomba. El flujo natural en la mayoría de los acuíferos es generalmente diferente de día a día, por consiguiente se hace necesario observar las profundidades hasta el agua durante un tiempo anterior a la prueba, para determinar la tendencia del nivel del agua y usarla al calcular los abatimientos
BIBLIOGRAFIA
http://es.scribd.com/doc/14341773/MANUAL-PARA-AFORO-YDESINFECCION-DEL-AGUA http://es.scribd.com/doc/58323159/5/Aforo-volumetrico http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Fundamentos.pdf http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/aforo-volumetrico.html http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/medidores_de_velocidad.pdf
INTRODUCCIÓN:
La necesidad creciente de utilizar toda el agua disponible, aún enlas regiones húmedas, y el aumento en los costos para desarrollar nuevas fuentes de agua hacen necesario que ésta sea aprovechada conmenores costos y sin desperdicio. Esto no puede lograrse si no se utilizan sistemas de medición adecuados. En nuestra región esa situación recrudece aun en mayor medida,ya que tiene características semiáridas y el régimen de lluvias se concentra en el verano, existiendo en el resto del año escasas a nulas precipitaciones.Esto hace que para manejar el recurso hídrico de un curso deagua (río, canal, etc.) con distintos propósitos (agua potable, energía,riego, atenuación de crecidas, etc.) de una manera eficiente, Requieradel conocimiento de la cantidad de agua que pasa por un lugar en untiempo determinado (El caudal), durante un período de años lo más largo posible.De allí que es menester Lograr datos de campo confiables y lo suficientemente precisosque nos permitan estudiar y proyectar manejosdel agua con el menor grado de incertidumbre posible para satisfacer las demandas cada vez más crecientes que tiene la Humanidad.
Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Mecánica Maquinas Hidráulicas Ing. Ismael Veliz
Trabajo de Investigación: Aforos en Bombas
Luis Alberto Cotto Chajon 200915061 Sección N
CONCLUSIONES
Al realizar estas actividades se logrará reforzar la teoría con la práctica mediante Experimentos, para los cuales es posible verificar su aplicabilidad, al ser elementos ineludibles en el quehacer profesional de los ingenieros. La medición de los fenómenos es herramienta fundamental de los ingenieros. No debemos permitir que las herramientas actuales sustituyan a los que permiten obtener Información de primera mano y que implica estar directamente en contacto con la naturaleza.
