Opciones de implementación – Mediciones de flujo en canales abiertos

Mediciones de flujo en canales abiertos – Opciones de implementación

Si la tarea consiste en determinar el caudal en un canal más grande, más ancho y abierto, por ejemplo, en un río, arroyo o canal de riego, el primer paso es encontrar el procedimiento correcto y una técnica de medición adecuada.

Dependiendo de la precisión deseada de la medición de cantidad a realizar, el procedimiento y la elección de la técnica de medición varían.

Hay una opción para las determinaciones temporales:

  • La medición con un instrumento de medición manual, es decir, la medición manual de las profundidades y velocidades de flujo locales. Las profundidades de flujo se miden y se introducen manualmente o con la ayuda de un sensor ultrasónico de agua. Las velocidades de diligencia local se miden mecánicamente con ruedas de paletas, método inductivo-magnético, efecto Doppler ultrasónico o método de correlación cruzada ultrasónica.
  • Medición con un dispositivo de medición portátil instalado temporalmente – registro de la sección transversal del perfil del canal e instalación de la trayectoria de medición.
  • Medición con el método del trazador – determinación de la cantidad mediante dilución de líquidos, método de evaluación química. (sólo se menciona aquí – no se describe)

En nuestra consideración nos dedicamos a las dos primeras posibilidades (mecánicas).

A continuación se describen ambas posibilidades y se señalan sus fuentes de error.

La medición con un dispositivo de medición manual:

La altura del flujo local y la velocidad del flujo se determinan en puntos previamente definidos en la sección transversal del canal, midiendo perpendiculares, utilizando instrumentos de medición manuales. Después de realizar la medición e introducir todas las dimensiones perpendiculares y las alturas de flujo, el dispositivo emite el valor de flujo determinado.
Un instrumento manual para medir las velocidades de inmersión locales puede trabajar mecánicamente con ruedas de paletas, magnéticas-inductivas, con el método de efecto Doppler ultrasónico o el método de correlación cruzada ultrasónica.

  • Rueda de palas: En la versión mecánica con rueda de palas, se deben respetar los rangos de velocidad especificados para el tipo de rueda de palas correspondiente. La velocidad local se determina directamente por la velocidad de la rueda de cangilones.
  • Magnético-inductivo: Con la sonda de medición magnético-inductiva, la velocidad se mide selectivamente, directamente a una distancia de 2-3 cm del sensor, los electrodos del sensor.
  • Método de efecto Doppler ultrasónico: 
Esta medición mide la velocidad del flujo a través de la profundidad de penetración de la trayectoria ultrasónica, generalmente en un ángulo de 45°, evaluando el desplazamiento de frecuencia. Sin embargo, no selectivamente, es decir, no se conoce la posición local de la medición de la velocidad.
  • Método de correlación cruzada por ultrasonidos: En este método se distribuyen hasta 16 „ventanas de medición“ a lo largo del trayecto de medición (longitud dependiente del nivel del agua), que miden las velocidades de flujo locales. Con los 16 valores medidos individuales, esta medición proporciona incluso el perfil de velocidad del caudal local, que se utiliza para calcular la velocidad media del trayecto de medición.

A continuación se consideran las dos variantes más utilizadas de instrumentos de medición manuales con rueda de paletas mecánica y sonda de medición inductiva magnética. Ambos trabajan de forma selectiva. Así se conoce la altitud de la velocidad de diligencia determinada localmente.

El procedimiento:

El primer paso es establecer un punto de referencia en el borde del banco. A partir de este punto se miden las distancias a las perpendiculares de medición distribuidas a través de la sección transversal del canal.
Al distribuir las perpendiculares de medición, se debe tener cuidado de que ninguna perpendicular de medición mida más del 5% del caudal total. Por lo tanto, se deben distribuir al menos 20 derechos de ranura de medición (!) Antes de que se puedan realizar las mediciones individuales, se debe seleccionar el modo de medición de velocidad. Dependiendo del fabricante, existen diferentes modos de medición y evaluación. Se refieren al número de mediciones puntuales de la velocidad por trayecto de medición. Por ejemplo, un modo de medición podría ser una medición de velocidad por trayecto de medición a una altura del 20% del nivel actual del agua. O tres mediciones de velocidad por trayecto de medición en altitudes del 20%, 50% y 70% del nivel actual del agua. Esto significa que el sensor de velocidad de flujo debe colocarse en la posición de altura correcta en cada perpendicular de medición.

Ahora el nivel del agua debe determinarse en cada ranura de medición a la derecha e introducirse junto con la posición de la ranura de medición a la derecha. A continuación, en función de los modos de medición, la(s) altitud(es) del sensor de velocidad de flujo debe(n) ajustarse en función del nivel actual del agua en los derechos de medición y debe(n) realizarse la(s) medición(es) de la velocidad. A continuación, continúe hasta la siguiente ranura de medición a la derecha. Dependiendo de la precisión de la manipulación, pueden ser necesarias de 1 a 2 horas hasta que se hayan medido todos los derechos de ranura de medición. Al final, el medidor portátil emite el valor de flujo determinado.

La siguiente figura ilustra este procedimiento:

Posibles fuentes de error durante la ejecución:

  • Menos de 20 perpendiculares de medición, lo que resulta en una inexactitud considerable, por un lado en el registro de la geometría del perfil del canal y por otro lado en la ponderación de los perpendiculares de medición individuales (Qt <= 5% Qmax).
  • Con 20 perpendiculares de medición, se pueden producir errores de lectura y de entrada fácilmente inadvertidos en la medición manual del nivel de agua.
  • Errores / inexactitudes en la medición de distancias de los derechos de medición individuales.
  • Error en el posicionamiento en altura del sensor de velocidad en función del nivel de agua.
  • Perturbación del flujo puntual, ya que una persona se encuentra directamente en el agua durante el posicionamiento del sensor.

Conclusión:

Teniendo en cuenta todos los pasos individuales necesarios y el elevado número de posibles errores, esta medición puede reducirse rápidamente en un 10-20%.

Es importante contar con personal bien capacitado para reducir al mínimo el número de errores.

Ejemplos de mediciones:

  • Ott NF pro

 


Medición con un dispositivo de medición portátil instalado

Con esta tecnología de instrumentos de medición, la atención se centra en la instalación y fijación temporal de los sensores en el canal. Los sensores pueden montarse en el suelo del canal o en flotadores bajo la superficie del agua. La instalación del sensor usando flotadores es relativamente fácil en canales grandes.

La elección de la tecnología de sensores debe basarse en el método de correlación cruzada por ultrasonidos. Esta tecnología ha estado en el mercado durante más de 10 años y es de última generación en la actualidad. El método mide la velocidad de flujo local hasta en 16 posiciones individuales y, además de la velocidad media real del trayecto, también proporciona información sobre el perfil de flujo en el trayecto de medición, todo esto cada segundo.

El procedimiento:

Instalación de sensores:

Con esta experiencia, ya no es necesario caminar con el sensor „a través“ de la sección transversal del canal que ha fluido a través de él. Aquí el sensor de velocidad de flujo se monta en el centro del perfil del canal, o los sensores, hasta tres en la versión portátil posible, se distribuyen y montan sobre el ancho del canal de acuerdo a una distribución gaussiana.

Si el agua se puede empujar temporalmente hacia afuera en el punto de medición, los sensores miden de abajo hacia arriba o por medio de un flotador en la superficie del agua, en este caso los sensores miden de arriba hacia abajo. La variante de montaje flotante es la instalación más sencilla en ríos, arroyos o canales de riego. En este caso, por ejemplo, una tabla de surf es suficiente, a cuya parte inferior está conectado el sensor. A continuación, el flotador se fija con dos cables en el centro de la anchura del canal y el cable del sensor se conduce por una cuerda hasta la orilla, hasta el transmisor.

Detección de perfil de canal:

El siguiente paso es determinar el perfil exacto de la sección transversal en la posición de la trayectoria de medición del sensor. Esto es similar a la medición manual descrita anteriormente. Aquí también se debe registrar la distancia a la perpendicular de medición y el valor de altura correspondiente, empezando por un punto de referencia en la orilla. Esto se puede hacer a través de 32 puntos. Si el nivel del agua es demasiado bajo, el sensor montado en el flotador también se puede utilizar para medir la altura en las perpendiculares de medición. Aquí el flotador se posiciona con ayuda de un cable doble en las posiciones respectivas a lo largo de la anchura del canal. El valor medido visualizado es la altura actual del flujo a la que se debe añadir la altura desde el punto de referencia hasta la superficie del agua.

El siguiente gráfico ilustra los derechos perpendiculares de medición a la grabación del perfil de canal.

Una vez registrado el perfil, los valores, la distancia y la profundidad se introducen en una tabla de puntos de calibración en el dispositivo.

Registro del valor medido:

Una vez realizada la parametrización final, se puede iniciar la serie de mediciones. El medidor registra los valores medidos del nivel de flujo actual, la velocidad de flujo, el caudal y la temperatura del agua en el intervalo especificado.

La siguiente figura muestra la instalación del sensor en la variante „Flotador“ en un perfil de agua natural:

Ahora depende de su objetivo de medición, o de su demanda de precisión, de cuánto tiempo permite la medición actual. Si desea iniciar la medición después de 10 min. desde, por ejemplo, 15seg. Valores de medición y de memoria (40 valores), después de una hora con p. ej. 30seg. Valores medidos y memorizados (120 valores), después de 24 horas con p.ej. 1min. Valores de medición y de memoria (1.440 valores) o finalizar después de una semana.

>>> Por favor, eche un vistazo al artículo del blog „Registro de valores medidos actuales vs. series de tiempo de medición„.

Posibles fuentes de error durante la ejecución:

  • Muy pocos derechos perpendiculares de medición = perfil de sección transversal inexacto = error debido al cálculo de área

Conclusión:

La implementación de una medición de flujo en esta variante es muy fácil de usar, simple y libre de errores.
Aquí se pueden alcanzar altas precisiones con una tasa de error del 3%.

Ejemplos de tecnología de medición:

  • NIVUS NivuFlow Móvil 750

Observaciones finales:

Las dos variantes para realizar una medición de caudal mostradas y descritas proporcionan un valor de medición de caudal al final. El esfuerzo in situ es casi el mismo a primera vista. Sin embargo, sólo se obtiene un valor de caudal único para la medición manual. Para poder verificar este valor de forma significativa, esta medición debe realizarse al menos de tres a cinco veces. Con este esfuerzo, la medición de caudal instalada temporalmente se realiza ahora mucho más rápido y le proporciona inmediatamente una serie temporal de mediciones. La segunda ventaja de la tecnología de medición instalada temporalmente es que el transmisor no sólo mide la velocidad en un lugar mediante el método de correlación cruzada, sino que también la distribuye en hasta 16 puntos de medición a través de la ruta de medición ultrasónica.

Si suponemos que se tarda una hora en realizar la medición manual in situ, necesitará 3 horas para la verificación si la realiza tres veces. A continuación, ha recibido tres valores medidos diferentes con una desviación determinada. Durante este tiempo, la medición de caudal instalada temporalmente a 15 seg. El ciclo de medición y almacenamiento registra ahora 480 valores medidos en dos horas. De estas series de medición se pueden ver todas las fluctuaciones de nivel, velocidad y caudal.

También en este caso se plantea la cuestión de la exactitud necesaria para determinar el valor medido del caudal.


Espero poder ofrecerles en este bloque una pequeña visión general de las posibilidades de ejecución de una medición de flujo.
Si tiene alguna pregunta o sugerencia, por favor siéntase libre de ponerla en el comentario del blog.


 

Autor: Martin Vogt

... más de 20 años de experiencia en el campo de la medición de caudales de agua.

Escribe un comentario