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¿Cómo se realiza la medición de caudal?

February 21, 2023
Medicion Caudales Portada SGS Peru

La medición del caudal de las aguas superficiales es un componente importante de la mayoría de los proyectos de control de la calidad y monitoreo del agua. Por ejemplo, las inundaciones, la geomorfología de los arroyos y el sustento de la vida acuática impulsan la generación, el transporte y la entrega de contaminantes de fuentes no puntuales. 

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 objetivos, la determinación de los volúmenes de descargas de aguas residuales a cuerpos receptores y la conformación de muestras compuestas destinadas a analizar la calidad de dichas descargas.  

Asimismo, se suman, las mediciones con fines hidráulicos que se efectúan en los procesos unitarios de las plantas de tratamiento de aguas residuales. 

Por tanto, el cálculo de las cargas contaminantes requiere el conocimiento del caudal del agua. A continuación, veremos todo lo que debes saber sobre la medición de caudal, desde algunos conceptos básicos, hasta los distintos métodos que puedes emplear. 

Fundamentos de las mediciones 

1. Medición de la descarga 

La descarga se calcula normalmente como el producto de la velocidad y el área de la sección transversal. La velocidad del agua superficial es la dirección y rapidez con la que se mueve el agua, medida en pies por segundo (ft/s) o metros por segundo (m/s). 

La determinación de la descarga (simbolizada como Q) requiere dos mediciones: la velocidad del agua en movimiento (V, por ejemplo, en m/s), y el área de la sección transversal del agua en el canal (A, por ejemplo, en m2). Y el producto de estas dos mediciones resulta la descarga en volumen por unidad de tiempo: 

Q = V * A  

Es importante reconocer que la velocidad del agua en movimiento varía tanto a través del canal de un arroyo como desde la superficie hasta el fondo del mismo, debido a la fricción y a las irregularidades de la sección transversal y la alineación.

2. Medición de las secciones 

La fase de un arroyo es un parámetro crucial en la medición del caudal. De hecho, puede ser de interés en casos, como la gestión de inundaciones o el diseño de estructuras, pero también puede ser un sustituto del área de la sección transversal del arroyo, solo si el canal del mismo está siendo estudiado y se utiliza en la etapa-descarga para calcular el caudal

3. Mediciones previas de la profundidad del cuerpo de agua 

Las simples mediciones manuales de la etapa pueden dar una indicación cualitativa aproximada de la magnitud de la descarga. Sin embargo, la mayor utilidad de las mediciones de nivel radica en la construcción de una relación nivel-descarga, también conocida como índice de caudal.  

En ese sentido, una relación etapa-descarga es una ecuación determinada para un sitio específico que relaciona la descarga con la etapa, basada en una regresión lineal de una serie de mediciones concurrentes de la etapa y la descarga.  

Métodos de medición del caudal 

Metodos Medicion Caudales Portada SGS Peru

Anteriormente, mencionamos algunos fundamentos técnicos que subyacen a una buena medición de las variables del caudal. Ahora, en los párrafos siguientes te explicaremos cómo llevar a cabo dichas mediciones.

En sí, dependiendo del tipo de datos de caudal que se necesiten y de la finalidad, existen varios métodos para la obtención de datos de caudal. A continuación, te presentamos algunos de los más empleados:

1. Método volumétrico

Este método consiste en recolectar un volumen medido en un envase previamente calibrado, durante un tiempo definido. También, es aplicable en ductos con caída libre, y en caudales menores a 1,0 L/s y con tiempos de aforo no inferiores a 60 s, utilizando un recipiente que permita capturar toda el agua que se descarga.

Por lo general, este método se emplea en vertimiento o descarga de agua de planta, pero también puede hacerlo en riachuelos. Además, aquí el caudal es el resultado de dividir el volumen de agua (que se recoge en el recipiente) entre el tiempo que transcurre en recolectar dicho volumen.

Caudal (l/s) Q = Volumen de balde (litros) / Tiempo de demora en llenarse

Al mismo, tiempo, otra persona debe tener un cronómetro, que lo activará cuando se ingrese el recipiente al vertido y lo detendrá cuando se llegue al volumen aforado. Y, así repetirlo por 3 veces, anotando el volumen de agua y los tiempos

2. Método correntómetro

Este método de prueba cubre la medición de la tasa de volumen del flujo de agua en canales abiertos mediante la determinación de la velocidad del flujo y el área de la sección transversal y el cálculo de la descarga de los mismos.

Asimismo, tiene como objetivo establecer los lineamientos para la medición del caudal en las corrientes de agua natural o residual. Y es aplicable a la medición de caudal en cauces de agua (ríos, quebradas, riachuelos, arroyos y canales) y tuberías de descarga o de vertimiento de aguas.

Por otro lado, el principio de este método de prueba consiste en medir de manera efectiva y precisa la velocidad del flujo y la sección transversal del área de un canal o arroyo abierto. En ese sentido, la medida del caudal total o caudal es la suma de los productos de las áreas parciales de la sección transversal del mismo y sus respectivas velocidades medias.

La ecuación que representa el cálculo es:

Q = ∑ (av)

donde:

Q = Descarga total

a = Área de sección transversal, parcial individual

v = Velocidad media correspondiente del flujo normal (perpendicular) al área parcial.

Para este método, se necesitan muchos y variados equipos e instrumentos para realizar una medición de caudal convencional, entre ellos incluyen medidores de corriente, equipos de medición de ancho, equipos de sondeo de profundidad, cronómetros, dispositivos de medición de ángulos y equipos de conteo.

3. Método flotador

Este método solo se utilizará cuando sea imposible el empleo de un correntómetro por dificultades de acceso, velocidades y profundidades excesivas, presencia de material en suspensión, cuando las velocidades sean demasiado bajas para la medición del correntómetro o en casos de reconocimiento.

Por ello, en este caso, el flotador debe soltarse lo suficientemente por encima de la sección transversal superior para alcanzar una velocidad constante antes de llegar a la primera sección transversal. Luego, se anotará el momento en que el flotador pasa por cada una de las tres secciones transversales (principio, mitad y final).

En ese sentido, la velocidad del flotador se determinará dividiendo la distancia entre las secciones transversales por el tiempo que tarda el flotador en recorrer esta distancia. Se tomarán varias medidas de las velocidades de los flotadores y la media de estas medidas se multiplicará por el coeficiente apropiado para obtener la velocidad media en el segmento.

Hasta aquí, hemos visto cómo se realiza la medición de caudales con diferentes métodos. No olvides que necesitas la ayuda de expertos para gestionar esta medición, por eso debes contactar a SGS, reconocidos expertos en el muestreo y monitoreo de agua.

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