INSTRUMENTACIÓN EN

HIDRÁULICA FLUVIALMediciones con ultrasonido en ríos

Curso Básico de Modelación e Instrumentación en Hidráulica Fluvial

Posgrado IMTA-UNAM

Ariosto Aguilar

Temas

• Principio físico de conservación de masa

• Métodos para determinación de caudal (global)

• Técnicas y métodos para cálculo de flujo en ríos

y canales

Principio de conservación

• La medición del caudal o gasto se fundamenta en la ley de la

conservación de masa, que enuncia “la materia o masa no puede ser

creada o destruida”.

• En la norma (ISO 772, 1996) se tiene una definición más extensa

inciso 1.1, “el movimiento de un volumen fluido se identifica por la

traslación de una substancia que no es un sólido o un gas, y es

prácticamente incompresible, además no ofrece una resistencia

significativa al cambio de forma y que fluye libremente”.

Determinación de incertidumbre

(conceptos básicos)

• Esta parte sólo se indicarán en general algunos aspectos

como,

• Unidades de medida (CENAM),

• Determinación de Incertidumbre

• (ISO/TR 5168 Measurement of fluid flow – evaluation of uncertainties),

(ISO/IEC Guide of the expression of uncertainty in measurement).

Definiciones básicas (VIM)

• Medición, proceso que consiste en obtener

experimentalmente uno o varios valores que pueden

atribuirse a una magnitud.

• Metrología, ciencia de las medición y sus aplicaciones.

• Mensurando, magnitud que se desea medir.

• Magnitud, propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia que

puede expresarse cuantitativamente mediante un número y una

referencia

• Valor, conjunto formado por un número y una referencia, que

constituye la expresión cuantitativa de una magnitud.

Principio de medición

• Principio de medida, fenómeno que sirve como base de

una medición

• i.e: Dilatación o contracción del mercurio para medir la temperatura

• Método de medida, descripción genérica de la secuencia

lógica de operaciones utilizada en una medición (que

genera un procedimiento)

• i.e: Procedimiento para tomar la temperatura máxima y mínima del

ambiente.

Errores

• Error de medida, diferencia entre un valor medido de una

magnitud y un valor de referencia.

• Error sistemático de medida, componente del error de

medida que, en mediciones repetidas, permanece

constante o varía de manera predecible.

• Error aleatorio, componente del error de medida que, en

mediciones repetidas varía de manera impredecible

Ejemplo de fuente de error

Se tiene un disparador automático de

bolas de tenis

Error aleatorio (1) < Error aleatorio (2)

Error sistemático (1) > Error sistemático (2)

Medición del error (sistemático y

aleatorio)Valor verdadero Valor verdadero Media

Error aletorio

+𝜎−𝜎

+2𝜎−2𝜎

𝑓(𝑥)

𝑥 𝑥

Se tiene una

función de

distribución para

una secuencia

de muestras

Si tenemos una

medición con

menos de 30

muestras el

valor del

coeficientes

covertura es

diferente

Incertidumbre

• Una vez determinado el mensurando, el principio y el procedimiento de medición se identifican las posibles fuentes de incertidumbre,

• El origen de esta incertidumbre son los diversos factores relacionados en la medición, por ejemplo:• Los resultados de la calibración del instrumento,

• La incertidumbre del patrón o material de referencia,

• La repetibilidad de las lecturas

• La reproducibilidad de las mediciones por cambio de observadores, instrumentos u otros elementos,

• El modelo particular de medición

• Variaciones en las magnitudes de influencia.

Otras fuentes de incertidumbre• Definición incompleta del mensurando;• Ejecución imperfecta de la definición del mensurando;• Contar con un muestra no representativa (la muestra del

mensurando puede no representar la definición del mensurando);• Inadecuado conocimiento efecto de las condiciones ambientales

en la medición o medición imperfecta de las condiciones ambientales;

• Tendencia personal en la lectura de los equipos analógicos;• Resolución finita de un instrumento o discriminación de dígitos;• Valores inexactos en la medición de estándares y materiales de

referencia; • Valores inexactos de constantes y otros parámetros obtenidos de

fuentes externas y utilizadas en la reducción de datos algorítmicos;

• Aproximación y suposiciones incorporados en el método de medición y procedimiento;

• Variaciones en observaciones repetidas de un mensurando bajo condiciones aparentemente idénticas.

Método de evaluación tipo A

(Análisis estadístico)• La media aritmética de las observaciones se evalúa como:

𝑥 =1

𝑛

𝑖=1

𝑛

𝑥𝑖

En este caso se tiene una serie de muestras de diferentes observacion, bajo una misma condición de prueba

• Dispersión de los datos o desviación estandar

𝑠2 𝑥𝑖 =1

𝑛 − 1

𝑖=1

𝑛

𝑥𝑖 − 𝑥2

• Cálculo de la desviación estandar experimental 𝜇 𝑥𝑖

𝜇 𝑞𝑖 = 𝑠 𝑥𝑖 =𝑠 𝑞𝑖

𝑛

La anterior indica que al aumentar el número de repeticiones se disminuye la incertidumbre tipo A.

Método de evaluación tipo B

• Considera todas las demás maneras de estimar la incertidumbre y se supone una distribución con base a la experiencia o información externa del metrólogo:

• Certificados de calibración,

• Experiencia o conocimiento general del entorno y propiedades relevantes de los materiales e instrumentos,

• Especificaciones de los fabricantes,

• Datos obtenidos de calibración y otros tipos de certificados, y

• Incertidumbres conocidas y referidas de datos tomados de manuales.

Métodos para determinación de caudal

• Método volumétrico y gravimétrico

• Método de área velocidad

• Método de cambio de régimen

• Método de sección pendiente

• Equipos electrónicos globales (i.e.: perfiladores)

Método volumétrico o

gravimétrico (MV)El caudal o gastose define comolacontabilizaciónde la cantidad demasa en unaunidad de tiempo

𝑄 ≡𝑉

𝑡

donde 𝑉 , es elvolumen 𝐿3 ; 𝑡 ,tiempo 𝑇 , y 𝑄,caudal o gasto𝐿3𝑇1 .

Aplicación MV

• Para aplicación de este método es necesario contar con un recipiente de forma conocida y contabilizar el tiempo de llenado con un cronómetro.

• Trazabilidad: Con este método se realiza una cuantificación directa del volumen o masa del flujo, por lo tanto si se tienen conocidas las dimensiones y el tiempo de llenado, se dice que se tiene un método primario.

• Ventajas: • Este método es el utilizado para la calibración de los medidores de flujo en

tuberías, por el ejemplo el IMTA cuenta con dos bancos para la calibración de micro y macromedidores en tuberías de agua fría.

• Desventajas:• Sólo se aplica en forma directa a caudales pequeños (30 𝑙/𝑠 o menos)

Método de área velocidad

El principio de

conservación es la

medición del número

de partículas fluidas

que se desplazan en

una sección

transversal,

𝑄 = 𝑠 𝒏 ∙ 𝒗 𝑑𝐴

Donde 𝒗, es el vector

velocidad; 𝒏, vector

normal a la sección;

𝑑𝐴, diferencial de

área, y 𝑆 sección

transversal de la vena

líquida

𝒏 𝒗

𝑆

Aplicación práctica

(dice vs debe)Se discretiza la sección transversal y se mide en forma directa la velocidad,

𝑄 =

𝑖=1

𝑛

𝑈𝑖𝐴𝑖

=

𝑖=1

𝑛

𝑈𝑖𝑤𝑖𝑑𝑖

Donde 𝑈𝑖, velocidad media en el área discreta; 𝐴𝑖, área discreta

𝑤𝑖

𝑑𝑖

𝑈𝑖

Número de dovelas

Ancho del

cauce

No. dovelas

b < 0.5 m 5 a 6

0.5 < b < 1.0 m 6 a 7

1 < b < 3.0 m 7 a 12

3 < b < 5 m 13 a 16

b > 5 m 20 a 22

𝑏

Equipos para medir

velocidad

• Molinetes

• Medidores de

velocidad ultrasónicos

de efecto Doopler

• Perfiladores

ultrasónicos de efecto

Doopler

• Medidores

ultrasónicos de

tiempo de travesía de

múltiples pares

Medición de velocidad

• Reducción de puntos

• Un punto 𝑈 = 𝑈0.6

• Dos puntos 𝑈 = 0.5 𝑈0.2 + 𝑈0.8

• Tres puntos 𝑈 = 0.25 𝑈0.2 + 2𝑈0.6 + 𝑈0.8

• Cinco puntos 𝑈 = 0.1 𝑈𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 +3𝑈0.2 +3𝑈0.6 + 2𝑈0.8 +

Cálculo de gasto con el método

de la sección promedio

Se mide la velocidad

en los extremo de la

dovela

La integración del

caudal se calcula con

la ecuación siguiente,

𝑄 = 𝑏𝑛+1 − 𝑏𝑛𝑑𝑛+1 + 𝑑𝑛2

𝑈𝑛+1 + 𝑈𝑛2

𝑏𝑛

𝑑𝑛+1

𝑏𝑛+1

𝑑𝑛

𝑏

𝑑

Cálculo del gasto con el método de

la sección mediaSe mide la

velocidad en el

centro de la dovela

La integración del

caudal se calcula

con la ecuación

siguiente;

𝑄 =

𝑛=1

𝑁

𝑈𝑛𝑑𝑛𝑏𝑛+1 − 𝑏𝑛2

𝑏𝑛−1 𝑏𝑛

𝑑𝑛

𝑏

𝑑

𝑏𝑛+1

Recomendaciones

• La sección de aforo debe

encontrarse en un tramo

recto, con pocas

variaciones espaciales en

la sección transversal,

• Número de dovelas por

sección transversal 20

para un canal > 10 m.

• Para una medición de tipo

hidrológica se acepta la

medición con puntos

reducidos 0.6𝑦 o 0.2,0.8𝑦

• En caso de controversia

entre volúmenes la

medición es 3 puntos

0.2, 0.6, 0.8𝑦

• Calibración reciente (no

necesaria para ADV).

0.6𝑦

0.2𝑦

0.8𝑦

𝑈

Norma de

referencia

• ISO-748:2004 Measurement of liquid in open channels – velocityarea methods

• En el mejor de los casos la incertidumbre global es < 5%

• Antes de que la aparición de los equipos ultrasónicos este valor de incertidumbre era difícil de obtener.

Método de cambio

de régimen

Con la ecuación de la

energía se demuestra la

unicidad en la relación

tirante-caudal

Este método es confiable y

con bajo mantenimiento

Principio hidráulico

El principio de la energía mínima

sucede cuando existe una caída de

agua (cascada).

En esta condición el tirante 𝐻 se

presenta para un sólo caudal 𝑄

Por lo tanto

𝑄 ∝ 𝐻

Dependiendo de la sección

transversal se tienen curvas

diferentes, por ejemplo para un

aforador Parshall.

𝑄 = 𝐶𝑑𝑏 ℎ 3 2

Donde 𝐶𝑑, coeficiente de descarga; 𝑏, el ancho de la garganta y ℎ, la carga

aguas arriba de la descarga.

𝑦𝑐

𝐻

Tipos de aforadores de cambio de régimen

• Aforador de garganta larga

• Los coeficientes de descarga son ajustables matemáticamente con

una teoría de capa límite.

• Aforador Parshall

• Los coeficientes son para anchos de canal pre-establecido (en

unidades inglesas)

• Aforador de venturi

• Aforador triangular

Medición con equipos acústicos

(ondas de ultrasonido)

Motivación

• Los medidores acústicos no tienen elementos mecánicos y no inducen perturbaciones en el medio.

• Medición sobre un principio físico,

• Aplicable con alta precisión en diferentes anchos de la sección transversal,

• Los costos de instalación y mantenimiento bajos en comparación con los métodos tradicionales (especialmente en canales y ríos).

• Pueden medir diferentes tipos de fluidos (agua, gas, amoniaco, petróleo, gasolina, etc.)

Rangos de Aplicación de la medición

acústica• Medidores de tiempo de travesía

• Aplicaciones: tuberías a presión (2” a 11m), canales (2

m a 500 m).

• Precisión de 0.5% a 2%.

• Medidores de efecto Doppler

• Aplicaciones: tuberías a presión (2” a 3m), canales (2 m

a 40 m), perfilación para determinación de corrientes

(1.5 a +4000 m)

• Precisión de 2% a 5%.

Medidores de tiempo de travesíaMulti-trayectorias interno

Externo de

una

trayectoria

Medidores multi-trayectorias en canal

20m

40m

200m

Funcionamiento del

medidor de tiempo de

travesía (transit time)

• Un medidor de tiempo de

travesía es un

instrumento para medir la

“velocidad”, por el efecto

de retraso o adelanto de

un pulso acústico entre

dos sensores, orientados

oblicuos a tubería.

Recomendaciones de uso en tuberías

• Se debe tener un tramo recto sin estructuras (válvulas, reducciones, tomas piezométricas) con una longitud de al menos 10 ⊘

• El flujo debe ser en una fase, si se tiene sedimentos estos deben estar uniformemente distribuidos en la columna

• Si existe varios codos antes del sitio de medición, se tiene que evaluar que exista un flujo secundario y la señal puede ser ruidosa (flujo swirl)

Cálculo de flujo con

múltiples trayectorias

para tuberíasEl caudal se estimada

𝑄 = 𝐴

𝑖=1

𝑁

𝑤𝑖𝑈𝑖

Donde las velocidades 𝑈𝑖 son las determinada en cada plano 𝑖 =1,2, , ⋯ , 𝑁 , y 𝑤𝑖, es un factor de

ponderación de la integración del área de influencia de cada medidor.

Según la IEC 60041 para condisiderar está técnica como primaria se debe tener cuatro planos con ocho pares de sensores cruzados

Incertidumbre < 0.5%

Par de sensores 1

Par de sensores 2

Par de sensores 3

Par de sensores 4

Diámetro

Cálculo de flujo con

múltiples trayectorias

para canalesEl caudal se estimada

𝑄 = 𝐴

𝑖=1

𝑁

𝑤𝑖𝑈𝑖

Donde las velocidades 𝑈𝑖 son las determinada en cada plano 𝑖 =1,2, , ⋯ , 𝑁 , y 𝑤𝑖, es un factor de

ponderación de la intefración del área de influencia de cada medidor.

La forma de integrar los valores de ponderación se ajustan por el Método de sección media o sección promedio (similar a la ISO 748 )

Incertidumbre < 5%‼

Par de sensores 1

Par de sensores 2

Par de sensores 3

Par de sensores 4

Tirante

Medidores Doppler

Lateral en canal

Perfilador de velocidad

móvil

Medidores de efecto doppler

Medidor ultrasónico Doppler

• Principio, se tiene una fuente de emisión

de un pulso de sonido, cual se traslada a

través del agua.

• El pulso es reflejado por las partículas que

son transportadas por el flujo (sedimento,

materia orgánica o burbujas), estas reemite

el pulso, pero si la partícula se aleja del

sensor se disminuye la frencuencia o en

caso contrario aumenta la frecuencia.

Ejemplo de corrimiento doppler

Por ejemplo si tenemos una frecuencia 𝑓 del oleaje

cerca de la costa, si caminamos desde el punto 1 a 2,

entonces la frecuencia del oleaje que registramos

𝑓1−2 > 𝑓 y ahora realizamos el caso inverso 𝑓2−1 < 𝑓

Esta difencia de frecuencias están en función de la

velocidad y sentido con nos traladamos del punto 1 a 2,

(efecto Doppler)

1 2

Perfilación acústica

Pulso transmitido

𝑓0

𝑇𝑝

El objeto se acerca

El objeto se aleja

Condición estacionaria

Pulso recibido 𝑓𝐷

𝑓𝐷 < 𝑓0

𝑓𝐷 > 𝑓0

𝑓𝐷 ≈ 𝑓0

Perfilación acústica

• En caso de un perfilador

acústico se emite la señal a un

frecuencia 𝑓

• En el proceso de recepción se

corta el registro en intervalos

discreto ∆𝑡

• Para cada ∆𝑡 se tiene un

cambio de frecuencia 𝑓𝐷, entonces se tienen diferentes

velocidades a lo largo de la

columna de agua

Determinación

del caudal

Para los equipos

móviles (botes) el

caudal se

determina por

medio del método

de área-velocidad

(ISO-748),

𝑄 =

𝑖=1

𝑛

𝑈𝑖𝐴𝑖

=

𝑖=1

𝑛

𝑈𝑖𝑤𝑖𝑑𝑖

Perfil

Vertical

Profundidad

de las celdas

Generalidades del perfilador acústico

montado en un barco

Perfilador SonTek

• 5 – Sensores ultrasónicos

• 4 sensors para medición de velocidad• Frecuencia 3 Mhz

• Rango de perfilación de velocidad~0.2 m to 5.0 m

• 1 sensor para medir la profundidad• Frecuencia 1 Mhz

• Rango ~0.15 - 15m

• Frecuencia de muestreo 1 Hz

S5

Perfilador SonTek

• 9- Sensores ultrasónicos

• 4 Sensores a 1 Mhz

• 4 Sensores 3 Mhz

• 1 Sensores de profundidad

de 0.5 Mhz

• Rango de perfilación de ~0.3

m – 30.0 m

• Frecuencia de muestreo 1

Hz.

M9

Configuración automática• El equipo ajusta el tamaño de la celda en función de profundidad

• Opera para banda ancha.

• Para el cálculo de gasto determina la velocidad media por dovela

TRDI – RiverRay

• Transductor Phased array (cara plana)

• Sensor con un ángulo de 30 grados

• Frecuencia única de 600 kHz

Seguimiento del perfilador con GPS • Los equipos cuentan con tres opciones de rastreo,

de fondo (botton tracking), GPS-GCA, GPS-VTG

GGA VTG

Prueba de movimiento de fondo (MF)• Tres métodos para detector el MF

1. Prueba fija - sin GPS

2. Prueba fija - con GPS

3. Método loop

Flo

w

DUP

Número de transectos

Tiempo de prueba0 500 1000-10

0

10

0 1000 2000-10

0

10

0 2000 4000-10

0

10

0 1000 2000 3000 4000 5000-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Duration in seconds

Perc

en

t D

iffe

ren

ce f

rom

12-P

ass M

ean

1

2

4

6

8

Oberg and Mueller (2007a). “Validation of Streamflow Measurements Made with

ADCPs.” Journal of Hydraulic Engineering, 133(12), 1421-1432.

Aforo en río Grijalva en Frontera Tabasco, caudal 3722 m3/s,

agosto 2013

(referencia doble GPS y ajuste de salinidad con CTD)

Ejemplo de aforo con un equipo móvil en

el canal Alto del Yaqui (IMTA 2006)

Ejemplo de verificación de un aforo con

metodologías diferentes

• Sitio de medición, a la salida de la presa

Mocúzari en el Distrito de Riego 038

• Equipos utilizados, perfilador acústico M9 Sontek

multifrecuencia, y molinetes mecánicos price AA

• Procedimiento de medición, con el equipo M9 se

realizó un aforo con movimiento continuo y

estacionario (ISO-748), en el caso del molinete el

operario aplicó el método de reducción de puntos

a 0.6 del tirante

Aforo con equipo M9 modo móvil

Aforo con equipo M9 modo

estacionario

Resumen de incertidumbre global

Tipo aforoCaudal(m3/s)

COV(m3/s)

p=0.95(m3/s)

Incertidu

mbre

global%

Móvil 48.43 0.87 1.74 4.51%

Estacionario (10dovelas) 47.604 1.82 3.64 8.41%

Estacionario (20dovelas) 48.003 1.06 2.12 -----

Molinete 47.566 0.308 1.232 5.48%

Perfiladores laterales SL/SW-ADCP

• Los equipos de medición de velocidad lateral o fondo (ADCP o ADV), utilizan para calcular el caudal el método de la velocidad índice (Index velocity method) (Schmidt 2004, 2005), y este consiste en una intercalibración de velocidades por medio de aforos en campo con molinete o perfilador móvil (ISO-748).

Perfilador ADV-fondo

Río Nazas Durango

Principios del método de la velocidad

índice

• El patrón de velocidad puede tiene cambios muy

importantes con relación al caudal y nivel.

• Para ajustar estos cambios se realiza un ajuste de la

velocidad medida en función del tirante Aforador de

tiempo de travesía

𝑄 = 𝐴 𝑦 𝛼 + 𝛽𝑦 𝑈𝐴𝐷𝐶𝑃

Estación de aforó Juan Sarabia

• Ubicado en el río Hondo, Quintana Roo

• Equipo: perfilador acústico ADCP de fondo

• Montaje: inmersión submarina

• Calibración: Método de la velocidad índice

Montaje del equipo ADCP

Características de la secciónElevaciones-área

Velocidad índice

Ejemplo de aforo de calibración

Hidrograma de la estación Juan Sarabia

Escala de gastos

• En la práctica se puede recomendar construir un escala

de elevaciones descargas

• Instalación del nivel

• Calibración para diferentes gastos

• Mantener el registro e incluso emitir alarmas de volúmenes

descargados

• En la estación Juan Sarabia se verificó la calidad en la medición de

caudales al instalar una escala

Calidad en la medición con la escala de

elevaciones gastos

Nivel en metros

Gasto

en m

3/s

CALIBRACIÓN DE UN EQUIPO

ACÚSTICO DOPPLER LATERAL CON

EL MÉTODO DE LA VELOCIDAD

ÍNDICE EN RÍO GRIJALVA

Ariosto Aguilar y Víctor Mejía

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

2011

Introducción

• La medición del caudal en ríos y canales a superficie libre

ha tenido un cambio tecnológico con el uso de equipos de

medición ultrasónica o de emisión de señal

electromagnética.

• Estos equipos permiten monitorear en forma continua la

variación del nivel, velocidad, y caudal y totalizar el

volumen;

• Estas cualidades o versatilidades de estos equipos han

sustituido con gran eficacia el procedimiento clásico de

aforo con molinete (Tamari y Aguilar-Chávez, 2007).

Determinación de la trazabilidad

• Aplicación de la ISO 17025 procedimiento de laboratorios

de medición y prueba

• En muchos casos, no es posible establecer el procedimiento de

medición, que asegure la trazabilidad en la estimación con el

principio de medición primaria de volumen o masa.

• Por este motivo, se han establecido algunos procedimientos

(Tamari y Aguilar, 2010) o normas (ISO 15769: 2010) que indican la

forma en cómo se debe calibrar los equipos de medición

ultrasónicos de efecto Doppler o ADP ( Acoustic Doppler Profiler)

en campo.

Método de calibración de un equipo ADP-SL (1)

Sea la ecuación de cálculo de caudal

QU=A(y) UR

donde, QU gasto o caudal que circula en el río o canal; A(y), función del área de la sección transversal; y , tirante en la sección transversal, y , UR velocidad media real que circula en la sección de aforo

La función de área para una sección prismática es

A(y) = a +b y + c y2

para una sección irregular se utilizá un polinomio de mayor de orden, este criterio lo han establecido los fabricantes de los equipos.

Método de calibración de un equipo ADP-

SL (2)Bajo este principio la velocidad índice se construye con el siguiente modelo:

UR =f (UADP-SL, y )

= a + b y + g UADP-SL y

donde UR , es la velocidad media medida con el equipo ADP-SL; f (UADP-SL, y ), modelo estadístico de correlación; y , tirante en la sección transversal y , UADP-SL , velocidad media real que circula en la sección de aforo.

La propuesta del modelo correlación estadística que han definido los fabricantes de los equipos es (Schmidt y Espey, 2004):

La propuesta del modelo anterior indica que se tiene una correlación lineal entre la velocidad medida por el equipo ADP y la real que se tiene en la sección transversal, y los fabricantes de equipos consideran que este modelo es suficiente para obtener una calibración en caudal de un equipo ADP en un río o canal.

Sitio de instalación

Ubicación de la estación hidrométrica de la mandarina

Proceso de instalación del equipo ADP-SL

Montaje del equipo

Aforos de calibración

Aforo con equipo ADP montados en barquitos

Resultado de aforo para 1400 m3/s

Curva de calibración por el método

de la velocidad índice

Curva de la velocidad índice

V media = 0.8531 Vx + 0.0412

R2 = 0.963

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Vx (m/s)

V m

ed

ia (

m/s

)

Verificación

calibración

Lineal (calibración)

Incertidumbre global del equipo

ADP-SL

-12%

-9%

-6%

-3%

0%

3%

6%

9%

12%

300 400 500 600 700 800 900

Q (m3/s)

DQ

(%

)

AQ (verificación)

AQ (calibración)

p= 0.95

p=-0.95

Incertidumbre = 7.68% (p=0.95)

Discusión

• En estricto sentido estadístico el modelo para estimar la incertidumbre debe ser la acumulación de la incertidumbre global del equipo de calibración (ADP móvil montado en un barquito), adicionando la incertidumbre en la estimación de la velocidad con y la incertidumbre generada por el uso del modelo de correlación estadística indicado en la ecuación de caudal

• En la práctica de calibración se considera el valor del caudal con ADP móvil tiene un valor insesgado y el valor del ruido se conoce después de aplicar la repeticiones de calibración, entonces el valor de incertidumbre está englobado en el modelo de correlación estadística (4).

Prospectiva de uso de equipos ADP para

las estaciones hidrométricas

Metodología Equipo o parámetros

Incer

p = 0.95Costo de

operación

Rango de

operación

Q (m3/s)

Área-velocidad (ISO-

748)

Perfilador acústico

doppler ADP, móvil4% $$$ 0 - 2500

Velocidad índice

(ISO/TS 24154)

Perfilador acústico

doppler ADP lateral fijo

(ver gráficas 1 – 2)

7.7% $ 340 - 1500

Relación de carga-

caudal (ISO-1100-2)

Medición Aguas Arriba

del canal72% $ 0 – 10,000

Medición de diferencia

entre el nivel aguas

arriba – nivel aguas

abajo ( ajuste

polinomial de 4 orden)

28% $ 0 – 10,000

Método de caída –

relación constante

(ISO-9123)

Medición de Nivel

Aguas arriba y

diferencia de nivel

aguas arriba- nivel

aguas abajo

26% $ 0 – 10,000

INSTRUMENTACIÓN DE LA

ESTACIÓN DE AFOROS LOS

ALDAMAS N.L.

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

Coordinación de Tecnología Hidráulica

Subcoordinación de Obras y Equipos Hidráulicos

La Comisión Nacional del Agua, por medio de la Gerencia de Distritos y Unidades de Riego, encargó al IMTA poner en marcha un sistema para monitorear el gasto del río San Juán, a altura de la estación “Los Aldamas”

Antecedentes

Objetivo y alcances

Desarrollo e

instalación de un

sistema para

conocer en tiempo

real el gasto del

río San Juan, a

altura de la

estación de aforo

“Los Aldamas”

(N.L.)

En 2004, se estableció una curva tirante - gasto para la estación “Los Aldamas”.

Así, se puede estimar el gasto si se monitorea el nivel del agua en este sitio.

ISO 1100-2: 1998(E). Measurement of liquid flow in open channels, Part 2: Determination of the stage-discharge relation.

Calibración de la estación de

aforos

- Escala de Medición:

E.M. = 8 mEn casos extremos, el tirantepuede alcanzar los 16 m

- Precisión absoluta:

a = 10 mm

Precisión relativa:

r = 1 / 8,000 0.01 %

Requerimientos para el nivel y

caudal

Precisión en la determinación del caudal

Estación de aforo "Los Aldamas"

Error teórico sobre la estimación

del gasto, cuando se comete un

error de 1 cm para leer el tirante

<= Error relativo Error absoluto =>

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8

Tirante (m)

Err

or

rela

tivo

(%

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Err

or

ab

so

luto

(m3/s

)

Sistema de medición (3)

Equipo instalado en el puente

Reporte de caudal (28 de septiembre de

2005 en adelante)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

Días (inicio 29/09/2005)

Ga

sto

(m

3/s

)

Reporte de volumen acumulado

0

200

400

600

800

1000

1200

0 50 100 150 200

Días (inicio 28/09/05)

Vo

lum

en

(M

m3)

Volumen acumulado 1036.729 Mm3

(28 de septiembre de 2005 al 19 de abril de 2006)

Gracias