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ESTUDIO COMPARATIVO DE DOS SISTEMAS DE MEDICIÓN DE AFORO (TIEMPO DE TRAVESÍA, EFECTO DOPPLER)

PROYECTO TERMINAL

PRESENTADO COMO REQUISITO

PARA OBTENER EL TÍTULO DE LICENCIADO EN INGENIERÍA HIDROLÓGICA

ALEJANDRO RODRÍGUEZ PÉREZ

Asesor Externo: DR. RUBEN A. MORALES PÉREZ

Asesor Interno: DR. HÉCTOR SANTIAGO VÉLEZ MUÑOZ

2015

Contenido INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 1

OBJETIVOS....................................................................................................................................... 2

Objetivo general ............................................................................................................................. 2

Objetivos específicos: ..................................................................................................................... 2

1. ANTECEDENTES ....................................................................................................................... 3

1.1. Importancia de medir el gasto ........................................................................................... 3

1.2. ¿Qué es el efecto Doppler? ................................................................................................ 3

1.3. ¿Qué es el tiempo de travesía? .......................................................................................... 4

1.4. Métodos de aforo e instrumentación ................................................................................ 4

1.4.1. Sección control................................................................................................................ 4

1.4.2. Relación sección-pendiente ........................................................................................... 5

1.4.3. Relación sección velocidad ............................................................................................. 5

1.5. Instrumentos sección-velocidad ........................................................................................ 6

1.5.1. Flotadores ....................................................................................................................... 6

1.5.2. Molinete .......................................................................................................................... 7

1.5.3. Pendiente hidráulica ....................................................................................................... 7

2. METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 8

2.1. Descripción del canal .......................................................................................................... 8

2.2. Descripción del equipo RQ-30 de Sommer ........................................................................ 9

2.2.1. General ............................................................................................................................ 9

2.2.2. Características del instrumento RQ-30 .......................................................................... 9

2.2.3. Instalación ..................................................................................................................... 10

2.2.3.1. Selección del sitio de medición ................................................................................ 10

2.2.3.2. Punto de medición del sensor .................................................................................. 10

2.2.3.3. Conexión del RQ-30 .................................................................................................. 11

2.2.4. Preparación ................................................................................................................... 12

2.2.5. Obtención de datos ...................................................................................................... 14

2.2.6. Cálculo del gasto ........................................................................................................... 14

2.3. Descripción del equipo Risonic de Rittmeyer .................................................................. 15

2.3.1. General .......................................................................................................................... 15

I

2.3.2. Características del instrumento Risonic ....................................................................... 18

2.3.3. Instalación ..................................................................................................................... 18

2.3.4. Interfaz web .................................................................................................................. 19

2.3.5. Cálculo del gasto ........................................................................................................... 20

2.4. Descripción del experimento ........................................................................................... 21

3. RESULTADOS ......................................................................................................................... 22

3.1. Flow Tracker vs Risonic vs RQ30 ...................................................................................... 22

3.1.1. Flow Tracker .................................................................................................................. 22

3.1.2. Risonic ........................................................................................................................... 26

3.1.3. RQ 30 ............................................................................................................................. 30

3.2. Risonic vs RQ-30................................................................................................................ 31

3.2.1. Risonic ........................................................................................................................... 31

3.2.2. RQ-30 ............................................................................................................................. 34

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................................................... 37

4.1. Comparación de características generales RQ-30 vs Risonic vs Flow Tracker ................ 37

4.2. Flow Tracker vs Risonic vs RQ30 ...................................................................................... 38

4.3. Risonic vs RQ30 ................................................................................................................. 41

5. CONCLUSIONES Y DISCUSIONES ........................................................................................... 45

5.1. Recomendaciones ............................................................................................................. 46

6. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 46

II

“¡Que extraña cosa el conocimiento! Una vez que ha penetrado en la mente, se aferra a ella como la hiedra a la roca”

Víctor Frankenstein.

III

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Autónoma Metropolitana, nuestra casa abierta al tiempo, por darme la oportunidad de obtener una carrera. A la Coordinación de Ingeniería Hidrológica por el apoyo constante y de la misma forma agradecer a todos los profesores de la carrera por compartir sus conocimientos y experiencias. Al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua por las facilidades del uso de instrumentación e instalaciones. A mi asesor, el Dr. Héctor S. Vélez Muñoz por su gran apoyo e interés hacia la superación académica y por motivar mis estudios. A mi asesor, el Dr. Rubén Morales Pérez por su apoyo y dedicación a este proyecto. A la Dra. Claudia Rojas Serna por su respaldo en mi servicio social. Al M. Carlos Vargas Cabrera por darme la oportunidad de laborar en campo.

Gracias

IV

Dedico a mi papá y a mi mamá, todo mi esfuerzo además de

todo mi entusiasmo a este proyecto, les agradezco por todo su apoyo incondicional,

por su gran esfuerzo, dedicación y exigencia, sin olvidar a mis amigos por tanto apoyo mutuo,

y todas esas personas que creyeron siempre en mi.

V

INTRODUCCIÓN Hidrología es la ciencia que se enfoca al estudio del ciclo hidrológico global y a los procesos físicos, químicos, geológicos y meteorológicos involucrados en la parte continental de dicho ciclo. Es decir, es la geociencia que describe y predice las variaciones espaciales y temporales del agua en las fases terrestre, oceánica y atmosférica del sistema hídrico global y el movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre. El ingeniero hidrólogo que se ocupa de proyectar y operar el funcionamiento de obras hidráulicas y/o distritos de riego, requiere contar con información apropiada que permita realizar estudios integrales, los cuales constituyan una base técnica confiable para la toma de decisiones. ¿Por qué cuantificar el recurso hídrico? es importante conocer su disponibilidad y uso, en particular en zonas donde se presenta escasez, o bien en sistemas de alto consumo, como lo son los distritos de riego, donde el consumo, en el país, alcanza tasas cercanas al 63%1 del agua disponible. En casos así, es importante cuantificar la disponibilidad y el uso del recurso para realizar una mejor administración del mismo. Para cuantificar los flujos de agua, es necesario realizar aforos en el cauce o sistema de conducción de interés. En México, los instrumentos que comúnmente se han empleado para este fin, son principalmente flotadores, medidores Parshall, molinetes y vertedores. No obstante, en el marco de un programa de modernización de las estaciones de aforo del país, la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), con el apoyo técnico del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), están empleando equipos de medición de nueva generación, basados en el efecto Doppler, además de sistemas de telemetría modernos, con los cuales es posible obtener información continua y precisa en tiempo real. Los equipos de nueva generación que están siendo empleados son el “Risonic de Rittmeyer” y el “RQ-30 de Sommer”. Ambos ocupan el método sección-velocidad para aforar, para calcular la velocidad el Risonic utiliza el tiempo de travesía o “transit time” y el RQ-30, el efecto Doppler. Dado que el uso de estos equipos es relativamente reciente en el país es que resulta de interés evauar estas nuevas tecnologías de medición, a través de comparar la información que generan

1 Programa Nacional Hídrico 2014-2018

1

OBJETIVOS

Objetivo general Comparar el desempeño de los equipos de aforo Risonic, de Rittmeyer, y RQ 30, de Sommer, a través de mediciones de gasto, velocidad de flujo y nivel del agua en condiciones de laboratorio.

Objetivos específicos: Identificar las ventajas y desventajas del uso de estos equipos en función de las características físicas, y de flujo, que puedan tener las secciones transversales de las estaciones de aforo, o de los sistemas de conducción, en donde puedan ser utilizados.

2

1. ANTECEDENTES

1.1. Importancia de medir el gasto Desde hace mucho tiempo el ser humano tiene la necesidad de medir el comportamiento físico del agua en movimiento, para ello, creó diversos instrumentos que registran velocidad, presión, temperatura y volumen del agua. Desafortunadamente, medir directamente el gasto, a través del volumen que descarga en un intervalo de tiempo es una tarea difícil. Sobre todo si se trata de un canal de riego o un suministro de agua potable, donde los volúmenes de abastecimiento son considerables. Por diversas razones, entonces, usualmente se estima el gasto en forma indirecta. Uno de los tres métodos más comunes en México2 es la relación sección-velocidad, que es relevante en las obras hidráulicas ya que de esto depende el adecuado funcionamiento del sistema hidráulico, lo que garantiza la seguridad de la obra. También es importante desde otros puntos de vista: Para determinar la disponibilidad del agua, Para administrar de acuerdo con los usos consuntivos y no consuntivos, y Para el uso y manejo adecuado del agua.

1.2. ¿Qué es el efecto Doppler? Es el cambio aparente de frecuencia de una onda, producido por el movimiento de la fuente respecto a su receptor. Doppler (figura 1.1).

Figura 1.1 Efecto Doppler […]

Matemáticamente, cuando la velocidad del emisor o del receptor, con respecto al medio, son más bajas que la velocidad de las ondas en el mismo, la relación entre la frecuencia observada 𝑓 y la frecuencia emitida 𝑓𝑜 se expresa por:

2 APARICIO F. (2012). Fundamentos de hidrología superficial, Limusa, México.

3

http://es.wikipedia.org/wiki/Obra_hidr%C3%A1ulica

𝑓 = �𝑣𝑠 ± 𝑣𝑟𝑣𝑠 ∓ 𝑣𝑒

� 𝑓0 (1.1)

donde 𝑣𝑠 es la velocidad del sonido. 𝑣𝑟 es la velocidad del receptor en la relación con el medio; positivo si el receptor se mueve hacia el emisor y negativa si se aleja. 𝑣𝑒 es la velocidad del emisor con respecto al medio; positivo si el emisor se aleja del receptor y negativa si se aproxima.

1.3. ¿Qué es el tiempo de travesía? Es el tiempo que tarda un objeto o frecuencia de onda al llegar a una distancia conocida, una frecuencia emitida por un sensor ultrasónico y recibida por otro sensor en una distancia conocida, tiene un tiempo de travesía. Para este proyecto, los sensores son emisores y receptores a la vez, ambos envían una onda ultrasónica de la misma frecuencia. La siguiente ecuación muestra como se calculan los tiempos que recorrerán las frecuencias de los sensores.

𝑡1 = 𝑃

𝐶𝑜 − 𝑣 cos (𝜑)

𝑡2 = 𝑃

𝐶𝑜 + 𝑣 cos (𝜑)

(1.2)

donde 𝑃 es la distancia estimada 𝑣𝑜 es la velocidad de la onda del medio 𝑡 es el tiempo de travesía

1.4. Métodos de aforo e instrumentación

1.4.1. Sección control

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Una sección de control en una corriente se define como aquella en la que existe una relación única entre el tirante y el gasto. De los muchos tipos de secciones de control que se pueden usar para aforar una corriente, lo más comunes son los que producen un tirante crítico y los vertedores. Algunos ejemplos de este tipo de sección control son el vertedor triangular, vertedor rectangular, entre otros.

1.4.2. Relación sección-pendiente Este método se utiliza para estimar el gasto máximo que se presenta durante una avenida reciente en un rio donde se carece de otro tipo de aforos. Para aplicarlo se requiere contar con la topografía de un tramo del cauce y las marcas del nivel máximo del agua. Según la fórmula de Manning:

𝑣 =1𝑛𝑅2/3𝑆𝑓

1/2 (1.3)

donde R=radio hidráulico, 𝑆𝑓 =pendiente de la línea de energía específica y n=coeficiente de rugosidad. Además de la ecuación de continuidad se tiene que:

𝑄 = 𝑣𝐴 (1.4)

Al utilizar las ecuaciones 1.3 y 1.4 se tiene que:

𝑄 =𝐴𝑛𝑅2/3𝑆𝑓

1/2 (1.5)

1.4.3. Relación sección velocidad Este es el método de mayor uso en México para aforar ríos. Consiste básicamente en medir la velocidad en varios puntos de la sección transversal y después calcular el gasto por medio de la ecuación 1.4. Para determinar el gasto es insuficiente medir la velocidad solo en un punto, por lo que es necesario dividir la sección transversal del cauce en varias subsecciones llamadas dovelas. El gasto que pasa por cada dovela es:

𝑞𝑖 = 𝑎𝑖𝑣𝑚𝑖 (1.6)

donde 𝑎𝑖 es el área de la dovela 𝑖 y 𝑣𝑚𝑖 es la velocidad media en la misma dovela.

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Figura 1.2 Sección transversal. Elaboración propia.

Entonces el gasto total será

𝑄 = �𝑞𝑖

𝑛

𝑖=1

(1.7)

Donde n es el número de dovelas.

1.5. Instrumentos sección-velocidad En esta sección únicamente se mencionarán algunas tecnologías de uso en el método relación sección-velocidad. El instrumento de mayor uso en México es el molinete, el cual ha sido el principal recopilador de datos por muchos años. Algunas técnicas para determinar la velocidad de una corriente consisten en usar tubos de Venturi, tubos de Pitot, balanza hidrométrica, entre otros. Sin embargo, estos métodos poco se emplean para el aforo de corrientes con superficie libre.

1.5.1. Flotadores Son cuerpos más ligeros que el agua, adquieren una velocidad que resulta –de acuerdo con la clase de flotadores (superficiales o sumergibles)- más o menos igual a la de la corriente que los conduce. La velocidad se mide al tomar el tiempo que emplean en recorrer un tramo de longitud conocida, dicha velocidad es cociente de dividir la longitud del tramo entre el tiempo empleado en recorrerla. Los flotadores superficiales son aquellos que se mantienen flotando en la superficie del agua, con ellos se obtiene la velocidad superficial. Algunos materiales que se pueden usar como flotadores son: recortes de madera, ciertos frutos y aserrín, en los que se procura que la parte no sumergida presente la menor superficie a la acción del viento. Los flotadores sumergidos o bastones tienen forma de barra y al ser puestos en la corriente, toman una posición vertical, se extienden desde la superficie hasta cerca del fondo y proporcionan un promedio de las velocidades de corriente en el tramo que recorren, pero sólo se pueden usar en cauces de sección uniforme.

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1.5.2. Molinete El más común de estos instrumentos es el de tipo Price, el cual está provisto de una hélice o rueda de aspas o copas, que giran impulsadas por la velocidad de la corriente. A partir de un transductor eléctrico se indica el número de revoluciones con que gira la hélice. Esta velocidad angular se traduce a velocidad del agua (m/s), mediante una fórmula de calibración la que previamente se determina para cada instrumento en particular. Asimismo, para que el molinete pueda colocarse a la profundidad deseada se utilizan un lastre o peso hecho de plomo con forma hidrodinámica (escandallo) y una varilla modular que sirve para sujetarlo. En la figura 1.2 se muestra un molinete tipo Price, cuyo propósito es medir la velocidad del flujo en una sección transversal de la corriente. Esto instrumento se debe calibrar con una curva, tabla o ecuación en la que se relacione el número de chasquidos que se emiten por unidad de tiempo, con la velocidad del flujo.

Figura 1.3 Molinete tipo Price sumergido en canal rectangular

1.5.3. Pendiente hidráulica La velocidad media de la corriente se obtiene con la pendiente superficial (s) que tiene la corriente en un momento dado; el radio hidráulico (r), o relación que hay entre el área (A) de la sección transversal media y el perímetro mojado (p) de la misma sección; y un coeficiente experimental (C), que depende de la naturaleza del cauce y de los factores mencionados (s) y (r). Dicha velocidad se obtiene mediante la ecuación:

𝑣 = 𝐶√𝑟𝑠 (1.8)

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2. METODOLOGÍA

Para comparar estos dos equipos el IMTA dispone de un laboratorio hidráulico llamado “Enzo Levi”, el cual tiene un canal de pendiente variable, este se utilizó para comparar los dos instrumentos de aforo. Se obtuvo información específica para determinar sus relaciones, estimar sus diferencias y semejanzas, y lograr su instalación de acuerdo con las necesidades de la estación hidrométrica.

2.1. Descripción del canal Ubicado en las instalaciones del laboratorio de hidráulica “Enzo Levi” del IMTA, diseñado para el estudio de fenómenos hidrodinámicos de corrientes a superficie libre y posee las siguientes características: • Canal rectangular con paredes de vidrio templado y fondo de acrílico, sección 60 x 70

cm, longitud 18 m • Tanque de descarga de acero inoxidable • Tanque de alimentación • Estructura de soporte, dos vigas de acero inoxidable • Vertedero para descarga de acero, cuya altura puede regularse mecánicamente • Sistema hidráulico de regulación de pendiente

Figura 2.1. Canal dependiente variable laboratorio Enzo Levi IMTA

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2.2. Descripción del equipo RQ-30 de Sommer

2.2.1. General La marca Alemana Sommer creó el sensor de radar RQ-30, este es un instrumento electrónico que permite medir velocidades dentro de un cauce o canal abierto. El RQ-30 usa una tecnología de velocímetro acústico Doppler (ADV), en el cual es necesario el montaje de un solo instrumento. El sensor de radar RQ-30 determina la descarga de agua de la sección de un río o canal la cual se calcula a partir de la velocidad de flujo medido y el nivel de agua.

Figura 2.2 Sommer RQ-30

2.2.2. Características del instrumento RQ-30 Este instrumento cuenta con las siguientes características:

Tabla 2.2 Características Sommer RQ-30 Temperatura

Funcionamiento (° C) -35 - 60 Almacenamiento (° C) -40 - 60

Medición de velocidad Rango (m/s) 0.3 - 15 Precisión ± 0.02 m/s; ± 1 % Resolución (mm/s) 1 Dirección de reconocimiento aguas arriba o aguas abajo Duración de medición (s) 5 - 240 Intervalo de toma de datos 8 s- 5 h Distancia a la superficie del agua (m) 0.5 - 30

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2.2.3. Instalación

2.2.3.1. Selección del sitio de medición Los mejores resultados se obtienen en un canal que marcha en línea recta con la anchura y altura del agua constante y de preferencia un flujo laminar. Para obtener buenos resultados es esencial, un área de medición libre de perturbaciones por ejemplo piedras, rocas o construcciones artificiales. Los remolinos influyen en la velocidad de flujo y generan determinaciones imprecisas en la superficie de medición. El estrechamiento, ensanchamiento, ramificaciones del río, así como las entradas o las curvas son inadecuadas para óptimas mediciones. En la figura 2.3 se muestra las formas correcta e incorrecta de la instalación de este instrumento:

Figura 2.3 Sitio de Instalación (buena o mala medición)

[…]Manual RQ30

2.2.3.2. Punto de medición del sensor Para obtener mediciones adecuadas se requiere que el sensor se ubique en un punto representativo del canal y sin influencia de la vegetación que se mueve con el viento.

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Figura 2.4 Punto de medición del sensor[…]Manual RQ30

2.2.3.3. Conexión del RQ-30 Ya que el RQ-30 Sommer es un solo instrumento, su conexión al ordenador se realiza a través de un convertidor USB-nano (Rs-485), el cual se muestra en las figuras 2.5 y 2.6.

Figura 2.5 Conexión del sensor RQ-30[…]Manual RQ30

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Figura 2.6 Conexión del RQ-30 -convertidor USB-nano Rs-485 - PC[…]Manual RQ30

2.2.4. Preparación Antes de medir las descargas del agua se necesita un factor k, el cual es un vector con datos de la relación entre la velocidad local medida y la velocidad media a lo largo de la sección transversal. Para su cálculo se requiero del software de RQ-30.

Figura 2.7 Software RQ-30 commander modelling

Para calcular los valores de k se introducen datos de la sección del cauce en profile como se indica en la figura 2.8.

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Figura 2.8 Perfil del cauce.

Los valores de k aparecen en la esquina superior derecha de la figura 2.8, con base en los datos de rugosidad y del perfil del cauce, en este caso del canal. Después de obtener los valores de k, se ingresaron datos de los siguientes parámetros:

• Intervalo de mediciones.- Depende del objetivo del estudio • Nivel de fijación del instrumento • Dirección de medición.-Aguas arriba o aguas abajo • Posible dirección del flujo.- Indica hacia dónde fluye el agua • Máxima velocidad.- Se indica el valor máximo posible • Tipo de filtro.- Se indica al instrumento el tipo de filtrado que se le da a la serie de

datos obtenidos. En la figura 2.9 se muestra la parte de este procedimiento.

Figura 2.9 Parámetros necesarios para la medición del canal

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2.2.5. Obtención de datos La obtención de datos fue sencilla una vez que se instaló el instrumento y se ingresaron los datos de los parámetros requeridos. En el software se guardó un archivo .txt donde se almacenaron los valores que se generaron y se corrió el software.

2.2.6. Cálculo del gasto La medición de la velocidad de flujo se basó en el principio de desplazamiento de frecuencia debido al efecto Doppler. El sensor de radar se instaló en el agua apuntando en un ángulo de 58°, donde el ángulo exacto del sensor RQ-30 se midió internamente por el sistema. Se envió una frecuencia constante de 24 GHz, esta señal se reflejó en la superficie del agua y regresó con un desplazamiento de frecuencia. Se registró dicha señal, en la que se consideró la diferencia de frecuencias. Para el cálculo de velocidad hay que considero la ecuación 1.1. (fórmula general del efecto Doppler), se sabe que la frecuencia es enviada por el observador que permanece inmóvil y reenviada por un objeto en movimiento, lo que significa que la velocidad del receptor es cero:

𝑓 = �𝑣𝑠

𝑣𝑠 ∓ 𝑣𝑒� 𝑓0 (2.1)

Al despejar la velocidad del emisor se obtuvo:

𝑣𝑒 = 𝑣𝑠 �𝑓0 ± 𝑓𝑓

� (2.2)

donde 𝑣𝑠 es la velocidad del sonido 𝑣𝑒 es la velocidad del agua: positivo, si medimos aguas arriba y negativa si se mide aguas abajo. 𝑓0 es la frecuencia emitida y 𝑓 es la frecuencia recibida. Se utilizó la formula de continuidad:

𝑄 = 𝑣𝑒𝐴 (2.3)

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2.3. Descripción del equipo Risonic de Rittmeyer

2.3.1. General La marca Austriaca Rittmeyer creó el “RISONIC modular” ultrasonic Transit time Flow Measurement, donde son necesarios cuatro instrumentos distintos, para realizar un aforo de corrientes en un canal a superficie libre. Los elementos que se usaron para la medición son:

• Controlador de instrumentos (Rittmeyer Instrumentation Controller Type RICTRL) • Módulo de tiempo de travesía ultrasónico (RISONIC Ultrasonic Transit Time module

Type RIMOUSTT) • Sensor de nivel (Ultrasonic Level Transducer Type MPUL06) • Sensor de velocidad (RISONIC modular Channel Transducer Type MFATKx)

Rittmeyer Instrumentation Controller Type RICTRL El controlador de instrumentos de Rittmeyer es el módulo básico para diversas aplicaciones de la medición, este elemento se controla a través de una interfaz web o localmente, en el dispositivo. A la vez, interacciona con el módulo RISONIC (RIMOUSTT) a través de un cable Ethernet, donde se conecta a una PC por el mismo medio. La PC muestra web los parámetros en la interfaz, algunos son: la velocidad del flujo (V), el gasto (Q) y el volumen (Vol.).

Figura 2.10. Rittmeyer Instrumentation Controller Type RICTRL IMTA

RISONIC Ultrasonic Transit Time module Type RIMOUSTT

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El instrumento “RISONIC Ultrasonic Transit Time module” es el conector principal del los elementos “Ultrasonic Level Transducer” y “RISONIC modular Channel Transducer”, ya que recibe la información necesaria para poder comunicarse con el controlador principal y así realizar su función.

Figura 2.11. RISONIC Ultrasonic Transit Time module Type RIMOUSTT

Ultrasonic Level Transducer Type MPUL06 El “Ultrasonic Level Transducer” es un transductor ultrasónico que se utiliza para determinar y transmitir los niveles del flujo del agua de un canal o un cauce. El conjunto integral compacto incluye: el transductor con sensor de nivel, transductor de compensación de temperatura para garantizar las indicaciones de nivel precisa en todo el rango de temperatura y circuitos electrónicos, en una carcasa totalmente encapsulada y químicamente inerte. Unos LED están montados en la carcasa para verificar que el correcto funcionamiento de este instrumento.

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Figura 2.12. Ultrasonic Level Transducer Type MPUL06

RISONIC modular Channel Transducer Type MFATKx El “RISONIC modular Channel Transducer” es un transductor ultrasónico que se utiliza para determinar y transmitir parámetros de velocidad del flujo del agua de un canal o un cauce. Los transductores modulares RISONIC MFATKx sirven alternativamente como emisor o receptor. Los pulsos de sonido ultrasónicos se propagan a través de la inserción del transductor y en el medio a medir. En el lado opuesto del canal o cause, se reciben los pulsos de sonido, a través de una señal eléctrica y se procesan por el “RISONIC Ultrasonic Transit Time module” y el “Rittmeyer Instrumentation Controller”.

Figura 2.13. Transductor modular tipo K

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2.3.2. Características del instrumento Risonic Este instrumento tiene las siguientes características:

Temperatura Funcionamiento -20 ° C a 70 ° C Almacenamiento -40 ° C a 85 ° C

Medición de velocidad Rango 0.5 a 20 m/s Precisión ± 0.01 m/s; ± 1 % Resolución 1 mm/s Dirección de reconocimiento aguas arriba Duración de medición 1 a 240 segundos Intervalo de toma de datos Ilimitado Distancia a la superficie del agua Dentro del agua (algunas

componentes)

Tabla 2.3 características Risonic 2000

2.3.3. Instalación La instalación del “RISONIC modular” se resume en un algoritmo corto. 1) Se conecta:

a) La entrada de alimentación RICTRL (24VDC IN) a una fuente de alimentación de 24 VDC / potencia adecuada de suministro.

b) La salida de potencia RICTRL (24VDC OUT) a la entrada de alimentación RIMOUSTT (24VDC IN).

c) Los conectores RIMOUSTT PATH a los transductores ultrasónicos MFATKx. d) El conector RIMOUSTT EARTH a una conexión a tierra. e) La interfaz LAN1 RICTRL Ethernet a un PC o portátil con un cable Ethernet cruzado

(RJ-45). f) La interfaz LAN2 RICTRL Ethernet para la interfaz LAN2 RIMOUSTT Ethernet con un

cable Ethernet cruzado (RJ-45). 2) Se enciende la fuente de alimentación de 24 VDC. 3) Se comprueba el estado RICTRL LED y LCD/MMI para asegurarse de que el módulo está

alimentado correctamente y de inicio. 4) Después de una exitosa instalación, la pantalla LCD/MMI en las RICTRL muestra " ---

Controller ---", la fecha y la hora de su tiempo real alternando con la dirección IP LAN1. 5) Se comprueban los LED de red de LAN1 para asegurar que se estableció una conexión

al módulo; generalmente el LED izquierdo se ilumina de forma constante y el derecho

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de LED parpadea al azar debido al tráfico de datos (los indicadores luminosos están situados en el interior del conector RJ45).

2.3.4. Interfaz web

Una vez que se realiza la configuración de la red de Ethernet en cualquier sistema operativo de acuerdo al manual de Rittmeyer y se obtiene acceso a una configuración del RICTRL para una medición, el usuario debe iniciar sesión en la interfaz web. El acceso se realiza por medio de un navegador web y se introduce la dirección IP que se asigna a RICTRL. Por ejemplo http://192.168.1.1. La página de inicio con esta dirección se muestra en la siguiente figura:

Figura 2.14. RICTRL estado de interfaz

Dentro de esta página de inicio se encuentran tres categorías:

• Status, que muestra el estado en que se encuentra el sistema de elementos, así como la fecha y hora.

• Datalog, permite generar y almacenar datos. • Login, Al iniciar la sesión de este apartado se pueden modificar las características

de funcionamiento del equipo, así como de la sección donde se han instalado los sensores de velocidad y su configuración correspondiente.

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http://192.168.1.1/

2.3.5. Cálculo del gasto Los sensores son de tipo “tiempo de travesía e “intrusivos”, el arreglo es de tipo Z (se encuentran frente a frente). La distancia entre los sensores (L) se define de acuerdo al ancho del canal y ϕ (ángulo de inclinación de los sensores). Para realizar la medición, cada sensor envía una señal ultrasónica al otro y se mide electrónicamente el tiempo que tarda el sonido en llegar al sensor aguas abajo (t2) o al sensor aguas arriba (t1). La velocidad de propagación del sonido en el fluido en movimiento (c) es:

𝑐 = 𝑐0 ± v cos (ϕ) (2.4) donde: (v) es la velocidad promedio del agua. Los tiempos de travesía para las señales ultrasónicas que se propagan hacia el sensor aguas abajo (t2) o hacia el sensor aguas arriba (t1) son, entonces:

𝑡1 =P

𝑐0 ± v cos (ϕ) (2.5)

𝑡2 =P

𝑐0 ± v cos (ϕ) (2.6)

Entonces:

1𝑡1−

1𝑡2

=2𝑣𝑐𝑜𝑠(ϕ)

𝑃=

2𝑣𝐿𝑃2

(2.7)

Con la ecuación anterior se deduce una ecuación teórica clásica que es el fundamento de los sensores ultrasónicos de tiempo de travesía (Lynnworth, 1989; ISO, 1998):

𝑣 =𝑃2 ∆𝑡2𝐿 𝑡1𝑡2

(2.8)

Con ∆𝑡 = 𝑡1 − 𝑡2 donde: ∆𝑡 se conoce como la “diferencia de tiempo de travesía”. Al obtener la velocidad promedio ya es posible calcular el gasto con la ecuación de continuidad

𝑄 = 𝑣𝐴 (2.9) donde: Q es el gasto, v velocidad media y A es el área de la sección.

20

2.4. Descripción del experimento La instalación de los instrumentos Risonic y RQ-30 se realizó en un solo sitio del canal, para poder realizar una medición comparativa adecuada. Las mediciones se realizaron los días 27 y 28 de febrero de 2014, en intervalos de tiempo distintos y también, en volúmenes de flujo cambiantes. Se realizaron varias mediciones que posteriormente llamaremos experimentos, podemos mencionar que todos los experimentos se realizaron con una pendiente de 1.8%. Los primeros cuatro experimentos se realizaron comparando los instrumentos Risonic, RQ-30 y Flow tracker instalados a una distancia donde no exista interferencia entre estos aproximadamente a unos 80 cm de distancia, en cuanto la medición del equipo flow tracker se realizaron en puntos estratégicos (se muestran en el capítulo 3). Experimento 1.- se introdujo en el canal el equipo flow tracker en los puntos estratégicos para obtener los datos en la sección transversal, en el mismo tiempo los equipos Risonic y RQ-30 registraban las mediciones. Cabe mencionar que esta medición se realizó con la llave de flujo totalmente abierta y sin interrupciones en el canal. Experimento 2.- se cerró la llave del flujo una vuelta se introdujo nuevamente en el canal el equipo flow tracker, para obtener los datos en la sección transversal, en el mismo tiempo los equipos Risonic y RQ-30 registraban las mediciones. Experimento 3.- se cerró la llave del flujo dos vueltas se introdujo nuevamente, para obtener los datos en la sección transversal, en el mismo tiempo los equipos Risonic y RQ-30 registraban las mediciones. Experimento 4.- se cerró la llave del flujo tres vueltas se introdujo de nuevo, para obtener los datos en la sección transversal, en el mismo tiempo los equipos Risonic y RQ-30 registraban las mediciones. Los siguientes tres experimentos se realizaron comparando los instrumentos Risonic y RQ-30, instalados en un solo sitio del canal Experimento 5.- Se dejó que ambos instrumentos registraran las mediciones durante aproximadamente 50 min, sin variaciones en el sistema de flujo del canal. Experimento 6.- Se dejó que ambos instrumentos registraran las medicines durante aproximadamente 1 hora 20 min, primero teniendo un flujo constante y después reduciéndolo a llegar a casi cero e ir incrementándolo paulatinamente. Experimento 7.- Del mismo modo que los dos anteriores registramos durante 55 minutos aproximadamente, al principio teniendo un flujo constante e ir rediciendo paulatinamente el flujo hasta llegar a los niveles críticos mínimos de ambos equipos.

21

3. RESULTADOS Como se ya se comento previamente a lo largo de este proyecto, se realizaron pruebas o mediciones en el canal de pendiente variable (descrito en el capítulo dos), las cuales se detallan a continuación.

3.1. Flow Tracker vs Risonic vs RQ30 Se realizaron cuatro experimentos:

3.1.1. Flow Tracker A. Experimento 1

Tabla 3.1. Datos obtenidos Flow Trcker experimento

1 X Y Z

10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0 0 20 0 0 32.4 0

60 10 0 60 20 0 60 32.4 0 20 10 0.55 40 10 0.526 20 20 0.590 40 20 0.507 20 30 0.606 40 30 0.537

Figura 3.1 Isótacas y perfil de velocidad

Se calculó la velocidad media y se aplicó la ecuación de continuidad para obtener el gasto, los datos se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.2 Datos calculados de acuerdo con el experimento 1 Velocidad media (m/s) Área (m2) Gasto (m3/s)

0.552 0.194 0.107

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

22

B. Experimento 2

Tabla 3.3 Datos Obtenidos Flow Tracker

experimento 2 X Y Z

10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0 0 20 0 0 32.4 0

60 10 0 60 20 0 60 32.4 0 20 10 0.465 40 10 0.425 20 20 0.497 40 20 0.473 20 30 0.516 40 30 0.393

Figura 3.2 isótacas y perfil de velocidad

Se calculó la velocidad media y se aplicó la ecuación de continuidad para obtener el gasto, los datos se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.4 Datos calculados de acuerdo con el experimento 2 Velocidad media (m/s) Área (m2) Gasto (m3/s)

0.465 0.194 0.090

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

23

C. Experimento 3

Tabla 3.5. Datos Obtenidos Flow Tracker

experimento 3

X Y Z 10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0 0 20 0 0 29.7 0

60 10 0 60 20 0 60 29.7 0 20 10 0.397 40 10 0.305 20 20 0.443 40 20 0.361 20 29.7 0.465 40 29.7 0.327


Se calculó la velocidad media y se aplicó la ecuación de continuidad para obtener el gasto, los datos se muestran en la siguiente tabla. Tabla 3.6. Datos calculados de acuerdo con el experimento 3

Velocidad media (m/s) Área (m2) Gasto (m3/s) 0.383 .178 0.068

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

24

D. Experimento 4

Tabla 3.7. Datos Obtenidos Flow Tracker

experimento 4 X Y Z 10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0 0 20 0 0 27.5 0 60 10 0 60 20 0 60 27.5 0 20 10 0.300 40 10 0.266 20 20 0.303 40 20 0.277 20 27.5 0.309 40 27.5 0.265


Se calcula la velocidad media y se aplica la ecuación de continuidad para obtener el gasto, se muestran los datos en la siguiente tabla. Tabla 3.8. Datos calculados de acuerdo con el experimento 4

Velocidad media (m/s) Área (m2) Gasto (m3/s) 0.286 0.165 0.047

0

5

10

15

20

25

30

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

25

3.1.2. Risonic A. Experimento 1

Tabla 3.9. Datos obtenidos

Risonic experimento 1 x y z 0 0 0

10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0

10 10 0.48542 20 10 0.48542 30 10 0.48542 40 10 0.48542 50 10 0.48542 60 10 0 0 20 0

10 20 0.56376 20 20 0.56376 30 20 0.56376 40 20 0.56376 50 20 0.56376 60 20 0 0 30 0

10 30 0.5807 20 30 0.5807 30 30 0.5807 40 30 0.5807 50 30 0.5807 60 30 0 0 32.4447 0

10 32.4447 0.5807 20 32.4447 0.5807 30 32.4447 0.5807 40 32.4447 0.5807 50 32.4447 0.5807 60 32.4447 0


Así mismo, el instrumento proporcionó el gasto y la velocidad media. Tabla 3.10. Datos del obtenidos con experimento 1

Velocidad media (m/s)

Altura de nivel (m)

Gasto (m3/s)

0.5048 0.3245 0.098

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 600

10

20

30

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

26

B. Experimento 2 Tabla 3.11. Datos Obtenidos Risonic

experimento 2 x Y z 0 0 0

10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0

10 10 0.55764 20 10 0.55764 30 10 0.55764 40 10 0.55764 50 10 0.55764 60 10 0 0 20 0

10 20 0.59183 20 20 0.59183 30 20 0.59183 40 20 0.59183 50 20 0.59183 60 20 0 0 30 0

10 30 0.53342 20 30 0.53342 30 30 0.53342 40 30 0.53342 50 30 0.53342 60 30 0 0 33 0

10 33 0.53342 20 33 0.53342 30 33 0.53342 40 33 0.53342 50 33 0.53342 60 33 0


Así mismo, el instrumento proporcionó el gasto y la velocidad media.

Tabla 3.12. Datos del obtenidos con el experimento 2


Altura de nivel (m)

Gasto (m3/s)

0.5491 0.3264 0.1072

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 600

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.2 0.4 0.6

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

27

C. Experimento 3

Tabla 3.13. Datos Obtenidos Risonic

experimento 3 x y z 0 0 0

10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0

10 10 0.47789 20 10 0.47789 30 10 0.47789 40 10 0.47789 50 10 0.47789 60 10 0 0 20 0

10 20 0.49943 20 20 0.49943 30 20 0.49943 40 20 0.49943 50 20 0.49943 60 20 0 0 0.29886 0

10 0.29886 0.49943 20 0.29886 0.49943 30 0.29886 0.49943 40 0.29886 0.49943 50 0.29886 0.49943 60 0 0





Altura de nivel (m)

Gasto (m3/s)

0.4783 0.2989 0.0855

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

28

D. Experimento 4

Tabla 3.15. Datos Obtenidos Risonic

experimento 4 x y z 0 0 0

10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 0 10 0

10 10 0.41431 20 10 0.41431 30 10 0.41431 40 10 0.41431 50 10 0.41431 60 10 0 0 20 0

10 20 0.44037 20 20 0.44037 30 20 0.44037 40 20 0.44037 50 20 0.44037 60 20 0 0 0.27869 0

10 0.27869 0.44037 20 0.27869 0.44037 30 0.27869 0.44037 40 0.27869 0.44037 50 0.27869 0.44037 60 0.27869 0





Altura de nivel (m)

Gasto (m3/s)

0.4137 0.2787 0.0689

0

5

10

15

20

25

30

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

29

3.1.3. RQ 30 Con este instrumento no se pueden generar las isótacas y tampoco el perfil de velocidades, ya que solo proporciona el valor de la velocidad media del canal.

A. Experimento 1

Tabla 3.17. Datos Obtenidos RQ-30 Experimento 1 Tiempo (h) Nivel del

agua (m) Velocidad

(m/s) Gasto (m3/s)

Área (m2)

16:15:50 0.32 0.335 0.06 0.19

B. Experimento 2

Tabla 3.17. Datos Obtenidos RQ-30 Experimento 2 Tiempo

(h) Nivel del agua (m)

Velocidad (m/s)

Gasto (m3/s)

Área (m2)

16:30:00 0.353 0.525 0.1 0.21

C. Experimento 3



Velocidad (m/s)

Gasto (m3/s)

Área (m2)

16:55:00 0.309 0.416 0.07 0.18

D. Experimento 4



Velocidad (m/s)

Gasto (m3/s)

Área (m2)

17:05:00 0.268 0.557 0.08 0.16

30

3.2. Risonic vs RQ-30

3.2.1. Risonic A. Experimento 5, a continuación se muestran las gráficas que se obtuvieron del

gasto, velocidad y altura del nivel del agua.

Figura 3.9. Serie de datos de gasto en un tiempo dado

Figura 3.10. Serie de datos de velocidad en un tiempo dado

Figura 3.11. Serie de datos de altura de agua en un tiempo dado

0.095

0.1

0.105

0.11

0.115

0.12

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

Gas

to (

m3 /

s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto

0.45

0.5

0.55

0.6

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad

0.322

0.324

0.326

0.328

0.33

0.332

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura del agua

31

B. Experimento 6, a continuación se muestran las gráficas que se obtuvieron del gasto, velocidad y altura del nivel del agua.

Figura 3.12 Serie de datos de gasto en un tiempo dado



-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Gas

to (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto

-0.1 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura

32

C. Experimento 7, a continuación se muestran las gráficas que se obtuvieron del gasto, velocidad y altura del nivel del agua.

Figura 3.15 Serie de datos de gasto en un tiempo dado



0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

0 10 20 30 40 50 60 70

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0 10 20 30 40 50 60 70

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad

0.20

0.25

0.30

0.35

0 10 20 30 40 50 60 70

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura

33

3.2.2. RQ-30

A. Experimento 5, a continuación se muestran las gráficas que se obtuvieron del gasto, velocidad y altura del nivel del agua.




0.352

0.354

0.356

0.358

0.36

0.362

0 10 20 30 40 50 60

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto

0.49

0.5

0.51

0.52

0.53

0.54

0 10 20 30 40 50 60

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad

0.352

0.354

0.356

0.358

0.36

0.362

0 10 20 30 40 50 60

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altuta

34

B. Experimento 6, a continuación se muestran las gráficas que se obtuvieron del

gasto, velocidad y altura del nivel del agua.




0

0.05

0.1

0.15

0 20 40 60 80 100

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 20 40 60 80 100

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura

35

C. La Experimento 7, a continuación se muestran las gráficas que se obtuvieron del gasto, velocidad y altura del nivel del agua.




0.05

0.07

0.09

0.11

0 10 20 30 40 50 60 70

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto

0.3

0.4

0.5

0.6

0 10 20 30 40 50 60 70

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad

0.24

0.29

0.34

0.39

0 10 20 30 40 50 60 70

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura

36

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS En este capítulo se comparan y analizan los resultados obtenidos del proyecto.

4.1. Comparación de características generales RQ-30 vs Risonic vs Flow Tracker En la siguiente tabla se encuentran las características generales de RQ-30 y Risonic, que sabemos que son instrumentos para obtener datos continuos, también se muestran las características del instrumento flow tracker el cual solo mide un dato a la vez y sin continuidad.

Tabla 4.1. Características generales RQ-30 vs Risonic RQ-30 Risonic Flow Tracker

Rango de mediciones 0.3 a 15 m/s 0.5 a 20 m/s 0.001 a 4.0 m/s

Precisión ±0.02 m/s ±0.01 m/s ±1% velocidad media

Dirección de reconocimiento

Aguas abajo y aguas arriba Aguas arriba Aguas abajo y

aguas arriba Distancia del agua 0.5 a 30 m Sumergible Sumergible Número de componentes 1 Mínimo 5, máximo 11 2

Afectación por agua sucia No Si No

Afectación por lluvias Si No No Operación No No Si

El equipo Risonic y RQ-30 tienen un rango de medición considerable para realizar mediciones en cauces con velocidades grandes, el detalle esta en cuando sobrepasamos el rango de medición o tenemos un cauce con una velocidad menor al rango establecido. Cuando hablamos de la dirección de reconocimiento del flujo, nos referimos si el equipo puede medir aguas arriba o aguas abajo, todos excepto el Risonic reconocen el flujo a ambos lados, es importante cuando tenemos obstrucciones aguas arriba o cambios de sección. Que el equipo sea sumergible tiene sus ventajas y a la vez desventajas. Las ventajas son, al estar al contacto con el agua mide en el medio la velocidad, pero también es una desventaja no es higiénico medir en aguas residuales. El número de componentes es importante, podemos inferir en la problemática para la instalación, y si hablamos de las condiciones climatológicas donde referimos que afectan a los equipos como ejemplo, si el equipo RQ-30 está en una lluvia muy tupida el equipo registrara el movimiento de las partículas de la lluvia y no la velocidad del cauce.

37

4.2. Flow Tracker vs Risonic vs RQ30 Experimento 1 Al observar los perfiles de velocidad en este experimento se aprecia que a alturas cercanas al nivel cero, en la base del canal, los comportamientos de los perfiles de velocidad son similares, donde se registraron velocidades cercanas a cero, como se espera en teoría. Pero conforme comienza a aumentar la altura, también aumenta la diferencia en las mediciones de la velocidad, existe una diferencia máxima de los perfiles de velocidad a la altura de 15 cm de aproximadamente de 0.15 m/s entre Risonic y Flow tracker, sin embargo al acercarse a la zona superficial, nuevamente los instrumentos tienen similitud.

Figura 4.1. Comparación gráfica del perfil de velocidad

Observando los datos de la tabla 4.2 se aprecia que la diferencia entre las velocidades medias entre Risonic y el Flow Tracker, es sólo de 0.05m/s, pero al comparar el Risonic con el RQ-30, esa diferencia se incrementa a 0.169 m/s lo que permite decir que en cauces de mayor magnitud, es insignificante.

Tabla 4.2. Comparación de datos Instrumento Velocidad media (m/s) Gasto (m3/s) Flow Tracker 0.552 0.107

Risonic 0.504 0.098 RQ-30 0.335 0.060

0 5

10 15 20 25 30 35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

Risonic vs Flow tracker

Flowtraker Risonic

38

Experimento 2 Al observar los perfiles de velocidad en este experimento, podemos decir que existe una buena similitud, los perfiles de velocidad de los equipos flow tracker y Risonic (figura 4.2), podemos decir que no existe diferencia entre ambas mediciones.


El equipo RQ-30 registró una velocidad media de 0.525 m/s y un gasto de 0.100 m3/s. En la comparación de la tabla 4.3 se puede apreciar que los datos obtenidos de los tres instrumentos se establecen en un rango similar.


Risonic 0.549 0.107 RQ-30 0.525 0.100

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

Flow tracker vs Risonic

Flowtracker Risonic

39

Experimento 3 Al observar los perfiles de velocidad en este experimento decimos que existe una buena similitud entre estos perfiles de los equipos flow tracker y Risonic (figura 4.3) pero existe una diferencia en el nivel superficial de 0.05 m/s.


Con los datos de las tabla 4.4. podemos apreciar que tenemos una buena similitud de datos.


Risonic 0.478 0.085 RQ-30 0.416 0.070

0 5

10 15 20 25 30 35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

Risonic vs Flow Tracker

FlowTracker Risonic

40

Experimento 4 Al observar los perfiles de velocidad de los equipos Risonic y Flow Tracker en este experimento se puede observar que tenemos una diferencia máxima de 0.15 m/s, la cual se presenta a nivel superficial.


Con los datos de la medición de estos tres equipos existe una diferencia máxima media de 0.271 m/s. esta medición es muy diferente a las demás por las condiciones que se establecieron.


Risonic 0.413 0.068 RQ-30 0.557 0.080

4.3. Risonic vs RQ30 Experimento 5 La continuidad en el flujo nos llevo a los resultados y a la comparación de las siguientes figuras: En la figura 4.5 comparación de gastos, se observa una diferencia entre estos equipos de 0.7 m/s arriba de la media del equipo Risonic respecto al equipo RQ-30.

0

5

10

15

20

25

30

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Altu

ra (c

m)

Velocidad (m/s)

Risonic vs Flow Tracker

Flow Tracker Risonic

41

Figura 4.5. Comparación gráfica de gastos –experimento 5-

En la figura 4.6 comparación de velocidades, se observa una similitud durante todo el experimento y podemos decir que ambos equipos realizaron las mismas mediciones.

Figura 4.6. Comparación gráfica de velocidad –experimento 5-

En la figura 4.7 de tirante de agua existe una gran diferencia de 0.03 m entre ambos equipos.

0.095

0.1

0.105

0.11

0.115

0.12

0 10 20 30 40 50 60

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto RQ-30 Risonic

0.45

0.5

0.55

0.6

0 10 20 30 40 50 60

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad RQ-30 Risonic

0.32

0.33

0.34

0.35

0.36

0.37

0 10 20 30 40 50 60

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura

RQ-30 Risonic

42

Figura 4.7. Comparación gráfica de altura de agua –experimento 5- Experimento 6 Las diferencias en el flujo nos llevo a los resultados y a la comparación de las siguientes figuras: En la figura 4.8 comparación de gastos, se observa el mismo fenómeno pero con diferencias constantes en toda la medición, así mismo observamos la grafica 4.10 nivel del agua y se tiene el mismo problema, podemos decir que existe esta diferencia por la ubicación de los sensores de medición del nivel del agua de los equipod Risonic y el RQ-30.


Observando esta figura 4.9, llama mucho la atención una parte de los datos, estos están en contra, se debe a que el equipo RQ-30 no puede medir la velocidad a menos de 0.3 m/s, quiere decir que el equipo nos arrogara datos erróneos cuando tengamos velocidades menores a su rango.

Figura 4.9. Comparación gráfica de velocidad -experimento 6-

-0.05 0

0.05 0.1

0.15 0.2

0.25 0.3

0.35 0.4

0.45

0 20 40 60 80 100

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto RQ-30 Risonic

-0.1 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 20 40 60 80 100

Velo

cida

d (m

/s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Velocidad RQ-30 Risonic

43

De la misma manera el sensor de nivel le pasa lo mismo a estar vacio el cauce o canal.

Figura 4.10. Comparación gráfica de altura de agua –experimento 6-

Experimento 7 Los decrementos en el flujo nos llevo a los resultados y a la comparación de las siguientes figuras: En la figura 4.11 comparación de gastos, se observa que del decremento hasta el punto crítico nos arrogara datos erróneos. En cuanto a la medición ambos equipos registraron datos con similitudes.


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 20 40 60 80 100

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura RQ-30 Risonic

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

0 10 20 30 40 50 60 70

Gas

to (m

3 /s)

Tiempo (min)

Tiempo vs Gasto Risonic RQ-30

44

El equipo RQ-30 registra nuevamente errores en la velocidad al decrementar el flujo.

Figura 4.12. Comparación gráfica de velocidad –experimento 7-

Así mismo el sensor de nivel registra de la misma forma basura en el equipo RQ-30.

Figura 4.13. Comparación gráfica de altura de agua –experimento 7-

5. CONCLUSIONES Y DISCUSIONES Se cumplieron los objetivos del estudio, al comparar los instrumentos Risonic y RQ-30, obtuvimos información elemental y específica, para descubrir sus relaciones, estimar sus diferencias y/o semejanzas. Así mismo cumplimos con los objetivos específicos: Identificamos sus ventajas y desventajas del uso de estos equipos en función de las características físicas, y de flujo.

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0 10 20 30 40 50 60 70

Velo

cida

d (m

2 /s)

Tiempo (min)

Time vs Velocidad Risonic RQ-30

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0 10 20 30 40 50 60 70

Altu

ra (m

)

Tiempo (min)

Tiempo vs Altura Risonic RQ-30

45

Se concluye que ambos instrumentos se pueden apegar a las necesidades únicas de cada punto de instalación así como a las condiciones de sus cauces.

5.1. Recomendaciones Risonic Es recomendable utilizar en cauces de agua donde el número de sólidos totales sea menor a 5000 ppm Es recomendable y confiable usar para medir velocidades menores a su rango de medición. RQ-30 Es recomendable para cauces que transporten aguas residuales.

6. BIBLIOGRAFÍA

APARICIO F. (2012). Fundamentos de hidrología superficial, Limusa, México D.F., 303 p.

BREÑA A., JACOBO M.,(2006). Principios y Fundamentos de la Hidrología Superficial, UAM, México. 287 p.

ISO 748:1997, International Organization for Standardization (1997). Measurement of liquid flow in open channels – Velocity-area methods.

CONAGUA (1993), Instructivo para aforo de corrientes, Ingeniería y Procesamiento Electrónico, S.A. de C.V. 275 pp.

CONAGUA (2013) Ley de aguas nacionales

SOTO M., GLORIA (2007) “Agua: tarifas, escasez y sustentabilidad en las megaciudades ¿Cuánto están dispuestos a pagar los habitantes de la Ciudad de México.

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