MÉTODOS DE AFORO DIRECTO

Expresan el caudal como una función de volumen sobre tiempo (Q = V / t). Entre ellos se tienen el aforo gravimétrico, volumétrico, químico y los medidores de hélice, fabricados de acuerdo con el mismo principio. Otro método de aforo directo consiste en medir el descenso en el nivel del agua y el tiempo de vaciado en un depósito con dimensiones conocidas.

AFORO VOLUMÉTRICO

Es aplicable en la medición de pequeños caudales y se realiza midiendo el tiempo de llenado (t) de un recipiente de volumen conocido (V), donde se colecta la descarga, como se muestra en la Figura, determinando el caudal en la ecuación:

(Q = V / t)

FIGURA Aforo volumétrico.

AFORO GRAVIMÉTRICO

Se sigue un procedimiento similar al anterior, pero el volumen colectado de agua en el intervalo de tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso (W) de agua se transforma a volumen, dividiéndolo entre el peso específico γ del fluido a temperatura de prueba.

El recipiente vacío debe ser previamente destarado y, una vez lleno, debe pesarse en la misma balanza. Mediante el método gravimétrico, el caudal aforado se determina con el siguiente razonamiento:

AFORO QUÍMICO O DEL TRAZADOR

Esta técnica se usa en aquellas corrientes que presenten dificultades para la aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como en corrientes muy anchas o en ríos torrenciales.

Los trazadores pueden ser de tres tipos:

1) Químicos: de esta clase son la sal común y el dicromato de sodio

2) Fluorescentes: como la rodamina

3) Materiales radioactivos: los más usados son el yodo 132, bromo 82, sodio.

La sal común puede detectarse con un error de 1% para concentraciones de 10 ppm (partes por millón).

El dicromato de sodio puede detectarse a concentraciones de 0.2 ppm y los trazadores fluorescentes con concentraciones de 1/1011. Los trazadores radioactivos se detectan en concentraciones muy bajas (1/1014). Sin embargo su utilización requiere personal muy especializado.

El método de los trazadores puede implementarse de dos maneras:

a) Inyectar rápidamente un volumen de trazador. Este método es llamado también método de integración. Supóngase que en una sección 1 de un río se adiciona un pequeño volumen de trazador V1 con una concentración alta C1. Si existe en el río una concentración, Co, el perfil de concentraciones en el rió se comporta con el tiempo así:

FIGURA Perfil de concentraciones en el rio.

Por continuidad se tiene:

Dónde:

Q = Caudal de la corriente que se desea conocer

C1= Concentración del trazador

V1= Volumen del trazador

C2= Función que define la concentración del trazador, en el punto de control en función de t.

Co= Concentración encontrada en el rió antes de la dosificación resolviendo la ecuación para Q se tiene:

b) Inyección a caudal constante. En los aforos químicos o radioactivos se añade de forma continua y constante una concentración conocida (C1) de una sustancia química o radioactiva a la corriente cuyo caudal (Q) desea determinarse.

FIGURA Inyección a caudal constante.

Por la estequiometría de las reacciones químicas, cuando un caudal constante (q) de una solución salina es descargado dentro del caudal (Q), conteniendo las mismas constituyentes a la concentración (C2), la mezcla resultante de caudales (Q + q) alcanzará una concentración (C) proporcional a las concentraciones iniciales (C1 y C2) de los caudales antes del mezclado, como lo indica la siguiente expresión:

Dónde:

Q = Caudal de la corriente aforada en l/s o en m³/s.

q = Caudal del trazador o de la solución salina aplicada, en l/s o en m³/s.

C1 = Concentración del trazador o de la sustancia química en la solución.

C2 = Concentración del trazador o de la sustancia química antes de la aplicación.

C = Concentración del trazador o de la sustancia química después de la aplicación.

Para el aforo químico se emplea generalmente la sal de cocina (Na Cl), la cual, por conveniencia, se disuelve a razón de 260 g/l de agua antes de introducirla en la corriente. La solución salina eleva la conductividad eléctrica del agua, la cual puede ser determinada por el puente Wheatstone.

FIGURA Aforo químico de una corriente y toma de muestras.

Para aplicar el método se necesita conocer la conductividad eléctrica en tres muestras de agua, la primera muestra (C1) es tomada de la solución salina, la segunda muestra (C2) se toma aguas arriba, poco antes del punto de aplicación; y la tercera muestra (C) es colectada a una distancia aguas abajo del punto de inyección, donde se asegure el completo mezclado de la sal con el agua de la corriente.

Un caudal constante (q) de solución salina se puede aplicar utilizando una botella Mariotte construida con un garrafón, un tapón bihoradado y dos tubos de vidrio, como se muestra en la Figura.

En una botella Mariotte el volumen de agua desalojado es restituido por la entrada de aire atmosférica, de tal forma que la presión interna se mantiene constante con respecto al nivel indicado por el extremo sumergido del tubo abierto a la atmósfera.

Cuando se utiliza la solución salina para medir la velocidad de la corriente, solo se inyecta una porción de la misma. El tiempo de desplazamiento del prisma de agua que contiene la solución, es detectado en dos puntos de control mediante electrodos en contacto con la corriente, conectados a un amperímetro o registrador. A partir de las señales de este último, se calcula la velocidad del caudal, dividiendo la distancia entre los puntos de control, por el tiempo de desplazamiento.

Es importante anotar que para aplicar este método se supone que el flujo es permanente. Los trazadores deben tener las siguientes propiedades:

·         No deben ser absorbidos por los sedimentos o vegetación, ni deben reaccionar químicamente.

·         No deben ser tóxicos.

·         Se deben detectar fácilmente en pequeñas concentraciones.

·         No deben ser costosos.