NCh3205-2011-046 Medidores de Caudal

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NCh

NORMA CHILENA

INSTITUTO

NACIONAL

DE

NORMALIZACION



3205-2011

INN-CHILE

Medidores de caudal de aguas residuales - Requisitos Wastewater flow meters - Requirements

Primera edición

: 2011

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© : : :

2011: INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN * Prohibida reproducción y venta * Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, Chile www.inn.cl ISO (International Organization for Standardization) Standardization) • COPANT (Comisión P Panamericana anamericana de Normas Técnicas)



NCh3205

Contenido Página Preámbulo

III

0

Introducción

1

1

Alcance y campo de aplicación

2

2

Referencias normativas

2

3

Términos y definiciones

2

4

Métodos de medición de caudal

5

4.1

Descripción de los métodos

5

4.2

Otros métodos para la medición de caudal

6

5

Sistemas para medición de caudal

6

5.1

Generalidades

6

5.2

Fichas técnicas de los equipos

6

5.3

Instalación de los equipos

6

5.4

Condiciones de aplicabilidad de los distintos sistemas

7

6

Verificación de funcionamiento de los equipos

10

6.1

Calibración

10

6.2

Pruebas de contrastación

11

6.3

Verificación en terreno, después de la instalación

18

7

Mantenimiento preventivo y correctivo

19

7.1

Generalidades

19 I


NCh3205

Contenido Página

7.2

Mantenimiento preventivo de sistemas fijos

20

7.3

Mantenimiento preventivo de equipos móviles

21

7.4

Mantenimiento de estructuras

22

7.5

Mantenimiento correctivo

22

Anexos Anexo A (normativo) Fichas técnicas de equipos e instrumentos utilizados en sistemas de medición de caudal en canales abiertos y ductos parcialmente llenos

23

Ficha A.1

23

Ficha A.2

24

Ficha A.3

25

Ficha A.4

26

Ficha A.5

27

Ficha A.6

28

Ficha A.7

29

Ficha A.8

30

Ficha A.9

32

Ficha A.10

33

Anexo B (normativo) Aforos

34

B.1

Aforos en canales abiertos

34

B.2

Aforo en canales artificiales

35

II


NCh3205

Contenido Página B.3

Aforo en canales naturales

37

B.4

Métodos de medición

38

Figuras Figura 1 Banco de prueba para contrastación de equipos móviles

15

Figura B.1 Aforo en canales artificiales

37

Figura B.2 Aforo en canales naturales

38

Tablas Tabla 1 Aplicabilidad de equipos e instrumentos para medición de caudal en aguas residuales, según tipo de fluido

7

Tabla 2 Duración del certificado de calibración

10

Tabla 3 Contrastación de los equipos de medición fijos

12

Tabla 4 Contrastación de los equipos de medición móviles

16

Tabla 5 Mantenimiento de equipos fijos

20

Tabla 6 Mantención de los componentes de los equipos medidores de caudal portátiles

21

Tabla 7 Mantenimiento de estructuras

22

III


NORMA CHILENA

NCh3205-2011

Medidores de caudal de aguas residuales - Requisitos

Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. Esta norma se estudió a través del Comité Técnico Medidores de caudal , para establecer los requisitos para la instalación, verificación del correcto funcionamiento, contrastación y calibración, que deben cumplir los medidores de caudal para aguas residuales, tanto fijos como móviles. Por no existir Norma Internacional, en la elaboración de esta norma se han tomado en consideración los documentos siguientes: ASTM D 5640:1995

Standard Guide for Selection of Weirs and Flumes for Open Cannels Flow ;

ISO 748:2007

Hydrometry - Measurement of liquid flow in open channels using current-meters or floats; y

y antecedentes técnicos nacionales. La norma NCh3205 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, en base al documento técnico elaborado por un Grupo de Trabajo constituido por representantes de las entidades: Superintendencia de Servicios Sanitarios, SISS; AIDIS; Aguas Andinas S.A.; ESSBIO S.A. - Nuevo Sur; ESVAL S.A.; CESMEC S.A., Liquid Flow Ltda. e Instituto Nacional de Normalización, INN, y en su estudio el Comité estuvo constituido por las organizaciones y personas naturales siguientes: Aguas Andinas S.A.

IV

Fernando Garcés A. Luis Felipe Salazar Alex Solís P.


NCh3205 AIDIS Chile - Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Análisis Ambientales S.A. CESMEC S.A. DICTUC S.A. Ecopreneur Chile S.A. ESSBIO S.A. - Nuevo Sur ESVAL S.A. I. M. VOGT S.A. Instituto Nacional de Hidráulica, INH Instituto Nacional de Normalización, INN Liquid Flow Ltda. SGS Chile Ltda. Superintendencia de Servicios Sanitarios, SISS Tecno Recursos

Gerardo Ahumada Elizabeth Echeverría O. Oscar Valenzuela D. Gladys Aguilar O. Rodolfo Pizarro H. José Luis Montalvo M. Isadora Barros R. Ricardo González P. José Alvarez D. Cristián Henríquez R. Eduardo Gálvez A. Ricardo Farías M. Ramona Villalón D. Enrique Rosa V. Elisa Vásquez A. Christian Lillo Verónica Vergara S. Marcel Guerrero

Los Anexos A y B forman parte de la de norma. Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 24 de octubre de 2011.

V



NORMA CHILENA

NCh3205-2011

Medidores de caudal de aguas residuales - Requisitos

0 Introducción El correcto funcionamiento de los Sistemas de Medición de Caudal, es una condición clave en el monitoreo y control de las aguas residuales, siendo los principales objetivos de estas mediciones, la determinación de los volúmenes de descargas de aguas residuales a distintos cuerpos receptores y la conformación de muestras compuestas destinadas a analizar la calidad de dichas descargas. Se suman, las mediciones con fines hidráulicos que se efectúan en los procesos unitarios de las Plantas de tratamiento de aguas residuales. La forma de medir los caudales, en el caso de los volúmenes de descarga de las fuentes emisoras de RILES, queda establecida en la reglamentación nacional vigente, dada por los decretos supremos de normas de emisión, MOP DS-609: Descargas a sistemas de alcantarillado, SEGPRES DS-90: Descargas a aguas marinas y continentales superficiales y SEGPRES DS-46: Descargas a aguas subterráneas . Por su parte, los procedimientos para llevar a cabo el monitoreo de aguas residuales y por tanto la formación de las muestras compuestas en función del caudal, están definidos en NCh411/10 Calidad del agua - Muestreo - Parte 10: Muestreo de aguas residuales - Recolección y manejo de las muestras , cuyas directrices están complementadas por requerimientos técnicos específicos del organismo fiscalizador, establecidos en el Manual Operativo de la norma NCh411/10 vigente, publicado por la Superintendencia de Servicios Sanitarios. La realidad nacional respecto de la aplicación práctica de la reglamentación y de los documentos técnicos mencionados, han determinado la necesidad de establecer requisitos mucho más específicos y detallados para la medición de caudal de las aguas residuales, con la finalidad de que la información utilizada tanto por los entes regulados, como los organismos fiscalizadores del sector, sea comparable, confiable y reproducible.

1


NCh3205 La presente norma NCh3205, aborda esta problemática para los distintos Sistemas de Medición de Caudal con equipos fijos y móviles disponibles en el mercado, definiendo los requisitos de instalación, verificación, contrastación, calibración y generalidades de mantenimiento de estos sistemas, de tal forma que sus mediciones se consideren correctas y cumplan con una exactitud e incertidumbre, en los niveles requeridos por la autoridad competente para los fines antes descritos.

1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece los requisitos para la instalación, verificación del correcto funcionamiento, contrastación y calibración de los medidores de caudal de aguas residuales, incluidas las aguas servidas y los residuos industriales líquidos. 1.2 Esta norma se aplica a los medidores de caudal tanto fijos como móviles, utilizados en plantas de tratamiento de aguas servidas y en establecimientos industriales. 1.3 Esta norma aplica a todos los medidores de caudal que generan información del volumen de aguas residuales (aguas servidas y residuos industriales líquidos), que solicita la Autoridad Competente, además de la información para los monitoreos requeridos según la normativa de emisión. 1.4 Esta norma también se puede emplear para los medidores utilizados por las empresas para el control interno.

2 Referencias normativas Los documentos siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se aplica la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda). NCh410 NCh411/10 ISO 25371)

Calidad del agua - Vocabulario. Calidad del agua - Muestreo - Parte 10: Muestreo de aguas residuales Recolección y manejo de las muestras. Hydrometry - Rotating-element current-meters.

3 Términos y definiciones Para los propósitos de esta norma, se aplican los términos y definiciones indicados en NCh410, NCh411/10 y adicionalmente los siguientes: 3.1 aguas residuales: aguas que se descargan después de haber sido usadas en un proceso, o producidas por éste, y que no tienen ningún valor inmediato para ese proceso

1)

2

Mientras no exista Norma Chilena, se debe usar esta norma.


NCh3205 3.2 aguas servidas; aguas servidas domésticas: aguas residuales que sólo contienen los desechos de una comunidad, compuestas por aguas grises y aguas negras 3.3 Autoridad Competente: entidad (pública o privada) o autoridad estatal que tiene competencia en el ámbito del diseño, la construcción, la regulación o la fiscalización de las instalaciones y obras pertinentes a sus servicios, de acuerdo a su ámbito de acción, cuando corresponda 3.4 calibración: conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medición o por un sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia, y los valores correspondientes de esa magnitud materializados por patrones. La calibración tiene que ser trazable y con incertidumbre especificada 3.5 canal: curso de agua natural o artificial, que contiene agua en movimiento a presión atmosférica, de forma permanente o periódica 3.6 cámara de inspección: aquella que permite la operación, registro y mantenimiento del sistema de alcantarillado 3.7 caudal: volumen de agua que pasa por una sección transversal en una unidad de tiempo. Se obtiene del área de la sección transversal efectiva mojada, del ducto abierto o cerrado, que atraviesa el agua residual, multiplicado por la velocidad lineal media del fluido 3.8 contrastación: ver verificación por contrastación 3.9 ducto: tubería, conducto o canal cerrado por el que fluyen las aguas residuales 3.10 efecto Doppler: variación aparente de la frecuencia de una onda periódica que se propaga en un medio mecánico debido al movimiento de la fuente de ondas, del observador, o de ambos en dicho medio.

Para los efectos de esta norma, es la variación de la frecuencia de la onda emitida por un transductor ultrasónico, cuando es reflejada por un objeto en movimiento, en las aguas residuales 3.11 equipo patrón fijo: equipo provisto de sensores de mayor exactitud al equipo empleado en las mediciones de rutina 3.12 equipo patrón portátil: equipo móvil cuyo error máximo de contrastación es 5% 3.13 error de medición: inexactitud que se acepta como inevitable al comparar una magnitud con su patrón de medida 3.14 residuos (fibras): elementos sólidos que se pueden enredar en la estructura del instrumento (ramitas, algas, cabellos, papel y similares)

3


NCh3205 3.15 medidor de caudal: equipo destinado a medir una o más variables que determinan el caudal de aguas residuales. Dispone de sensores para medir directamente alturas de nivel y/o velocidades de flujo, y de un sistema controlador que registra la información y efectúa el cálculo del caudal 3.16 medidor de caudal fijo: aquel medidor instalado en forma permanente en el punto de control, alimentado mediante una fuente de energía eléctrica 3.17 medidor de caudal móvil: aquel medidor portátil que se instala esporádicamente en el punto de control, cuyo funcionamiento puede ser mediante una fuente de energía eléctrica o mecánica 3.18 monitoreo: proceso programado de muestreo, medida y subsecuente registro o transmisión, o ambos, de varias características del agua residual 3.19 ril; riles: residuo(s) industrial(es) líquido(s) descargado(s) por un establecimiento industrial, con destino a los sistemas de recolección de aguas servidas o a cuerpos receptores 3.20 sensor de nivel: dispositivo parte de un medidor de caudal que, utilizando diferentes técnicas, permite determinar la altura del fluido en los canales abiertos y ductos similares 3.21 transductor: dispositivo que recibe una señal desde un sistema mecánico, electromagnético o acústico y la trasmite a otro 3.22 trazabilidad: propiedad del resultado de una medición o de un patrón tal que se pueda relacionar con referencias determinadas, generalmente a patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones con incertidumbres conocidas 3.23 ultrasonido: ondas acústicas cuyas frecuencias están por encima del límite perceptible del oído humano. Es utilizado en mediciones de distancia, donde se requiere un trasmisor de ondas y un receptor de las mismas, una vez reflejadas por un cambio del medio o posición de una discontinuidad 3.24 verificación en terreno: comprobación de parámetros (altura, velocidad de escurrimiento y otros) realizada por el usuario, en el caso de equipos fijos cada determinados períodos y para equipos móviles cada vez que se instala 3.25 verificación por contrastación; contrastación: comparación de las mediciones de caudal efectuadas por medidores en uso rutinario, contra un equipo patrón calibrado que cuente con trazabilidad

4


NCh3205

4 Métodos de medición de caudal 4.1 Descripción de los métodos Los métodos de medición de caudales considerados en la presente norma corresponden a aquellos aplicables en canales abiertos (canaletas, vertederos o similar), en ductos parcialmente llenos y en ductos en presión. Entre tales métodos se encuentran: 4.1.1 Método de área - velocidad

En este método el caudal es calculado midiendo la velocidad media del flujo a través de una sección y multiplicándolo por el área mojada de la sección transversal del flujo en dicho punto. En canales abiertos o en ductos parcialmente llenos se requiere efectuar dos mediciones independientes, una para determinar la velocidad media y otra para medir la altura del flujo. La altura es entonces utilizada para calcular el área mojada del flujo, basándose en el tamaño del canal abierto o del ducto parcialmente lleno. En el caso de ductos en presión se requiere sólo determinar la velocidad media del flujo, dado que el diámetro es conocido. 4.1.2 Método de estructura hidráulica

En este método una estructura hidráulica, denominada dispositivo primario, es introducida en el ducto parcialmente lleno o canal abierto, para producir un escurrimiento crítico de tal modo que exista una relación entre el nivel o altura del flujo en este dispositivo primario y el caudal. Esta relación es particular en función del tipo de dispositivo primario utilizado (vertederos o canaletas). En este caso, disponiendo del dispositivo primario adecuado, sólo basta efectuar una medición, que corresponde a la altura de flujo, el cual además puede convertir la altura de líquido en caudal. Los dispositivos primarios estándares que se deben emplear son, en el caso de vertederos: tipo triangulares, rectangulares con o sin contracción lateral, y Cipoletti; en el caso de canaletas: tipo Parshall, Palmer-Bowlus, Trapezoidal o tipo “H”, o equivalentes. 4.1.3 Método volumétrico

Este método consiste en recolectar un volumen medido en un envase previamente calibrado, durante un tiempo definido. Este método es aplicable en ductos con caída libre, y generalmente en caudales menores a 1,0 L/s y con tiempos de aforo no inferiores a 60 s.

5


NCh3205 4.1.4 Método de pendiente y radio hidráulico (fórmula de Manning)

En este método la medición de la pendiente y el perímetro mojado a lo largo de una sección uniforme del ducto o canal, es utilizada para el cálculo de caudal, basándose en la fórmula de Manning. Para este efecto se requiere conocer la sección del ducto o canal, la pendiente de la superficie de agua, la altura del líquido y el factor de rugosidad, el cual depende del tipo de material del ducto. Los tipos de ductos en los cuales puede ser aplicado este método son: tuberías a flujo parcial, canaletas “U”, canaletas rectangulares, y trapezoidales. Se debe tener en consideración el estado interior de los ductos respecto de las incrustaciones o corrosión, que modifican la rugosidad nominal. En tales casos no es aplicable el método.

4.2 Otros métodos para la medición de caudal Considerando que puedan aparecer a futuro otros métodos de medición de caudal basados en nuevas tecnologías, éstos podrán ser utilizados para el caso de aguas residuales, sólo previa autorización de la autoridad competente, siempre y cuando se cumplan los requisitos y disposiciones definidos en la presente norma.

5 Sistemas para medición de caudal 5.1 Generalidades Los sistemas de medición de caudal basados en los métodos descritos en 4.1, que hoy en día son más frecuentemente utilizados en las empresas sanitarias y en los establecimientos industriales a nivel país, y que por tal razón sus equipos serán tratados con mayor detalle en esta norma, son los indicados en Tabla 1.

5.2 Fichas técnicas de los equipos En Anexo A de la presente norma se incluyen las fichas técnicas de los diferentes equipos para canal abierto y para diferentes ductos (tuberías parcialmente llenas, tuberías en presión y canales cerrados), con la descripción de sus principales características.

5.3 Instalación de los equipos Para la instalación de los equipos e instrumentos, se deben considerar las instrucciones establecidas en las respectivas fichas técnicas (ver Anexo A), complementadas con cualquier instrucción adicional establecida por el fabricante.

6


NCh3205 5.4 Condiciones de aplicabilidad de los distintos sistemas En Tabla 1 se resumen las recomendaciones y restricciones de cada uno de los equipos e instrumentos descritos en Anexo A. Tabla 1 - Aplicabilidad de equipos e instrumentos para medición de caudal en aguas residuales, según tipo de fluido

Equipos e instrumentos

Recomendación

Sensor ultrasónico de nivel

Para uso sólo como equipo fijo.

(ver Ficha técnica A.1 en Anexo A)

Medición de altura de agua en obras hidráulicas. Adecuado para flujos tanto limpios como con alto contenido de sedimento y grasas.

Sensor de presión sumergido de membrana metálica y Strain-Gauge, de nivel



Medición de altura de agua a partir del nivel, en obras hidráulicas y, como parte de sensores área-velocidad. Adecuado para flujos con presencia de espumas y/o vapores en suspensión.

Restricción

No debe ser utilizado como equipo móvil. No debe ser utilizado en presencia de vapores densos ni espumas sobre el agua residual, ni en ambientes de cambios extremos de temperatura (variaciones diarias > 40ºC). No debe ser utilizado en la medición de niveles de variación menor a 0,05m. No debe ser utilizado como equipo móvil. No debe ser instalado directamente en el flujo cuando la velocidad es >1 m/s; en este caso, se debe emplear una cámara de aquietamiento. El sensor de presión de membrana metálica no debe ser utilizado en aguas con químicos agresivos ni en flujos con presencia de sedimentos y grasas en suspensión. En este sensor no se debe ser someter a limpieza la membrana metálica.

Sensor de presión sumergido de membrana cerámica capacitiva, de nivel



El sensor de membrana cerámica es adecuado para aguas químicamente agresivas, flujos con presencia de espumas y/o vapores en suspensión, y para medición de pequeñas alturas de escurrimiento (< a 0,1 m).

Sensor burbujeador de nivel



Medición de altura de agua en obras hidráulicas y, como parte de sensores área-velocidad. Adecuado para flujos con presencia de espumas y/o vapores en suspensión y/o alto contenido de sedimentos, y químicamente agresivas.

No debe ser utilizado como equipo móvil. No debe ser instalado directamente en el flujo cuando la velocidad es >1 m/s; en este caso, se debe emplear una cámara de aquietamiento. No debe ser utilizado como equipo móvil. No debe ser instalado directamente en el flujo cuando la velocidad es >1 m/s; en este caso, se debe emplear una cámara de aquietamiento. (continúa)

7


NCh3205 Tabla 1 - Aplicabilidad de equipos e instrumentos para medición de caudal en aguas residuales, según tipo de fluido (continuación)


Recomendación

Sensor de radar de nivel


(ver Ficha A.4 en Anexo A)

Medición de fluidos con gran carga de sedimentos, desprendimiento de vapores, y/o condiciones ambientales extremas.

Sensor ultrasónico por efecto Doppler en presión Sensor ultrasónico por efecto Doppler sumergido Sensor ultrasónico de tiempo de tránsito con tubo Sensor ultrasónico de tiempo de tránsito sobrepuesto (ver Ficha A.5 en Anexo A)

En medición de aguas residuales, se debe utilizar preferentemente el principio por efecto Doppler, ya sea como medidor fijo o como medidor portátil.

Restricción

No debe ser equipo móvil.

utilizado

como

No debe ser utilizado en canales donde la variación del nivel a medir es menor o igual a 10 veces la exactitud media del instrumento. Los sensores ultrasónicos con tubo y sobrepuestos, no deben ser usados en la medición de líquidos con ductos parcialmente llenos (escurrimiento libre del líquido).

Medición y control de caudal en plantas elevadoras de aguas servidas. Medición y control de caudal en plantas elevadoras de aguas industriales (riles). Medición y control de caudal en plantas de tratamiento de aguas servidas (afluentes, recirculación y deposición de lodos). Medición y control de caudal en todos los puntos de descargas industriales, donde se dé cumplimiento a lo indicado anteriormente.

Sensor electromagnético de tubo Sensor electromagnético de inserción (ver Ficha A.6 en Anexo A)

Medición y control de caudal en plantas elevadoras de aguas servidas. Medición y control de caudal en plantas elevadoras de aguas industriales (RILES). Medición y control de caudal en plantas de tratamiento de aguas servidas (afluentes, recirculación y deposición de lodos. Medición y control de caudal en todos los puntos de descargas industriales donde se dé cumplimiento a lo indicado en los tres primeros usos anteriores.

No debe ser utilizado en: a) Medición de líquidos no conductivos o de muy baja conductividad (menor a 0,05 microsiemens por centímetro). b) Medición de líquidos con alta concentración de burbujas (≥ 10%). c) Medición de líquidos con ductos parcialmente llenos donde el escurrimiento de líquido sea libre y no esté a presión. (continúa)

8


NCh3205 Tabla 1 - Aplicabilidad de equipos e instrumentos para medición de caudal en aguas residuales, según tipo de fluido (continuación)


Recomendación

Molinete de hélice

Para uso sólo como equipo móvil


Puede ser usado en aguas de cualquier calidad, que su estructura pueda resistir (pH ácido o alcalino si el fabricante lo indica), pero con un sedimento en suspensión no mayor de 25 g/L

Molinete de rodete

Para uso sólo como equipo móvil.


Puede ser usado en aguas con residuos pequeños, por su característica autolimpiante.

Flujómetro inductivo



Puede ser usado en aguas de cualquier calidad, incluidas aquellas con residuos de cualquier tamaño, por la ausencia de piezas móviles en el equipo.

Restricción

No debe ser utilizado como equipo fijo No debe ser utilizado en aguas con presencia de residuos (fibras cortas o largas) en cualquier proporción

No debe ser utilizado como equipo fijo. Ya que su área de medición es asimétrica, no se debe utilizar en canales cuyo ancho sea menor o igual que 1,5 veces el diámetro del rodete. No debe ser utilizado como equipo fijo. Por ser de flujo magnético abierto (no blindado), se debe considerar precauciones ante interferencias electromagnéticas cercanas (antenas, líneas de alta tensión, etc.). Especial atención se debe considerar en su uso en aguas con un alto contenido de sales magnéticamente permeables (por ejemplo, zonas donde se agregan productos químicos en base a fierro, cromo o cobalto). Es requisito obligatorio validar sus mediciones en puntos de control del aforo, con molinete de hélice o de rodete.

Flujómetro acústico



Puede ser usado en aguas de cualquier calidad, libre de residuos.

Flujómetro área burbujeador

velocidad

Adecuado para flujos con presencia de espumas y/o vapores en suspensión y/o alto contenido de sedimentos.

No debe ser utilizado como equipo fijo. No puede ser utilizado en flujos en que se observe comportamientos turbulentos y/o vórtices o en flujos con contenido de residuos en forma de fibras largas. No debe ser utilizado cuando su área de influencia es ≥ al 20% del área mojada.

(ver Ficha A.9 en Anexo A) (continúa)

9


NCh3205 Tabla 1 - Aplicabilidad de equipos e instrumentos para medición de caudal en aguas residuales, según tipo de fluido (conclusión)


Recomendación

Restricción

Flujómetro área velocidad de presión

Adecuado para flujos con presencia de espumas y/o vapores en suspensión.

No debe ser utilizado cuando su área de influencia es ≥ al 20% del área mojada.

Para ductos con caída libre.

No debe ser utilizado para caudales mayores a 1 L/s y con tiempos de aforo menor que 60 s.

(ver Ficha A.9 en Anexo A) Equipos volumétricos (ver Ficha A.10 en Anexo A)

6 Verificación de funcionamiento de los equipos 6.1 Calibración 6.1.1 Certificado de fábrica y su duración

Todo equipo debe traer una certificación de fábrica, que cuente con al menos tres puntos certificados en el rango de trabajo del equipo (ver Nota), que asegure su correcto funcionamiento; la duración del certificado de calibración otorgado por el fabricante, se especifica en Tabla 2 siguiente: Tabla 2 - Duración del certificado de calibración Ficha técnica (ver Anexo A)

Duración (años)

Sensor ultrasónico de nivel

A.1

3

Sensor de presión sumergido de membrana metálica y StrainGauge, de nivel

A.2

2

Sensor de presión capacitiva, de nivel

A.2

2

Sensor burbujeador de nivel

A.3

2

Sensor de radar de nivel

A.4

5

Sensor ultrasónico por efecto Doppler en presión

A.5

3

Sensor ultrasónico por efecto Doppler sumergido

A.5

2

Sensor ultrasónico de tiempo de tránsito con tubo

A.5

3

Sensor ultrasónico de tiempo de tránsito sobrepuesto

A.5

2

Sensor electromagnético de tubo

A.6

5

Sensor electromagnético de inserción

A.6

2

Molinete (de hélice y de rodete)

A.7

2

Flujómetro (inductivo y acústico)

A.8

2

Flujómetro área velocidad (burbujeador y de presión)

A.9

2

Equipos volumétricos, calibrados gravimétricamente, y cronómetro

A.10

5


10

sumergido

de

membrana

cerámica


NCh3205 Concluido el período indicado en Tabla 2 y sujeto a que se hayan cumplido los requisitos establecidos en 6.2 y 6.3 durante todo el período, se exigirá una nueva calibración en un organismo reconocido por la Autoridad Competente. En los casos que no se cumplan los requisitos de la prueba de contrastación especificados en 6.2, aunque el período de duración esté vigente, se debe proceder a una nueva calibración. Para las nuevas calibraciones aplicará la misma duración establecida en Tabla 2. NOTA - Para el caso de molinetes mecánicos (hélice o rodete) que cuenten con una calibración de grupo por parte del fabricante (según ISO 2537 u otra equivalente), deberán estar informadas, en el manual del fabricante, la o las ecuaciones de ajuste y la incertidumbre para el rango de trabajo.

6.1.2 Certificados de calibración

El certificado, del fabricante o de las nuevas calibraciones, debe considerar como mínimo los parámetros siguientes: a) identificación de quien emite el certificado; b) número del certificado; c) identificación del cliente; d) identificación del equipo/instrumento calibrado; e) condiciones de calibración (lugar, fecha, procedimiento/norma); f)

identificación de patrones y trazabilidad;

g) resultados de la calibración (puntos medidos, error con respecto al patrón, incertidumbre y su nivel de confianza); y h) identificación de quien ejecutó y quien autorizó la calibración. 6.1.3 Uso de los datos de la calibración

Se debe utilizar la ecuación resultante de la calibración o los parámetros de ésta, según corresponda, para efectos de la utilización de los medidores de caudal, ya sea como patrón en la contrastación así como en el uso rutinario.

6.2 Pruebas de contrastación 6.2.1 Periodicidad

Se debe efectuar una verificación por contrastación para cada equipo cada seis meses.

11


NCh3205 6.2.2 Procedimientos para contrastación 6.2.2.1 Procedimiento para canal abierto o ductos parcialmente llenos

El procedimiento para realizar la verificación por contrastación en equipos fijos, se aplica en terreno, para el caudal máximo registrado en el período de máxima descarga de los últimos seis meses, y consiste en: a) Elegir el equipo patrón que corresponda para la contrastación, según se indica en Tabla 3. b) Una vez elegido el patrón, se deben establecer las condiciones de su uso, según lo indicado en la ficha técnica correspondiente (ver Anexo A). c) Instalar el equipo patrón de medición en la misma sección en que está instalado el equipo fijo a contrastar, excepto en los casos siguientes: -

no se tiene acceso a la sección;

- la sección es muy pequeña y la instalación del equipo patrón portátil podría alterar el régimen del flujo; - la aceleración del flujo es muy variable en la sección. En tales casos, se deben efectuar las mediciones aguas arriba, a una distancia mayor o igual que cinco veces el ancho del canal abierto o del ducto parcialmente lleno. d) Determinar el caudal real mediante cinco mediciones de velocidad y nivel, en el mismo punto, en un período dado (como mínimo 30 min), dependiente del equipo contrastado y del lugar de la contrastación. Tabla 3 - Contrastación de los equipos de medición fijos

Sistemas de medición

Patrón portátil (contrastado según Tabla 4)

Estructura hidráulica con cualquier sensor de nivel (ultrasónico, presión, radar y burbujeador)

- Flujómetro magnético

Canal sin estructura hidráulica con cualquier sensor de nivel y sensor de velocidad (área-velocidad)

- Flujómetro magnético

inductivo; o

- Molinete

inductivo; o

- Molinete

Q Máx.

Error máximo de contrastación

X

10%

X

10%

(continúa)

12


NCh3205 Tabla 3 - Contrastación de los equipos de medición fijos (conclusión)

Sistemas de medición

Sensor ultrasónico por efecto Doppler sumergido

Patrón portátil (contrastado según Tabla 4)

Q máx.


X

10%

X

7%

X

10%

X

7%

- Flujómetro ultrasónico por efecto Doppler en presión sobrepuesto; o

- Flujómetro magnético inductivo Sensor ultrasónico de tiempo de tránsito con tubo

- Flujómetro ultrasónico de tiempo de transito; o

- Flujómetro magnético inductivo Sensor ultrasónico de tiempo de tránsito sobrepuesto


- Flujómetro magnético inductivo Sensor electromagnético


- Flujómetro magnético inductivo

6.2.2.2 Procedimiento para ductos en presión

Se procede como se indica en 6.2.2.1, pero en el caso específico de la contrastación en terreno del sensor electromagnético, el equipo patrón se debe instalar en el mismo ducto, cerca del sensor fijo a contrastar y al menos a una extensión de cinco diámetros aguas debajo de cualquier singularidad (codo, curva, válvula y otros). Los canales cerrados en presión, no se deben seleccionar como puntos de medición debido a la irregularidad de la sección. 6.2.2.3 Procedimiento para equipos móviles de caudal

El procedimiento para realizar la verificación por contrastación en equipos móviles de caudal, se aplica en un banco de prueba y consiste en: a) La contrastación se realiza en un banco de prueba, el cual debe consistir en un circuito cerrado con patrón electromagnético, de flujo controlado con una sección abierta o cerrada (ver Figura 1), de dimensiones calibradas y flujo turbulento plenamente desarrollado, donde se instala el equipo a contrastar. El sensor electromagnético debe quedar instalado fijo en el banco de prueba.

13


NCh3205 Se debe establecer las condiciones de uso del sensor electromagnético, como equipo patrón, según lo indicado en la ficha técnica correspondiente (ver Anexo A). NOTA - La Figura 1 indica las dimensiones mínimas definidas; en el caso de diseñar un banco de pruebas de mayores dimensiones, se debe mantener la proporcionalidad de las dimensiones definidas en Figura 1.

b) Instalar en el banco de pruebas, el equipo móvil a contrastar (ver Tabla 4) situándolo en las zonas de instalación indicadas para molinete y para flujómetro, respectivamente, en Figura 1. - Los molinetes se deben ubicar, dentro de la zona de instalación, de manera que mida la velocidad a 0,6 h en el eje del canal. - Los otros equipos móviles se deben ubicar, en la zona de instalación, según lo indicado en el manual del fabricante. c) Determinar la velocidad (Vmín., V y Vmáx.) mediante cinco mediciones, en el mismo punto [ver inciso b)] y en iguales condiciones, en un período dado (como mínimo 1 min para cada condición de flujo), dependiente del equipo contrastado. - En el caso de contrastación en sección abierta, se realiza simultáneamente con la medición antes indicada, la medición del caudal con el equipo patrón y se convierte en el equivalente de velocidad en dicha sección abierta. - En el caso de contrastación en sección cerrada, se realiza simultáneamente con la medición antes indicada, la medición del caudal con el equipo patrón y se determina la velocidad en dicha sección cerrada.

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NCh3205

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NCh3205 Tabla 4 - Contrastación de los equipos de medición móviles Equipo móvil a contrastar (patrones y de uso rutinario)

Vmín.

V (1)

Vmáx.


Molinete

X

X

X

5%

Flujómetro acústico de inmersión

X

X

X

5%

X

X

X

5%

X

X

X

5%

X

X

X

5%

Flujómetro magnético inductivo Flujómetro ultrasónico de tiempo de tránsito sobrepuesto

Equipo patrón fijo

Sensor electromagnético

Flujómetro ultrasónico por efecto Doppler en presión sobrepuesto Equipo móvil a contrastar sólo de uso rutinario

Equipo patrón fijo

Vmín.

V1)

Vmáx.


Equipos velocidad

Sensor electromagnético

X

X

X

7%

1)

de

área-

V = Velocidad entre 1,0 m/s y 3,0 m/s.

6.2.3 Registros

Los registros deben llevar las variables primarias que fueron medidas durante el período de prueba (nivel, velocidad, área mojada, según corresponda) y los cálculos del caudal correspondiente (medidor patrón y sistema o equipo de medición contrastado), fecha y lugar de contrastación. 6.2.4 Cálculo del error de contrastación

Para calcular el error de contrastación, se deben considerar los factores siguientes: a)

Ec

=

Error del instrumento a contrastar (%)

Se obtiene desde el último certificado de calibración, o en su defecto, tratándose de equipo nuevo, del % de exactitud documentado por el fabricante. b)

Ep

=

Error del patrón (%)

Se obtiene desde el último certificado de calibración, o en su defecto, tratándose de equipo nuevo, del % de exactitud documentado por el fabricante.

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NCh3205 c)

Ecm

=

Error del método de medición del equipo a contrastar.

El error se obtiene de la desviación estándar de una serie de mediciones durante el ejercicio de contrastación. Se considera aceptable, para el cálculo de la desviación estándar, cinco (5) mediciones durante una misma condición de flujo. NOTA - Este error considera los factores de variabilidad asociados a la medición tales como variaciones del flujo, turbulencias, desnivelaciones superficiales en el caso de sensores de nivel, error por invasibilidad, etc.

d)

Epm

=

Error del método de medición utilizado para el patrón.

El error se obtiene de la desviación estándar de una serie de mediciones durante el ejercicio de contrastación. Se considera aceptable, para el cálculo de la desviación estándar, cinco (5) mediciones durante una misma condición de flujo. En el caso de contrastación mediante aforo con molinete se selecciona el método más apropiado del Anexo B. En este caso, para Epm se considera la mayor desviación estándar obtenida. NOTA - Este error considera los factores de variabilidad asociados a la medición tales como variaciones del flujo, turbulencias, desnivelaciones superficiales en el caso de sensores de nivel, error por invasibilidad, etc.

e)

Dc

=

Diferencia media entre instrumentos.

La serie de mediciones realizada con el equipo fijo se promedian para obtener un valor medio único. Igualmente se procede con las efectuadas con el patrón. La diferencia entre ambos se expresa en % con respecto a la media del patrón. Para calcular el error de contrastación se debe emplear la fórmula siguiente:

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ Ecm ⎟ ⎜ Epm ⎟ Ec + Ep + 2 ⎜ ⎟+2⎜ ⎟ + Dc ≤ error de contrastación según Cuadro 3 ó 4 n n ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ en que: n

=

número de mediciones durante una misma condición de flujo.

6.2.5 Criterios de aceptación

El medidor de caudal sometido a la prueba, se considerará como en correcto funcionamiento, si se cumple el criterio de contrastación para cada una de las mediciones contrastadas contra el equipo patrón respectivo. Si no se cumple el criterio antes indicado, se debe repetir la prueba y si nuevamente no se cumple el criterio, el equipo debe ser sometido a una nueva calibración aunque aún no se haya cumplido el período de vigencia de la calibración anterior.

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NCh3205 6.3 Verificación en terreno, después de la instalación 6.3.1 Equipos fijos 6.3.1.1 Periodicidad

Los sistemas de medición fijos se deben verificar en terreno luego de su instalación. 6.3.1.2 Procedimientos

Los procedimientos para la verificación en terreno, después de la instalación del equipo fijo, consisten en: a) Verificar dimensiones de la estructura hidráulica con respecto a los planos y con respecto a estructuras estandarizadas (ancho y longitud de la garganta, ancho y longitud inicial de la sección de aproximación, posición del sensor de nivel, ancho y longitud final de la sección de evacuación y pendientes, según corresponda). b) Verificar que aguas arriba del canal de medida, éste se extienda al menos 10 veces el ancho del canal de entrada de la estructura hidráulica. c) Verificar en el caso de estructuras hidráulicas, que el resalto hidráulico no sea sumergido (ahogado); en estructuras hidráulicas será causa de rechazo un resalto hidráulico sumergido y la estructura debe ser regularizada, respecto a las condiciones de instalación originales establecidas por el fabricante, antes de continuar el procedimiento. d) Verificar que el cero del sensor de nivel corresponda con el nivel del fondo de la estructura. e) Verificar que la medición del sensor de nivel en condición de flujo corresponda a la altura real medida con la regleta instalada en la estructura (ver Nota) o con un nivel topográfico. f)

Realizar una contrastación inicial siguiendo el procedimiento descrito en 6.2.

g) Verificar que se cumpla el criterio de aceptación establecido en 6.2.5. NOTA - Para efectos de verificación se puede emplear una regleta externa, siempre y cuando ésta sea de acero inoxidable y graduada en milímetros.

6.3.2 Equipos móviles (patrones portátiles y equipos de uso rutinario) 6.3.2.1 Periodicidad

Los equipos móviles se deben verificar cada vez que se instalen.

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NCh3205 6.3.2.2 Procedimientos

Los procedimientos para la verificación en terreno, después de cada instalación del equipo móvil, consisten en: a) Verificar que el equipo móvil se ha instalado de acuerdo con lo especificado en la ficha técnica respectiva (ver Anexo A). b) Medir el nivel de escurrimiento (altura de flujo) existente, con la regleta instalada en la estructura (ver Nota) o con un nivel topográfico y comparar que la medición realizada, sea equivalente a la entregada por el medidor de caudal móvil. Repetir este mismo procedimiento al finalizar el período de monitoreo. NOTA - Para efectos de verificación se puede emplear una regleta externa, siempre y cuando ésta sea de acero inoxidable y graduada en milímetros.

c) En el caso de emplear un molinete que mide la velocidad del flujo, se debe aplicar estrictamente lo especificado en Anexo B para realizar la medición. d) En el caso de canales sin estructura hidráulica se debe verificar que el nivel, con respecto al fondo del canal, medido en dos puntos ubicados a una distancia de un ancho y en un punto ubicado a 2/3 del ancho, no tenga una diferencia mayor a 2 % o 1 cm, cualquiera que sea el mayor. En caso que no se cumpla esta condición, se debe cambiar la sección hasta cumplir la condición.

7 Mantenimiento preventivo y correctivo 7.1 Generalidades Para cada sistema de medición (equipo e instalaciones), se debe diseñar un programa de mantenimiento preventivo, con frecuencias (calendario o uso), para realizar cambios de subensambles, cambio de partes, reparaciones, revisar parámetros, control de voltajes, revisar conexiones, limpieza en general, etc. El mantenimiento preventivo permite, entre otros: -

detectar fallas;

-

disminuir los tiempos muertos por paradas;

-

aumentar la vida útil de equipos;

-

disminuir costos de reparaciones;

-

reemplazos de piezas;

19


NCh3205 -

adaptaciones;

-

restauraciones;

-

inspecciones y evaluaciones.

Al elaborar el programa se debe tener en cuenta, las actividades indicadas en 7.2, 7.3 ó 7.4 según corresponda.

7.2 Mantenimiento preventivo de sistemas fijos Se debe proceder como mínimo según se indica en Tabla 5. Tabla 5 - Mantenimiento de equipos fijos

Equipo

Actividad

Realizar autochequeo del equipo (si existe).

1

Revisión de legibilidad de las indicaciones, señal analógica y ajuste del cero.

1

Comprobación señal remota y local correcta.

1

Verificar que la indicación de que 4 mA corresponda a cero caudal. Revisión de daños externos, suciedad, corrosión. Sensores electromagnéticos y de ultrasonido (tiempo de tránsito con tubo, tiempo de tránsito de inserción, efecto Doppler sumergido)

3 3

Revisión de estanqueidad.

6

Revisar sistema eléctrico y sus conexiones.

6

Revisar baterías de respaldo en cuanto a carga y nivel de ácido. Revisión de las condiciones ambientales (ventilación, deshumectación).

6 6

Revisar voltajes en UPS.

12

Revisar voltaje de referencia, frecuencia e impulsos.

12

Limpieza general. Revisión de legibilidad de las indicaciones, señal analógica y ajuste del cero.

Según fabricante 0,5 1

Comprobación señal remota y local, correcta.

1

Daños externos, suciedad, corrosión.

3

Revisar sistema eléctrico y sus conexiones.

6

Considerar otras indicaciones del fabricante.

20

1

Limpieza general.

Considerar otras indicaciones del fabricante.

Sensor de nivel (ultrasónico, presión, radar y burbujeador)

Frecuencia mínima (meses)

Según fabricante


NCh3205 7.3 Mantenimiento preventivo de equipos móviles Se debe proceder como mínimo según se indica en Tabla 6. Tabla 6 - Mantención de los componentes de los equipos medidores de caudal portátiles Equipo

Actividad

Frecuencia

Flujómetro portátil

Controlador

Revisión visual, corroborar integridad y limpieza. Chequeo del software de funcionamiento.

Conectores

Revisión visual de conectores, limpieza general. Observar uso apropiado de los tapones de los receptáculos.

Desecante interno controlador

Revisión visual de color del desecante (por ejemplo, la sílica gel cambia de color de azul a rosado lo que indica necesidad de reemplazo).

Porta fusible

Revisar integridad. Reemplazo.

Pantalla

Revisión visual de integridad.

Sonda A/V

Revisión visual, verificación mediciones de altura y velocidad. Verificación de estado de pines; corroboración buen estado de cable de la sonda. Posterior al uso, limpieza de la sonda en general. Revisión visual de color del desecante (por ejemplo, la sílica gel cambia de color de azul a rosado lo que indica necesidad de reemplazo). Calibración sensor de nivel.

Desecante interno controlador

Reemplazo.

Portafusible

Reemplazo.

Desecante sensor A/V

Reemplazo.

Sonda de A/V

Desecante sensor A/V

Cada uso

Anual

Molinete

Hélice (propela)

Limpieza y remoción de suciedad si corresponde. Revisión visual; observar si en las aspas existen daños o roturas.

Cuerpo del molinete:

- Eje

Observar si existe deslizamiento o juego. Lubricar.

- Rodamientos

Revisar estado de rodamientos, lubricar.

Cada uso

Soporte del cable

Remover y/o revisar que no exista óxido, roturas, fracturas o desgaste. Revisar estado de la conexión e integridad del cable.

Cabeza registradora

Revisar baterías, limpieza de conectores, chequear integridad de la señal.

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NCh3205 7.4 Mantenimiento de estructuras El procedimiento mínimo se debe realizar según se indica en Tabla 7. Tabla 7 - Mantenimiento de estructuras

Estructura

Estructura hidráulica (sólo con sensor de nivel y con sensor de nivel y sensor de velocidad)

Cámaras (con flujómetros)

Actividad

Limpieza estructura. Chequeo de daños en la estructura visible. Estado de escalas, escalines, protecciones metálicas, rejillas. Chequeo de daños en la estructura sumergida. Control de acceso (puertas, tapas, candados, etc.). Estado de escalas, escalines, protecciones metálicas. Estado de la instalación hidráulica (pintura, corrosión, filtraciones). Estado y funcionalidad de instalaciones eléctricas de la cámara. Limpieza estructura. Estado de las paredes, cielo y piso (pintura, humedad, hormigón, etc.). Estado del desagüe.

En general

Revisión de las condiciones ambientales (ventilación, deshumectación). Comprobar el estado de los tramos de aguas arriba y aguas abajo del sensor.

Frencuencia mínima (meses)

0,5 3 3 12 3 3 3 3 3 6 6 6 12

7.5 Mantenimiento correctivo 7.5.1 En caso de falla de un componente o elemento de los sistemas fijos (equipos e instalaciones) o de los equipos móviles, se debe proceder a la reparación o reemplazo, según corresponda. NOTA - Es recomendable utilizar componentes o elementos para el reemplazo, de la misma marca original o bien, asegurarse que sea intercambiable y de una calidad mayor o igual al original.

7.5.2 Concluida la reparación o realizado el reemplazo, se debe efectuar una verificación por contrastación, según lo establecido en 6.2.

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NCh3205

Anexo A (Normativo)

Fichas técnicas de equipos e instrumentos utilizados en sistemas de medición de caudal en canales abiertos y ductos parcialmente llenos

Ficha A.1 a) Nombre del instrumentos: Sensor ultrasónico de nivel. b) Variable a medir: Distancia, altura de escurrimiento de agua. c) Descripción de principio de funcionamiento: El equipo está constituido por un transductor piezo-eléctrico, el que emite y recibe breves pulsos de trenes de ultrasonido. El tiempo que tarda en escuchar un pulso emitido, el que rebota sobre la superficie de agua, permite calcular la distancia en función de la velocidad del sonido en el aire. La altura de agua se calcula en base a la distancia de la superficie de agua al sensor y a la diferencia entre éste y el fondo del canal, grabado como cero virtual en el equipo. d) Campo de aplicación: Medición de altura de agua en obras hidráulicas. e) Lugar y forma de instalación: Debe ser instalado de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento. El punto sobre el canal donde se instale, debería corresponder al punto estándar de la ecuación teórica correspondiente a la obra hidráulica. Si por condiciones particulares de la obra y del flujo, se utiliza un punto distinto al estándar, la obra hidráulica junto a su sensor, debe ser calibrada in situ.

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NCh3205

Ficha A.2 a) Nombre del instrumento: Sensor de presión sumergido. Incluye los sensores de presión de membrana metálica y Strain-Gauge y los sensores de membrana cerámica capacitiva. b) Variable a medir: Presión, altura de carga de columna de agua. c) Principio de funcionamiento: c.1)

Sensor de presión de membrana metálica y Strain-Gauge: la membrana calibrada se deforma en función a la presión ejercida por el peso de la columna de agua, lo que es transformado proporcionalmente en una señal eléctrica por una celda de carga integrada a la membrana.

c.2)

Sensor de presión de membrana cerámica capacitiva: una membrana cerámica cambia las características dieléctricas del condensador que compone, bajo la presión de la columna de agua. Este principio permite obtener mediciones con muy baja histéresis.

d) Campo de aplicación: Medición de altura de columna de agua en obras hidráulicas y, como parte de sensores área-velocidad. e) Lugar y forma de instalación: Debe ser instalado de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento, en una cámara de aquietamiento comunicada con la obra hidráulica si la velocidad de flujo es > 1 m/s. El punto lateral del fondo del canal donde se instale, debería corresponder al punto estándar de la ecuación teórica correspondiente a la obra hidráulica. Si por condiciones particulares de la obra y del flujo, se utiliza un punto distinto al estándar, la obra hidráulica junto a su sensor, debe ser calibrada in situ.

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Ficha A.3 a) Nombre del instrumento: Sensor burbujeador de nivel. b) Variable a medir: Presión, altura de carga de columna de agua. c) Principio de funcionamiento: Consiste en un sensor de presión, que puede ser de membrana metálica y Strain-Gauge o de membrana cerámica capacitiva, pero que no está en contacto directo con el fluido. Un pequeño tubo se sumerge por uno de sus extremos al fluido, y se ubica en el punto a medir la altura de carga de la columna de agua, como si se tratase de un sensor de presión. El otro extremo del tubo se acopla al sensor de presión antes descrito y a una fuente de aire, que asegure un flujo constante mayor a 0,2 L/min y menor a 12 L/min. La presión necesaria para mantener el burbujeo del excedente de aire al extremo del tubo sumergido, será equivalente a la altura hidroestática de la columna de fluido que escurre por el canal. d) Campo de aplicación: Medición de altura de columna de agua en obras hidráulicas y, como parte de sensores área-velocidad. e) Lugar y forma de instalación: Debe ser instalado de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento, en una cámara de aquietamiento, comunicada con la obra hidráulica si la velocidad de flujo es > 1 m/s. El punto lateral del fondo del canal donde se instale, debería corresponder al punto estándar de la ecuación teórica correspondiente a la obra hidráulica. Si por condiciones particulares de la obra y del flujo, se utiliza un punto distinto al estándar, la obra hidráulica junto a su sensor, debe ser calibrada in situ.

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NCh3205

Ficha A.4 a) Nombre del instrumento: Sensor de radar de nivel. b) Variable a medir: Nivel (distancia al pelo del agua). c) Principio de funcionamiento: Medición de la distancia entre el transductor y el blanco a medir, en base al tiempo de trayectoria de un ping (breve impulso de un tren de ondas de radio) de microondas (entre 3 GHz y 30 GHz), reflejado sobre la superficie del líquido. Se programa para registrar la diferencia de distancia entre un punto de referencia, como el fondo del canal o río y, la superficie libre de escurrimiento. d) Campo de aplicación: Medición del nivel de líquido en estanques y en canales o ríos, bajo condiciones de escurrimiento. Inmune a cambios extremos de temperatura y humedad. No es influenciable por nieblas o vapores sobre la superficie del líquido. Rango aplicable, entre 0,5 m y hasta 40 m. e) Lugar y forma de instalación: debe ser instalado de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento. El punto sobre el canal donde se instale, debería corresponder al punto estándar de la ecuación teórica correspondiente a la obra hidráulica. Si por condiciones particulares de la obra y del flujo, se utiliza un punto distinto al estándar, la obra hidráulica junto a su sensor, debe ser calibrada in situ.

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Ficha A.5 a) Nombre del instrumento: Sensor ultrasónico en presión. Incluye los medidores de efecto Doppler (en presión y sumergido) y los de tiempo de transito (con tubo y sobrepuesto). b) Variable a medir: Velocidad. c) Principio de funcionamiento: El medidor de caudal ultrasónico es un dispositivo que utiliza el principio de la velocidad del sonido en el medio acuoso para medir la velocidad del agua que fluye por un ducto, cuya sección transversal es conocida, pudiéndose de esta forma, establecer el caudal que pasa por él. Puede ser intrusivo, es decir, sus sondas están en contacto con el líquido a medir o de conexión externa (tipo clamp-on), es decir, sus sondas se instalan directamente sobre el ducto. Para la medición de caudal en ductos cerrados, se utilizan fundamentalmente, dos tipos de medidores ultrasónicos, basados en los principios siguientes: - Tiempo de tránsito (preferentemente para medición de aguas limpias, aunque también es posible medir líquidos con cierto contenido de partículas en suspensión). Determina la velocidad del flujo en base a la diferencia de tiempo de trayectoria de dos haces de ultrasonido en direcciones opuestas y en línea diagonal con respecto al sentido de escurrimiento. - Efecto Doppler (para medición de líquidos que tienen presencia de partículas en suspensión o una alta concentración de burbujas de aire). Determina la velocidad del flujo en base al corrimiento de frecuencia aparente que experimenta un haz de ultrasonido al rebotar contra las partículas en suspensión en movimiento junto al flujo (efecto Doppler). d) Campo de aplicación: El medidor de caudal ultrasónico es aplicable para todo tipo de diámetro nominal, normalmente desde diámetro mayor o igual que 50 mm. La selección del método tiempo de tránsito o del método Doppler, dependerá de la carga de sólidos y burbujas en suspensión con el fluido, entre otros factores. e) Lugar y forma de instalación: En el caso de equipos fijos, éstos deben ser instalados de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento; en el caso de equipos móviles, éstos se deben mantener fijos durante la medición. El equipo, fijo o móvil, se debe ubicar en un tramo del canal (sumergido) o del ducto (en presión y sobrepuesto) que esté libre de turbulencias y vórtices; la distancia de cualquier singularidad respecto al punto de instalación, debe estar a lo menos en una extensión de cinco diámetros de ducto o anchos de canal, aguas arriba y aguas abajo.

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NCh3205

Ficha A.6 a) Nombre del instrumento: Sensor electromagnético Incluye los medidores de tubo y los de inserción. b) Variable a medir: Velocidad. c) Principio de funcionamiento: Su principio de funcionamiento se basa en la Ley de inducción electromagnética de Faraday, esto es, cuando un conductor eléctrico, de longitud L, se mueve a través de un campo magnético, de intensidad B , se genera en él una fuerza electromotriz (voltaje), cuya magnitud U , es directamente proporcional a la velocidad media v , de dicho conductor. De acuerdo con este principio, el conductor eléctrico serán las mismas aguas residuales a medir. d) Campo de aplicación: Medición de fluidos sin importar las condiciones de temperatura, presión y viscosidad. El medidor de caudal electromágnetico es aplicable para todo tipo de diámetro nominal, normalmente desde 2 mm a 3 000 mm, cuya selección dependerá, básicamente, del rango de caudales a medir. El tipo de revestimiento interior (ebonita, teflón, cerámica y otros), que se debe seleccionar para la medición en aguas residuales depende, en esencia, de su composición físico-química. e) Lugar y forma de instalación: En el caso de equipos fijos, éstos deben ser instalados de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento; en el caso de equipos móviles, éstos se deben mantener fijos durante la medición. El equipo, fijo o móvil, se debe ubicar en un tramo del ducto (en presión y sobrepuesto) que esté libre de turbulencias y vórtices; la distancia de cualquier singularidad respecto al punto de instalación, debe estar a lo menos en una extensión de cinco diámetros de ducto, aguas arriba y aguas abajo. Se debe asegurar el lleno completo de la tubería, lo que requiere medios de purga de aire si es necesario. Los medidores de tubo se deben disponer con sus electrodos sensores en sentido horizontal. Los de tipo inserción se deben insertar a la profundidad establecida por el fabricante.

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NCh3205

Ficha A.7 a) Nombre del instrumento: Molinete Incluye los molinetes de hélice y los de rodete. b) Variable a medir: Velocidad. c) Principio de funcionamiento: c.1)

Molinete de hélice: medición de la velocidad de escurrimiento del fluido, en base a la transferencia de energía, por roce (minoritario) y empuje (mayoritario), a una hélice axial. Funcionamiento análogo a una turbina Kaplan. La relación entre la velocidad del fluido y la velocidad de giro de la hélice, es prácticamente lineal.

c.2)

Molinete de rodete: medición de la velocidad de escurrimiento del fluido, en base a la transferencia de energía, por roce (mayoritario) y empuje (minoritario), a un rodete de cazoletas. Funcionamiento similar a una turbina Pelton. La relación entre la velocidad del fluido y la velocidad de giro del rodete, es prácticamente lineal.

d) Campo de aplicación: d.1)

Molinete de hélice: rango típico para aguas residuales entre 0,3 m/s hasta más de 5,0 m/s.

d.2)

Molinete de rodete: rango típico para aguas residuales entre 0,3 m/s hasta más de 5,0 m/s.

e) Lugar y forma de instalación: e.1)

Molinete de hélice: este equipo móvil se debe instalar en el lugar escogido de acuerdo al Anexo B, mediante barra rígida con apoyo en el fondo, de manera que permanezca fijo durante la medición.

e.2)

Molinete de rodete: este equipo móvil se debe instalar en el lugar escogido de acuerdo al Anexo B, mediante barra rígida con apoyo en el fondo, de manera que permanezca fijo durante la medición.

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NCh3205

Ficha A.8 a) Nombre del instrumento: Flujómetro Incluye los flujómetros inductivos y los acústicos. b) Variable a medir: Velocidad. c) Principio de funcionamiento: c.1)

Flujómetro inductivo: basado en la Ley de Faraday. El instrumento crea un campo magnético de frecuencia y magnitud conocido, de trayectoria perpendicular a la dirección del flujo de agua. Perpendicular a las líneas del campo magnético y al flujo de agua, se dispone de dos electrodos que miden la diferencia de potencial inducida a través del agua entre ellos. Esta diferencia de potencial es proporcional a la velocidad de variación del campo magnético, su magnitud y, a la velocidad con que el agua (el conductor) corta este campo.

c.2)

Flujómetro acústico: Para aguas abiertas, se utiliza generalmente el efecto Doppler (el método de tiempo de tránsito es utilizado sólo en mediciones de ductos cerrados).

Un transductor (a veces dos, un emisor y un receptor separado), emite un ping (breve impulso de un tren de ondas de radio) corto de ultrasonido (en la zona de Mhz). Parte de esta energía rebota en las micro-partículas y microburbujas suspendidas en el agua y, alcanza de regreso al transductor. La frecuencia del ultrasonido recibido, estará desplazada en función a la velocidad de aproximación o alejamiento del fluido con respecto al transductor (efecto Doppler). El instrumento mide esta diferencia entre la señal emitida y la recibida, en base al corrimiento de fase, y lo relaciona con la velocidad del flujo. El tiempo de llegada de la secuencia de ecos, permite determinar la distancia de medición desde el transductor. El instrumento puede ser de zona única, es decir, responder a una sola secuencia de ecos, o de tipo perfilador, al discriminar varias zonas a diferente distancia. d) Campo de aplicación: d.1)

Flujómetro inductivo: su alta sensibilidad lo especializa en medición de flujos de muy baja velocidad. Rango típico para aguas residuales entre 0,3 m/s hasta 5,0 m/s.

d.2)

Flujómetro acústico: su alta sensibilidad lo especializa en medición de flujos de muy baja velocidad. Al decidir su uso en aguas poco profundas, se debe considerar el área de medición, que se proyecta fuera de su estructura, según las especificaciones del fabricante. Rango típico para aguas residuales entre 0,3 m/s hasta 3,0 m/s.

(continúa)

30


NCh3205 (conclusión)

Ficha A.8 e) Lugar y forma de instalación: e.1)

Flujómetro inductivo: este equipo móvil se debe instalar en el lugar escogido de acuerdo al Anexo B, mediante barra rígida con apoyo en el fondo, de manera que permanezca fijo durante la medición.

e.2)

Flujómetro acústico: este equipo móvil se debe instalar en el lugar escogido de acuerdo al Anexo B, mediante barra rígida con apoyo en el fondo, de manera que permanezca fijo durante la medición, asegurando que el flujo no presente vórtices significativos.

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NCh3205

Ficha A.9 a) Nombre del instrumento: flujómetro área velocidad Incluye los flujómetros área velocidad burbujeadores y los de presión. b) Variable a medir: velocidad y nivel (altura del líquido). c) Principio de funcionamiento: c.1)

Burbujeador: consiste en un sensor de velocidad sumergido en el fluido y montado en la base del canal o ducto. Una señal de ultrasonido es transmitida por el sensor de velocidad creando una zona de inspección. Esta zona de inspección se extiende desde el sensor hasta cerca de la superficie del líquido. El nivel es medido mediante un sensor de presión burbujeador (ver Ficha A.3).

c.2)

un sensor de velocidad por efecto Doppler De presión: consiste en sumergido en el fluido y montado en la base del canal o ducto. Una señal de ultrasonido es transmitida por el sensor de velocidad creando una zona de inspección . Esta zona de inspección se extiende desde lel sensor hasta cerca de la superficie del líquido. El nivel es medido mediante un sensor de presión de membrana metálica y Strain-Gauge (ver Ficha A.2).

d) Campo de aplicación: d.1)

Burbujeador: se puede usar en medición de flujo en canales naturales, canales artificiales, banquetas, ríos, ductos, sin presión bajo condiciones de escurrimiento no menor a una velocidad de 0,3 m/s y nivel mayor o igual a dos veces la altura del sensor. Puede ser usado en fluidos químicamente agresivos, si lo especifica el fabricante, y en fluidos con sólidos en suspensión en cualquier proporción.

d.2)

De presión: se puede usar en medición de flujo en canales naturales, canales artificiales, banquetas, ríos, ductos, sin presión bajo condiciones de escurrimiento no menor a una velocidad de 0,3 m/s y nivel mayor o igual a dos veces la altura del sensor. No debe ser usado en fluidos químicamente agresivos y/o con sólidos en suspensión.

NOTA - Los sensores sumergidos, burbujeadores o de presión, requieren de un mantenimiento constante para remover los residuos que se acumulan en el sensor, producto del mismo flujo que contiene basuras y sólidos muy grandes que dificultan en gran parte la medición deseada.

e) Lugar y forma de instalación: en el caso de equipos fijos, éstos deben ser instalados de forma fija, libre de vibraciones y posibilidad de desplazamiento; en el caso de equipos móviles, éstos se deben mantener fijos durante la medición. El equipo, fijo o móvil, se debe instalar al fondo del canal o ducto de escurrimiento libre; la distancia de cualquier singularidad y/o cambio de pendiente respecto al punto de instalación, debe estar a lo menos en una extensión de cinco diámetros de ducto o anchos de canal, aguas arriba y aguas abajo. Se debe asegurar la inmersión del sensor a una profundidad mayor o igual a dos veces la altura del sensor. El sensor se debe fijar rígidamente, longitudinal al eje del canal o ducto, mediante un anillo de sujeción o dispositivo equivalente. 32


NCh3205

Ficha A.10 a) Nombre del instrumento: Equipo gravimétricamente) y cronómetro.

volumétrico

(recipiente

aforado,

calibrado

b) Variable a medir: Volumen y tiempo. c) Principio de funcionamiento: Se colecta el flujo en el recipiente aforado y se mide el tiempo transcurrido desde que se introduce a la corriente hasta que se llena el recipiente. Se requiere un cronómetro y un recipiente aforado (el volumen del recipiente depende del tiempo de aforo, el cual debe ser > 60 s). El recipiente debe ser colocado bajo la corriente, de tal manera que reciba todo el flujo; simultáneamente se activa el cronómetro. Este proceso comienza en el preciso instante en que el recipiente se introduce a la corriente y se detiene en el momento en que se retira de ella. d) Campo de aplicación: Este método permite medir pequeños caudales de agua no > de 1 L/s y tiempo de aforo > 60 s. Este método se aplica cuando la corriente presenta una caída de agua en la cual se pueda colectar todo el flujo mediante el recipiente. e) Lugar y forma de instalación: El recipiente aforado se debe ubicar bajo una caída libre del fluido, con la suficiente altura disponible para ubicarlo, siempre en posición vertical, y facilitar el rápido posicionamiento bajo el flujo.

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NCh3205

Anexo B (Normativo)

Aforos

B.1 Aforos en canales abiertos B.1.1 Generalidades Aforo: procedimiento de medir un caudal, circulando por un cauce, mediante la integración de dos conjuntos de medidas, el área mojada y la velocidad de flujo.

Para poder realizar un aforo es necesario conocer el área de la sección transversal del cauce de la corriente de agua y la velocidad con la que esta avanza. La fórmula que representa este concepto es la siguiente: Q total

= ∑ q i = ∑ A i ⋅ Vi

en que: Q total

=

caudal total de la sección aforada;

q i

=

caudal parcial en el área elemental;

Ai

=

área elemental;

Vi

=

velocidad media en el centro del área elemental.

B.1.2 Area de influencia del molinete La selección del tipo de molinete queda sujeta a las condiciones del escurrimiento y a la calidad del fluido, de acuerdo al fabricante y a las normas que se consideren obligatorias. Sin embargo, se debe considerar el área de influencia del instrumento seleccionado, para la adecuada selección del punto de medición en la sección de aforo.

B.1.3 Hélice axial Un molinete de hélice axial, presenta un área de influencia igual a la sección circular del diámetro de ésta. Su punto de medición se puede contemplar como el centro de los álabes, al eje. Al seleccionar las áreas de medición en la sección de aforo, se debe considerar la precaución de no superponer las áreas de influencia contiguas. 34


NCh3205 B.1.4 Rodete de cazoletas Un molinete de rodete de cazoletas, presenta un área de influencia asimétrico, correspondiente a la sombra proyectada radialmente. Inductivo

El flujómetro inductivo mide la velocidad del flujo, entre una pequeña área entre sus electrodos sensores. Se puede considerar esta área de influencia como la línea entre los dos electrodos o el área triangular entre tres electrodos como vértices, según el tipo de sensor. Acústico

Los flujómetros acústicos, Doppler, miden la velocidad de flujo por efecto de ecos producidos por las partículas en suspensión en el fluido. Estos ecos se seleccionan, por control de tiempo, a cierta distancia frente al instrumento y, en algunos casos, a un ángulo con respecto al horizonte. Al seleccionar este tipo de instrumento, se debe tener especial cuidado de consultar con el fabricante el punto de medición y su área de influencia o volumen de muestreo. Es usual, que el punto de medición se encuentre a una distancia cercana a los 10 cm del extremo frontal del instrumento, como también, en algunos modelos tipo side looking, este punto se encuentra a una distancia determinada a un costado del instrumento, lo que se debe tener en cuenta al posicionarlo en el perfil de aforo.

B.2 Aforo en canales artificiales Esta actividad considera determinar el caudal en canales artificiales abiertos, para lo cual, es necesario definir el área de la sección transversal del canal (generalmente de geometría regular) y la velocidad promedio. El caudal resulta de la multiplicación del área y la velocidad. El área de escurrimiento determinada se subdivide en áreas elementales definiendo una malla. En el centro de cada una de ellas se miden sus velocidades, para calcular los caudales parciales, que sumándolos proporcionará el caudal pasante total. a) Medir con huincha metálica o regla metálica graduada al milímetro y calibrada, la geometría de la sección de aforo, es decir, ancho y alto del canal con el mayor detalle posible. b) Fotografiar el entorno del sector de medición como evidencia.

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NCh3205 c) Definir puntos de medición de velocidades en la sección transversal del canal, como se indica a continuación: - Instalar una regla graduada sobre el canal, perpendicular al sentido de escurrimiento de éste. De acuerdo a la longitud total de la sección transversal del canal, definir el número de divisiones a lo largo de ésta. Ver Esquema sección de aforo , según Figura B.1. - Realizar mediciones de distancia a lo largo de la sección transversal del canal, comenzando desde uno de los extremos de la sección hasta llegar al extremo opuesto. Colocar la regla graduada sobre un tablón para evitar errores de medición por flexión de la regla. - Marcar el tablón por cada división obtenida, como referencia para la ubicación de la barra porta instrumento de medición de velocidad. - De acuerdo a la profundidad del canal, definir el número de divisiones verticales de ésta. Con una regla graduada medir las distancias verticales, comenzando desde el fondo del canal. - Montar el instrumento de medición de velocidad en la barra graduada. Ver Esquema sección de aforo , según Figura B.1. - Realizar mediciones horizontales, comenzando desde uno de los extremos del canal hasta llegar al extremo opuesto, para la primera altura medida desde el fondo. Se debe registrar la altura de agua, hora de inicio y lectura del sensor, si la sección de control cuenta con medición permanente. - A continuación subir el medidor de velocidad montado en la barra graduada y proceder como se indicó en el punto anterior. Repetir para las alturas restantes. - Los aforos se deben realizar en la misma sección, para distintos caudales. Se requieren al menos cuatro caudales distintos medidos, para determinar una curva de descarga.

B.2.1 Determinación de caudales Con las mediciones obtenidas en la descripción anterior, se determina el área de escurrimiento, la cual, se subdivide en áreas elementales definiendo una malla, ver Esquema sección de aforo , según Figura B.1. En el centro de cada una de ellas se representan los puntos de mediciones de velocidad. Para el cálculo del caudal total en la sección aforada, se calculan los caudales parciales, es decir, se multiplica cada área elemental por la velocidad medida en su centro. La suma total de los caudales parciales representa el caudal total de la sección aforada. Q total

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= ∑ q i = ∑ A i ⋅ V i


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B.3 Aforo en canales naturales Procedimiento idéntico al aplicado en canales artificiales, salvo por las consideraciones requeridas en la determinación y medición de la sección de aforo, debido a la irregularidad del fondo. Este procedimiento requiere del levantamiento topo-batimétrico detallado del fondo, utilizando metodologías de acuerdo a las dimensiones de ésta. En caso de cauces de pequeños, basta utilizar regla o cuerda graduada en la horizontal, y nivel topográfico para las mediciones verticales, que se realizarán separadas en tramos a una distancia no mayor al 10% del ancho total del cauce. La discretización de las subáreas, se debe realizar de acuerdo al esquema de Figura B.2, teniendo atención al hecho que estas áreas no son regulares en el fondo y bordes.

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B.4 Métodos de medición Dependiendo de las condiciones de escurrimiento, la profundidad y/o ancho de la sección mojada, se debe seleccionar el método de medición que asegure la mayor exactitud, considerándose válidos métodos diferentes si los anteriores no son aplicables. Para definir el número de puntos a medir y el método a aplicar, se debe considerar el número de verticales calculado como: Ancho del canal 0 , 30

= ≤ 10 verticales

Si la resultante es mayor que 10, basta con medir 10 verticales a lo ancho del canal. El número de horizontales se calcula así: Pr ofundidad del canal 0 , 30

= ≤ 5 horizontales

Si la resultante es mayor que 5, basta con medir 5 horizontales respecto a la profundidad del canal, a través de toda esa profundidad.

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NCh3205-2011-046 Medidores de Caudal

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