Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Civil

Ingeniería Ambiental

Informe de Gira de Mediciones Hidrológicas y Ambientales

Tema: “Aforo del Río Mamoní”

Profesor: Erick Vallester

Estudiantes:

Arrocha, Cecilia 4-759-2455

Caicedo, Hanson 4-756-664

Hernández, Sherly 8-842-008

Ortega, Kyara 8-863-717

Payne, Stephanie 8-857-161

Pecchio, Agueda 9-737-958

Pierre, Gisele PE-11-137

Polo, Andrés 8-839-250

Grupo:

1IB-141

(Viernes 8:00 am – 12:00 md)

Fecha de Realización:

Viernes, 20 febrero de 2015

Fecha de Entrega:

Viernes, 27 de febrero de 2015

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Índice

Introducción .............................................................................................................................................................................................................. 2

Datos del lugar de muestreo ............................................................................................................................................................................... 3

Equipo .......................................................................................................................................................................................................................... 3

Metodología ............................................................................................................................................................................................................... 3

Resultados y Análisis ............................................................................................................................................................................................. 5

Conclusiones ............................................................................................................................................................................................................ 10

Recomendación ...................................................................................................................................................................................................... 11

Bibliografía ............................................................................................................................................................................................................... 12

Anexos ........................................................................................................................................................................................................................ 13

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Introducción

Para determinar el caudal en un río se utiliza una técnica denominada aforo, la cual consiste en dividir el ancho total de la corriente en un número conveniente de secciones y la velocidad media en cada sección se pueden medir utilizando un molinete. En nuestro caso en particular la velocidad fue mesurada por un sensor de alta tecnología, del cual hablaremos más a profundidad posteriormente. La información recolectada de un aforo, es de suma importancia para realización del balance hídrico en una cuenca que se pretenda estudiar, ya que el mismo nos brinda un diagnóstico de la disponibilidad del agua para sus diferentes usos, como por ejemplo: riego y distribución. La distribución es fundamental para varios propósitos: asegurar que el agua es asignada a sus usos más productivos y socialmente deseables, cumplir los objetivos de equidad, alcanzar los objetivos de conservación del recurso y limitar las externalidades negativas (daños al medio ambiente). En cuanto al equipo utilizado para nuestro aforo, podemos mencionar al medidor de efecto doppler. El funcionamiento de medidores de este tipo es bastante complicado por lo que trataremos de describir lo más sencillamente posible, dicho complejo funcionamiento. Como su nombre lo indica, este dispositivo utiliza el llamado efecto doppler para medir la velocidad en la corriente. El efecto doppler es la alteración de la frecuencia delas ondas, en función del movimiento, ya sea del receptor o del emisor de las ondas. El medidor calcula el caudal en función de dos variables principales: el área hidráulica y la velocidad media. Sin embargo, cada una de esas variables tampoco se mide directamente; más bien, se miden otras variables físicas. El medidor de efecto doppler calcula el área hidráulica en función del tipo de sección y de la profundidad de agua. Para medir la profundidad se utiliza un transductor. Un transductor es un dispositivo que proporciona una salida eléctrica en respuesta a una magnitud física que se desea medir El medidor tiene unos emisores de ondas de ultrasonido y unos receptores de las mismas. Primeramente el emisor envía una onda a una determinada frecuencia y el receptor capta las ondas que son reflejadas en el agua. Si el agua está en movimiento, las ondas reflejadas tendrán una frecuencia diferente de la emitida; la diferencia de frecuencia indica al dispositivo la velocidad de la corriente. El hecho de registrar el área hidráulica, la velocidad y la temperatura, al mismo tiempo; es una característica que hace a este tipo de medidores, la digna representación de la nueva generación de herramientas encaminadas a facilitar la obtención de datos a la hora de realizar trabajos de este tipo, en este caso particular; un aforo. Las ventajas de estos medidores vanguardistas son notables ante otros equipos de uso tradicional en aforos como lo son los flotadores, molinetes, aforador de garganta – parshall, garganta suprimida, garganta larga, métodos de dilución, etc.), los cuales solo registran una variable específica.

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Datos del lugar de muestreo Hora de inicio: 9:25 am

Coordenadas: 09° 12´ 44.9” N

79° 04´ 58.8” W

Clima: día soleado

Temperatura Ambiente: 28° C

Temperatura del agua: 27.8°C

Hora de salida: 11:30 am

Equipo

AFORO CON EQUIPO DOPPLER

Equipo:

1 River Surveyor modelo SONTEK 1 Estación RTK. 1 Bote. 1 computadora VIAO serie: con software RIverlink, 1 cuerda. 1 Transductor Doppler M5.

Metodología Instalación del equipo.

El bote contará con un sistema de radio comunicaciones, un GPS y el

Transductor Doppler M5.

De los 5 sensores con los que cuenta el transductor Doppler M5, 3 de ellos

miden velocidad (X, Y y Z). Otro de ellos mide posición con la ayuda de una

antena, y el sensor restante, es un control de calidad de los demás puntos.

Se nivela el trípode para la colocación del GPS-RTK

Se instala sobre el trípode, el GPS-RTK que utiliza la tecnología doppler, el cual

suministra data en tiempo real que viaja hasta el GPS del bote para que sea

corregida.

Calibración del bote.

Antes de utilizar el bote debemos calibrarlo. Para ello, mecemos suavemente el

bote tratando de emular el movimiento ondulatorio que tendría un barco sobre

un cuerpo de agua en movimiento.

Dos estudiantes deben cruzar al extremo izquierdo del río llevando la cuerda en la

cual se sujetará el bote. En el extremo derecho habrán dos estudiantes, los cuales

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estarán encargados de moderar metódicamente la cantidad de soga que se requiera

para que el barco navegue. El Bote se moverá horizontalmente de derecha a izquierda

a lo largo del primer tramo (T1) y de izquierda a derecha en el segundo tramo (T2). El

extremo Derecho está ubicado próximo a la estación hidrológica del Río Bayano, en el

río Mamoní. El extremo izquierdo está ubicado en la orilla opuesta al extremo derecho

(extremo anteriormente descrito).

Medir la distancia de la orilla al punto de inicio del bote, en ambos extremos. Estos

datos se introducen para medir el ancho de la sección del río.

Los valores obtenidos se proporcionarán en un formato manejable desde el software

EXCEL.

En el trascurso de la experiencia, en la computadora habilitada para monitorear que

todo esté en orden, se puede visualizar una gráfica del perfil del río.

Los colores que se observan en la gráfica en mención, representan las diferentes

velocidades verticales, siendo el color rojo el que nos indica la velocidad más alta.

Estás fluctuaciones en las velocidades a lo largo del tramo que recorre el bote, se debe

a la presencia de rocas en el agua que actúan como resaltos, los cuales al interponerse

en la trayectoria de la dirección que tiene la corriente de agua, incrementan o

disminuyen el flujo.

Se tomará la hora de inicio y el tiempo tomado para llegar de derecha a izquierda y de

izquierda a derecha.

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Resultados y Análisis

Resultados de la Medida

Sección Transver

sal

Nombre del Archivo

Margen de Inicio

Fecha de Inicio

Hora de inicio

Duración

Temperatura (grados

C)

Distancia de la medida

(m)

DMG (m)

Ancho (m)

Área (m2)

Velocidad Barca (m/s)

Velocidad promedio

(m/s)

Q Total (m3/s)

1 2015022010

0619r.rivr Margen Derecha

20/02/2015

10:08:19 0:03:53 27,8 39,42 33,67 43,17 17,0 0,169 0,196 3,323

2 20150220101125r_s.rivr

Margen Izquierda

20/02/2015

10:13:23 0:02:34 27,7 35,57 31,92 41,42 16,6 0,231 0,206 3,410

3 2015022010

1751r.rivr Margen Derecha

20/02/2015

10:19:50 0:02:32 27,8 34,12 32,51 42,01 16,2 0,224 0,212 3,435

4 2015022010

3619r.rivr Margen Derecha

20/02/2015

10:38:37 0:02:33 28,0 35,37 32,37 33,87 15,6 0,231 0,217 3,380

Promedio 0:02:53 27,8 36,12 32,62 40,12 16,3 0,214 0,208 3,387

Deviación Estándar

0:00:35 0,1 1,99 0,65 3,66 0,5 0,026 0,008 0,042

COV 0 0,0 0.055 0.02 0.091 0.032 0.121 0.038 0.012

Tabla1. Resultados de la Prueba de Aforo.

En esta tabla aparecen los resultados de la prueba realizada el día 20 de febrero, los cuales fueron capturados por tramo.

DMG: corriente eléctrica o distancia media geométrica entre conductores.

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Para respaldar los análisis de los resultados usaremos los datos de obtenidos de ETESA, tanto históricos como los que fueron colectados diariamente. En la Figura 1 se muestra un mapa de Panamá con todas sus estaciones. En el recuadro dentro de la imagen observamos la información de la estación utilizada para esta experiencia.

Figura 1. Estaciones de Panamá. Fuente ETESA, 2015.

ETESA también nos brinda valores históricos recolectados durante el año en el rio Mamoní. Haciendo una comparación de los dos valores de los caudales promedio para el mes de febrero (Grafica 1) podemos inferir que el 3,387 m^3/s que se observó el día 20 de febrero en la gira técnica que realizamos, está por debajo del promedio anual que es de 5.52 m^3/s. En función de lo anteriormente descrito, podemos afirmar que el día que realizamos el

aforo, se presentaba un caudal bajo, que puede ser consecuencia de la época de verano del

presente año.

Grafica 1. Caudales Historicos, Rio Bayano. Fuente ETESA.

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Seguidamente tenemos las gráficas de los valores de nivel del rio medidos en la estación en la cual realizamos el aforo. Podemos establecer la siguiente relación: que a menor caudal, menor el nivel del Rio, y a

cuanto mayor caudal, mayor el nivel del mismo. Las mediciones automáticas de la estación

se dan a cada 15 minutos. La gráfica 2 muestra de manera general los diferentes niveles, y

específicamente, el nivel para el 20 de febrero a partir de las 10 de la mañana, que fue el

momento en el que arrancamos con el aforo.

Grafica 2. Nivel de la Estación Mamoní. Fuente ETESA 2015.

Hacemos especial énfasis en la porción resaltada con un cuadro rojo en la Grafica 2, la cual

describe el rango de las horas donde se tomaron los análisis en campo de nuestro aforo. En

la Grafica 3 podemos observar las variaciones de los resultados en los diferentes métodos,

que pueden ser resultado de los errores debido a la inexperiencia en el manejo adecuado

del equipo al momento de realización de la experiencia y a la diferencia en los tiempos

donde se tomaron las distintas muestras.

3,260

3,280

3,300

3,320

3,340

3,360

3,380

3,400

3,420

3,440

3,460

10:08:19 10:13:23 10:19:50 10:38:37

Cau

dal

en

m/s

Tiempo en 24 hrs

Caudales por Aforo

Grafica 3. Caudales medidos de la Estacion Mamoní. Fuente: Estudiantes, 2015.

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En las 4 graficas que se presentan a continuación, se reflejan los datos de los niveles recolectados por ETESA en los horarios de 10:.00, 10:15, 10:30 y 10:45 de la mañana. Se muestran estos gráficos a fin de que se observen tanto los valores, como la diferencia de estos datos en relación a los recolectados, los cuales fueron mostrados previamente en la gráfica 3.

Grafica 4. Nivel Mamoní. Fuente ETESA, 2015.

Grafica 5. Nivel Mamoní. Fuente ETESA, 2015.

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Grafica 6. Nivel Mamoní. Fuente ETESA, 2015.

Grafica 7. Nivel Mamoní. Fuente ETESA, 2015.

Se evidencia en las gráficas anteriormente mostradas, las variaciones de nivel y sus

diferencias con los caudales adquiridos en nuestro aforo.

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Conclusiones

El equipo utilizado fue el River Surveyor modelo SONTEK, el cual se componía a su

vez, de una serie de equipamientos de alta tecnología, entre estos un GPS para reducir

su porcentaje de error. Destacamos la gran ayuda que representó este avanzado

equipamiento en cuanto a la simplificación del trabajo en campo.

Todas las mediciones realizadas se encuentran en un rango aceptable, y esto se

comprueba por las variaciones en las pruebas al compararlas unas con otras, las

cuales fueron bastantes mínimas. Estas aseveraciones son respaldadas por los datos

históricos obtenidos de ETESA.

Al momento de realizar la prueba el nivel se encontraba bajo, y no había mucha

corriente en el punto de muestreo lo que nos permitió un mejor aprovechamiento de

los equipos con los que contábamos y esto se reflejó en la calidad de la data obtenida.

Se trabajó en un intervalo de media hora lo que también nos permitió similitudes en

los datos. Es importante destacar que la batería tuvo que ser cambiada durante la

prueba lo que pudo haber incidido de manera adversa en cuanto a las distancias de

los resultados de caudal del muestreo en relación a los niveles medidos por ETESA.

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Recomendación

Verificar que los equipos estén en óptimas condiciones para evitar que debido a

malfuncionamientos de los mismos, se presenten errores en los resultados que se

obtengan.

Procurar que se cuente con el equipo suficiente para la consecución de todas las

actividades programadas.

Distribuir de una manera más eficiente entre los estudiantes, las diferentes

responsabilidades al momento de realizar la experiencia.

Al momento de realizar la prueba de aforo con el equipo destinado para este fin,

procurar que la cuerda se mantenga tensada, para con esto asegurar que la

trayectoria del bote describa una trayectoria lo más lineal posible, ya que de lo

contrario esto podría inferir de manera adversa en los resultados que se vayan a

obtener.

Unificar la decisión de los profesores para que los estudiantes cumplan con las

indicaciones adecuadas.

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Bibliografía

ETESA. Datos Históricos. [en línea]. 2015. Disponible en web

<http://www.hidromet.com.pa/hidro_historicos.php>

PEDROZA. Medidor Ultrasónico De Efecto Doppler Para Canal [en línea]. 2014. Disponible en web <

http://www.conagua.gob.mx/conagua07/Noticias/Ultrasonico_Doppler_canales.pdf>

REZA, ESCALANTE. Calibración De Medidores Acústicos (Metodología) [en línea]. Disponible en web <

http://amh.org.mx/documentos/congreso/Memorias%20del%20XXIII%20Congreso%20Nacional%20

de%20Hidraulica/Tema%206_Hidraulica%20Fluvial%20y%20Maritima/t6_art_rag1.pdf>

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Anexos

Imagen 1. Fuente: Datos Hidrológicos de la estación del río Bayano ubicada en el río Mamoní.

Imagen 2. Fuente: Mapa Satelital de la estación hidrológica.

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Imagen 3. Instalación del trípode para la colocación del GPS-RTK.

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Imagen 4. Transductor Doppler M5.

Imagen 5. Equipo River Surveyor modelo:

SONTEK.

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Imagen 6.Calibración del bote.

Imagen 7. Computador con el software

instalado llamado Riverlink.

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Imagen 8.Inicio del aforo con el equipo Doppler.