HIDROACUSTICA

HIDROLOGIA II

PROFESOR:

DR. WALTER GOMEZ LORA

INTEGRANTES:

- CALLE ESCALANTE, CINDY - CRUZ CHAVEZ, SABINA - MELLADO DELGADO, GABRIELA

2014

ING. AMBIENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

01/01/2014

HIDROACUSTICA 2014

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Tabla de contenido

1. INTRODUCCIN 4

2. OBJETIVO 5

2.1. Objetivo General ............................................................................................................. 5

2.2. Objetivo Especifico .......................................................................................................... 5

3. ANTECEDENTES 6

4. MARCO TEORICO 7

4.1. Estacin de aforo en un Rio ............................................................................................ 7

4.2. Aforo por el Mtodo del Correntmetro ........................................................................ 8

4.3. Determinacin de la velocidad media de la seccin de un rio ........................................ 8

4.4. Sistemas para la medicin de la velocidad media con el correntmetro ....................... 9

4.5. Hidroacstica En La Hidrologa ........................................................................................ 9

4.6. Cmo Funciona La Hidroacustica .................................................................................. 11

4.7. Tipos De Hidroacstica Medidores De Corriente ......................................................... 13

4.8. Medicin Del Caudal Con Mtodos Acsticos............................................................... 22

4.9. Tipos De Perfiladores .................................................................................................... 31

OTROS................................................................................................................................ 40

4.10. Marcas de los equipos ADCP ..................................................................................... 40

4.11. Qu Plataformas Son Necesarias .............................................................................. 45

4.12. Ventajas de los Perfiladores de Corriente Doppler (ADCP)....................................... 46

4.13. Desventajas de los Perfiladores de Corriente Doppler (ADCP) ................................. 48

4.14. Error en las mediciones ............................................................................................. 49

5. RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 50

BIBLIOGRAFA .................................................................................................................................... 52

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NDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustracin 1. Seccin transversal de un rio, se emiten el haz del ACPD ........................................... 11

Ilustracin 2. Se observa como el aforador maneja el equipo hidroacustico ................................... 12

Ilustracin 3. Tpico perfilador de corrientes acstico Doppler. Fotografa cortesa de los

instrumentos de RD ........................................................................................................................... 15

Ilustracin 4. Croquis que muestra las subsecciones de un canal del ro no se mide por un perfilador

de corrientes acstico Doppler (ADCP). ........................................................................................... 17

Ilustracin 6. Esquema de Sontek ADV Probe. ................................................................................ 20

Ilustracin 7 ....................................................................................................................................... 23

Ilustracin 8 Efecto Doppler .............................................................................................................. 24

Ilustracin 9 ....................................................................................................................................... 26

Ilustracin 10 ..................................................................................................................................... 28

Ilustracin 11 ..................................................................................................................................... 28

Ilustracin 12 ..................................................................................................................................... 29

Ilustracin 13 El medidor de efecto doppler del tipo perfilador puede medir velocidades en cada

celda de profundidad. ........................................................................................................................ 30

Ilustracin 14. El medidor de efecto doppler del tipo perfilador tiene emisores y receptores en la

parte frontal y en la parte posterior; as logra mayor precisin ...................................................... 30

Ilustracin 15. Sistema de movimiento de barco y magnetmetro fluxgate...................................... 32

Ilustracin 16. ADCP Rio Grande ...................................................................................................... 33

Ilustracin 17 ADCP Rio Grande, RiverRay y StreamPro................................................................... 35

Ilustracin 18 ADCP FLOWQUEST 600 kHz ....................................................................................... 38

Ilustracin 19. Como acta el perfilador horizontal .......................................................................... 39

Ilustracin 20. Perfilador horizontal .................................................................................................. 39

Ilustracin 21 WORKHORSE SENTINEL ADCP .................................................................................... 41

Ilustracin 223.: PHASED ARRAY ....................................................................................................... 45

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1. INTRODUCCIN

En el siguiente informe se describe como la Hidroacustica es aplicada en la hidrologa para

la realizacin de aforo, la Hidroacustica es una tcnica que utiliza el ultrasonido como

herramienta. El principio del mtodo ultrasnico consiste en medir la velocidad de la

corriente a una cierta profundidad, transmitiendo simultneamente ondas sonoras a travs

del agua mediante transductores colocados en ambos lados del ro. Esta velocidad puede

estar relacionada con la velocidad media de la corriente de toda la seccin transversal. Al

incorporar un factor de rea en el procesador electrnico, el sistema puede totalizar el

caudal. (Herschy, 1974)

La Hidroacustica utiliza la tecnologa ADP (acoustic doppler profiler) cuyo origen est

en california y que desde el ao 2003 se ha aplicado con xito en ros, canales y acequias.

El inters de la misma es, junto a la calidad de los datos que facilita, la sencillez de

implantacin y operacin de la misma no alterando los cauces y el hbitat. (Tomos, 2008)

Los equipos hidroacstica registra informacin de blancos acsticos de la seal emitida. Un

blanco acstico es cualquier organismo o material que produzca un eco que este dentro de

los lmites definidos por la frecuencia de la emisin para interpretar la posicin espacio

temporal en la columna de agua de los organismos. Los datos acsticos se obtienen

mediante una ecosonda, un transductor y una interfase, la cual a su vez est conectada a un

equipo de cmputo que cuenta con software especficos para procesar la informacin que se

est recibiendo. (Greene Wiebe)

En el Per ya se ha estado utilizando este mtodo con el equipo ADCP (RDI ro grande)

en las campaas de aforos y muestreo de la calidad qumica del agua y sedimentos en

especial en los ros amaznicos. (SENHAMI, 2008)

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2. OBJETIVO

2.1. Objetivo General

Realizar una descripcin detallada de la Hidroacustica, como esta tcnica de apoyo

interviene en la hidrologa calculando el caudal circulante por una seccin as como

otros parmetros de especial inters como el rea, distribucin de velocidades y la

temperatura del flujo.

2.2. Objetivo Especifico

Aprender el manejo y identificarla importancia de la utilizacin de los equipos

perfiladores acsticos.

Describir como el ultrasonido permite calcular las velocidades en cada columna de

una seccin de aforo.

Buscar las marcas de equipos hidroacstica ADCP y describir sus caractersticas

que la diferencian.

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3. ANTECEDENTES

Instrumentacin hidroacstica en muchas aplicaciones ofrece ms datos detallados y de

mejor calidad a un menor costo, mientras que son ms fciles y seguro de usar que los

modelos ms antiguos de medidores de corriente. Acstica tecnologas de velocidad pueden

reportar componentes del vector de velocidad del agua velocidad que pueden mejorar la

precisin de la medicin y son esenciales para mediciones de caudal precisas en situaciones

de bidireccional fluir. Velocmetros Doppler acsticos (ADVS) Han hecho posible para

medir de forma ms asequible y fcil vectores actuales de flujo en entornos de campo.

Debido a las ventajas que hidroacstica instrumentos ofrecen, muchas agencias

gubernamentales estn aumentando el uso de la instrumentacin.

Existente directrices y normas para la hidrometra OMM incluyen la gua de prcticas

hidrolgicas, OMM-N 168, de los captulos 10, 11, 12 y 13 (OMM 1994), y el manual

sobre el aforo de caudales, OMM-N. 519 (OMM 1980). Estos documentos estn

destinados a proporcionar una orientacin general e informacin especfica,

respectivamente, el aforo de caudales prcticas. No estn destinados a proporcionar

resultados detallados de las pruebas de la tecnologa de medicin de flujo y tcnicas de

medicin. Ambos documentos fueron sustancialmente escrito antes de que el desarrollo de

instrumentacin hidroacstica. La metodologa utilizada por los ADCP, Doppler cambio,

no duplica la metodologa utilizada por la corriente ms viejo metros. Adems, un ADV, a

diferencia de la instrumentacin anterior, vectores de las medidas de velocidad. Aumento y

demandas ms complejas los suministros de agua se requiere que la incertidumbre del flujo

mediciones pueden cuantificar mediante el uso de mtodos estandarizados similares a las

aprobadas por la organizacin internacional de normalizacin (1983, 1993), Instituto

americano de aeronutica y astronutica (1995), el instituto nacional de estndares y

(Taylor pruebas y kuyant 1994), y el reino de acreditacin estados servicio (1997). Una

nueva edicin de la gua de prcticas hidrolgicas de la OMM es actualmente en las etapas

finales de preparacin y debe ser publicada sin embargo en 2007, el uso de instrumentos

hidroacstica es contina evolucionando en respuesta a las nuevas mejoras en la

instrumentacin. Ms reciente y la informacin ms amplia sobre la adecuada uso de

instrumentos y metodologas hidroacstica y sus incertidumbres se necesita para avanzar en

el estado actual de la prctica.

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4. MARCO TEORICO

4.1. Estacin de aforo en un Rio

El aforo de un ro tambin tiene lugar en una seccin transversal del curso de agua, a la

que llamaremos la seccin de control.

El lugar donde siempre se va a aforar el agua, toma el nombre de estacin de aforos o

foronmica.

El lugar que se escoja para establecer una estacin de aforo debe reunir ciertos

requisitos, algunos de los cuales ya fueron mencionados al tratar las condiciones de la

seccin de aforos. A saber:

1. El tramo del ro que se escoja para medir el caudal del agua circulante debe ser

aproximadamente recto, en una distancia de 150 a 200 metros, tanto aguas arriba como

aguas abajo de la estacin de aforo. En este tramo recto, no debe confluir ninguna otra

corriente de agua, ni existir prdidas o derivaciones del recurso.

2. La seccin de control debe estar ubicada en un tramo en el cual el flujo sea calmado

y, por lo tanto, libre de turbulencias, y donde la velocidad de la corriente est ubicada

dentro de un rango que pueda ser registrado por un correntmetro.

3. El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales, de piedras

grandes, bancos de arenas, etc., para evitar imprecisiones en las mediciones de agua.

Estos obstculos hacen ms imprecisas las mediciones en pocas de estiaje.

4. Tanto agua abajo como aguas arriba, la estacin de aforo debe estar libre de la

influencia de puentes, presas o cualquier otra construccin que pueda afectar las

mediciones.

5. El sitio debe ser de fcil acceso para realizar las mediciones.

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4.2. Aforo por el Mtodo del Correntmetro

El correntmetro o corrientmetro es un instrumento apto a medir la velocidad de

corrientes en el mar, en los ros, arroyos, estuarios, puertos, modelos fsicos en

laboratorio, etc. Existen algunos modelos que adems registran su direccin,

profundidad e inclinacin respecto de la vertical, temperatura de agua de mar, presin y

conductividad. Su modalidad de registro puede ser papeleta inscriptora, cinta magntica

o memoria de estado slido.

Existen varios tipos de correntmetros, siendo los ms empleados los de hlice de los

cuales hay de varios tamaos; cuanto ms grandes sean los caudales o ms altas sean las

velocidades, mayores debe ser tambin el tamao del aparato. Cada correntmetro debe

tener un certificado de calibracin en el que figura la frmula necesaria para calcular la

velocidad del agua sabiendo el nmero de vueltas o revoluciones de la hlice por

segundo. Estos correntmetros se calibran en laboratorios de hidrulica; una frmula de

calibracin, como la empleada en nuestro estudio, es la siguiente:

v = a n + b

Dnde:

v = es la velocidad del agua, expresada en m/s.

n = es l nmero de vueltas de la hlice por segundo.

a = es el paso real de la hlice en metros.

b = es la llamada velocidad de frotamiento en m/s.

4.3. Determinacin de la velocidad media de la seccin de un rio

Para determinar la velocidad media promedio de la seccin de un rio se debe tener

varias verticales. Para saber cuntas verticales se debe considerar en la seccin, se

puede tomar el criterio el cual considera que las subsecciones no tengan ms del 5%

del total del ancho.

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Para no tomar varios puntos en cada vertical de la seccin del rio, se puede tomar el

Mtodo de un punto o el Mtodo de los dos puntos. Para aplicar el primer mtodo

mencionado la profundidad de la vertical no debe pasar de 70 cm aproximadamente,

tomndose a 0.6 % y para aplicar el segundo mtodo la profundidad de la vertical

debe ser de 2 m aproximadamente, tomndose a 0.2 y 0.8%.

Las velocidades obtenidas en cada vertical de la seccin del rio se promedian para

obtener una velocidad media de la seccin. Al multiplicar este valor por el rea de la

seccin transversal se obtendr el caudal de la seccin del rio.

4.4. Sistemas para la medicin de la velocidad media con el correntmetro

Mtodo de Suspensin

Este mtodo se realiza mediante un puente o mediante el carro warror (de una

orilla a la otra). Cada vez que va pasando de un lado a otro va midiendo la velocidad

en cada vertical utilizando el correntmetro.

Mtodo de Badeo

Este mtodo realiza la medicin de la velocidad directamente con la persona dentro

del rio. La persona va midiendo la velocidad en cada vertical de las subcciones de la

seccion del rio.

4.5. Hidroacstica En La Hidrologa

De descarga es el volumen de agua que se mueve hacia abajo una corriente o ro por

unidad de tiempo, comnmente expresado en pies cbicos por segundo o galones por

da. En general, la descarga del ro se calcula multiplicando el rea de agua en una

seccin transversal del canal por la velocidad media del agua de dicha seccin

transversal:

=

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El USGS utiliza numerosos mtodos y tipos de equipos para medir la velocidad y el

rea de la seccin transversal, incluyendo el siguiente medidor de corriente y Doppler

acstico actual Profiler.

Profiler acstico Doppler Current

En los ltimos aos, los avances tecnolgicos han permitido que el USGS para hacer

mediciones de caudal mediante el uso de un acstico Doppler Profiler actual (ADCP).

Un ADCP utiliza los principios del efecto Doppler para medir la velocidad del agua. El

efecto Doppler es el fenmeno que experimentamos cuando pas por un coche o tren

que est sonando el claxon. Como pasa el coche o en tren, el sonido de la bocina parece

caer en la frecuencia.

El ADCP utiliza el efecto Doppler para determinar la velocidad del agua mediante el

envo de un pulso de sonido en el agua y midiendo el cambio en la frecuencia de pulso

que sonido reflejado de vuelta a la ADCP por el sedimento u otras partculas se

transportan en el agua. El cambio en la frecuencia, o Shift Doppler, que se mide por el

ADCP se traduce en la velocidad del agua. El sonido se transmite al agua desde un

transductor a la parte inferior del ro (diagrama de abajo) y recibe seales de retorno a

travs de toda la profundidad. El ADCP tambin utiliza acstica para medir la

profundidad del agua midiendo el tiempo de viaje de un pulso de sonido en alcanzar el

fondo del ro del nuevo a la ADCP

Para realizar una medida-ment de descarga, el ADCP se monta en un barco o en una

embarcacin pequea (diagrama de arriba), con sus haces acsticos dirigidos en el agua

desde la superficie del agua. El ADCP se gua despus a travs de la superficie del ro

para obtener mediciones de la velocidad y la profundidad a travs del canal. La

capacidad de seguimiento-ro abajo de las vigas acsticas ADCP o un Sistema de

Posicionamiento Global (GPS) se utiliza para realizar el seguimiento del progreso de la

ADCP a travs del canal y proporcionar mediciones de canal ancho. El uso de la

profundidad y la anchura para el clculo de la zona y las mediciones de la velocidad, la

descarga es calculado por el ADCP = velocidad de descarga usando zona, similar al

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mtodo actual-metro convencional. Velocmetros acsticos tambin se han desarrollado

para realizar mediciones de vadeo (foto a la izquierda).

El ADCP ha demostrado ser beneficioso para streamgaging de varias maneras. El uso

de ADCP ha reducido el tiempo que se necesita para hacer una medicin de la descarga.

El ADCP permite mediciones de descargas que se realizan en algunas condiciones de

inundacin que antes no eran posibles. Por ltimo, el ADCP proporciona un perfil

detallado de la velocidad del agua y la direccin para la mayora de una seccin

transversal en lugar de slo en localizaciones de puntos con un medidor de corriente

mecnica; esto mejora la precisin de la medicin de descarga. (http:// Water.

usgs.gov/edu/streamflow2. html)

4.6. Cmo Funciona La Hidroacustica

La hidroacstica se basa en unos principios relativamente sencillos. El transductor

convierte la seal elctrica desde el transmisor dentro de la sonda en un pulso acstico,

y transmite esa energa en el agua. De manera recproca, el transductor recibe los ecos

acsticos (de objetivos en la columna de agua y la parte inferior) y las convierte en

seales elctricas. Dt-x transductores contienen el receptor y circuitos de conversin de

Ilustracin 1. Seccin transversal de un rio, se emiten el haz del ACPD

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analgico a digital, muy diferente de transductores analgicos encontrados en los

sistemas de ecosonda cientfica tradicionales u otros. El pulso de la energa viaja a

travs del agua a una velocidad de aproximadamente 1500 m / seg. Cuando el pulso

acstico se encuentra con un objeto, tal como un pez o el fondo, parte de la energa (es

decir, un eco) es reflejada de vuelta al transductor. Si el nivel de la seal supera un nivel

umbral seleccionado por el usuario, aparece una marca en el ecograma. La distancia

desde la parte superior de la pantalla para la marca es proporcional al tiempo de viaje

para el impulso de viajar desde el transductor a la meta y la espalda. Puesto que la

velocidad en el agua es conocida, rango (distancia desde el transductor) se puede

calcular a partir de este tiempo de viaje. Mediante la recopilacin de los ecos de muchas

transmisiones consecutivas, el tiempo en el haz acstico, el cambio en el alcance y la

direccin de desplazamiento de objetivos se puede determinar. El biosonics dt-x

echosounder utiliza un procesador embebido basado en linux que automticamente

marcas de tiempo, referencias geogrficas y almacena digitalmente los datos para la

reproduccin y el anlisis. (http:// www.biosonicsinc.com/resources-what-is-

hydroacoustics.asp)

Ilustracin 2. Se observa como el aforador maneja el equipo hidroacustico

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4.7. Tipos De Hidroacstica Medidores De Corriente

El Georgia Distrito USGS utiliza tres tipos de hidroacstica medidores de corriente para

medir el caudal. Estos tres tipos de medidores de corriente hidroacsticos son la acstica

Perfilador de corrientes Doppler (ADCP), el Doppler acstico velocmetro (ADV), y la

velocidad Doppler acstico metros (ADVM).

4.7.1. Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)

Perfilador de corrientes Los principales componentes externos de un ADCP son un

conjunto de transductor y una caja de presin. El conjunto de transductor consta de cuatro

transductores que operan a una frecuencia ultrasnica fija, tpicamente 300, 600, o 1200

kilohercios (kHz). Los transductores estn espaciados horizontalmente 90 grados aparte en

el conjunto de transductor; todos los transductores tener el mismo ngulo fijo respecto a la

vertical, se refiere como un "ngulo de haz", que es tpicamente 20 o 30 grados. El

conjunto de transductor puede tener una configuracin convexa o cncava. La presin caso

est fijado al conjunto transductor y contiene la mayora de la electrnica del instrumento

(Ilus.3). Cuando un ADCP se despliega a partir de un movimiento barco, que est

conectado por cable a una fuente de alimentacin y a un microordenador porttil. El

ordenador se utiliza para programar el equipo, supervisar su operacin, y recoger y

almacenar los datos. Principios operacionales La magnitud medidas ADCP velocidad y la

direccin mediante el desplazamiento Doppler de acstica energa reflejada por el material

suspendido en el columna de agua. El ADCP transmite pares de corto pulsos acsticos a lo

largo de un haz estrecho de cada uno de los cuatro transductores. Como los pulsos viajan a

travs la columna de agua, golpean sedimento suspendido y partculas orgnicas (referidos

como "dispersores") que reflejan parte de la energa acstica de nuevo al ADCP. El ADCP

recibe y registra los pulsos reflejados. Los impulsos reflejados se separan por diferencias de

tiempo en sucesiva, de manera uniforme volmenes separados llamados "clulas de

rotundidad." El desplazamiento de frecuencia (conocido como el "efecto Doppler") y el

cambio de hora de tiempo entre los sucesivos pulsos reflejados son proporcionales a la

velocidad de los dispersores relativos a la ADCP. El ADCP calcula un componente de

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velocidad a lo largo de cada haz; porque las vigas estn posicionados ortogonalmente a uno

al otro y en un ngulo conocido de la vertical (generalmente 20 o 30 grados), relaciones

trigonomtricas se utilizan para calcular de tres dimensiones watervelocity vectores para

cada celda profundidad. Por lo tanto, la ADCP produce perfiles de velocidad verticales

compuestas de velocidad del agua e instrucciones en forma regular intervalos espaciados.

Mediciones de descarga ADCP se hacen desde embarcaciones en movimiento; por lo tanto,

las velocidades del barco debe ser restado del ADCP medido velocidades del agua. ADCP

se puede calcular el barco velocidad y direccin usando "seguimiento inferior". El fondo

del canal es seguido por la medicin de la desviacin Doppler de acstica pulsos reflejados

desde la parte inferior para medir barco velocidad; direccin se determina con el ADCP

brjula a bordo. Si el fondo del canal es estacionario, esta tcnica mide con precisin la

velocidad y la direccin del barco. El bottomtrack ecos tambin se utilizan para estimar la

profundidad del ro.

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Mediciones de descarga ADCP se hacen moviendo el ADCP a travs del canal, mientras

que

recoge perfil vertical-la velocidad y la profundidad de canal datos.

Ilustracin 3. Tpico perfilador de corrientes acstico Doppler. Fotografa cortesa de los

instrumentos de RD

El ADCP transmite pulsos acsticos en la columna de agua. Los grupos de impulsos

incluyen legumbres y leguminosas parte inferior de seguimiento de perfiles de agua. Un

grupo de impulsos que contiene un operador conjunto nmero de impulsos de perfiles de

agua (o agua pings) intercalados con un nmero de operador-conjunto de pulsos inferior de

seguimiento (o pings abajo) es un "Ensemble"; un solo conjunto puede compararse a una

sola vertical desde una descarga convencional de medicin. Un solo cruce de la corriente de

un lado a la otra que se conoce como una Cada "transecto." transecto normalmente contiene

muchos conjuntos. Cuando se conocen la profundidad y agua velocidades para cada

conjunto, un ADCP puede calcular la cumplir para cada conjunto. La descarga de todos los

conjuntos de transectos se suma, dando un clculo del caudal del ro para la totalidad

transecto. Parmetros operacionales ADCP (tales como longitud de clulas de profundidad,

nmero de agua y parte inferior pings al conjunto, y el tiempo entre pings) son establecido

por el usuario del instrumento. Los ajustes para estos parmetros se rigen por las

HIDROACUSTICA 2014

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condiciones del ro (tales como la profundidad y la velocidad de agua) y tambin por la

frecuencia y la configuracin fsica del ADCP unidad.

- Limitaciones operacionales

ADCP de estn sujetas a limitaciones operativas que influyen directamente en la calidad de

la descarga mediciones. Una de estas limitaciones es la incapacidad de un ADCP para

recoger los datos de todas las reas de los canales del ro. Subsecciones mensurable son

encontrados en la fabricacin de casi todos ADCP mediciones del caudal. reas

inmensurable incluir una parte superior, inferior, y lateral o de borde subsecciones (Ilust.

4). (De aqu en adelante, miden subreas de canales y no se mide por un ADCP se har

referencia a como "subsecciones.") La incapacidad de un ADCP para recopilar datos de la

subseccin superior es el resultado de tres factores: proyecto de transductor, zona muerta, y

lag. "Proyecto de transductor" se refiere a la distancia que los transductores estn

sumergidos. Los transductores debe ser sumergido por completo durante la descarga

medicin, y el ADCP no puede medir la parte de la columna de agua por encima de los

transductores. "Zona muerta" se refiere a una zona directamente debajo de los transductores

en el que ecos no pueden ser recibidas por los transductores a causa de sus propiedades

fsicas. "Lag" es la distancia entre porciones sucesivas de los pings de transmisin por un

ADCP. La suma del transductor proyecto, zona muerta, y el retraso es la longitud de la

porcin superior de la columna de agua que no puede ser perfilada por el ADCP.

Las velocidades del agua tambin no se pueden medir cerca del cauce (inciso final) porque

de la interferencia de los lbulos laterales. Interferencia del lbulo lateral resultados de la

acuacin de la parte inferior del canal por la energa de lbulo lateral de cada uno de los

cuatro acstica vigas. Las reflexiones de la energa de los lbulos laterales desde el fondo

del canal son fuertes y abrumar se hace eco de dispersores cerca de la parte inferior del

canal.

El espesor de la subseccin inferior es tpicamente aproximadamente el 6 por ciento de la

distancia desde el canal inferior a la ADCP para transductores con de 20 ngulos de haz

grado. Otra subseccin no medida es el borde subseccin. En muchos casos, las

profundidades es demasiado ro cerca de bordes poco profundo para la ADCP para medir.

HIDROACUSTICA 2014

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En el caso de un canal con un banco vertical, una Seal ADCP menudo golpear el banco y

el retorno un eco falso fondo, lo que lleva a la estimacin de menos profundidad cerca de la

orilla que est realmente presente. Cuando el ADCP empieza a subestimar el profundidad

real, la recoleccin de datos debe parar, dejando la porcin del canal cerca de la pared (el

borde subseccin) no medida. La recogida de datos y el procesamiento de ADCP software

se aproxima a la aprobacin de la gestin en la subsecciones no medidos por watervelocity

extrapolando datos de la subseccin medido (Ilust. 4) y multiplicando esta velocidad no

medida por el rea de la subseccin. Las velocidades de la parte superior e inferior

subsecciones se estiman mediante la extensin del perfil vertical-velocidad medida a travs

las subsecciones no medidos. Dos extrapolaciones esquemas estn disponibles para la

ampliacin de la vertical,

Ilustracin 4. Croquis que muestra las subsecciones de un canal del ro no se mide por un

perfilador de corrientes acstico Doppler (ADCP).

Otras limitaciones operacionales tambin pueden afectar mediciones del caudal. Velocidad

de la embarcacin puede significativamente afectar a la precisin de la descarga ADCP

mediciones. Conforme aumenta la velocidad del barco, la medicin precisin disminuye.

Para mediciones en corrientes de movimiento lento, en particular, los barcos deben cruzar

HIDROACUSTICA 2014

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la corriente muy lentamente para minimizar error de medicin.

- Profiler acstico Doppler Current

Las unidades ADCP se montaron en barcos para recoger la coleccin-datos del alta.

Mediciones de descargas se intentaron con ya sea un 1200- o un ADCP frecuencia de 600

kHz, o tanto, en todos los centros de evaluacin. El 1200-y-600 kHz unidades se usaron en

las evaluaciones Debido a que estos son los tipos de de ADCP ms comnmente utilizado

por

el USGS. ADCP utiliza en los sitios de evaluacin tuvo ngulos transductor de haz de 20

grados. Cabeceo y balanceo indemnizacin era activo en todas las unidades. Parmetros de

recopilacin de datos ADCP se establecen por el operador del instrumento con el uso de un

archivo de configuracin. Estos archivos se crean en el microordenador usando el software

o una ADCP programa editor de texto y luego se descargan en el ADCP. Parmetros de

configuracin seleccionados ADCP-para cada uno de los sitios de evaluacin se dan.

- Anlisis de Error Profiler Medicin

ADCP error de medicin de caudal tiene un nmero de posibles fuentes, incluyendo error

de velocidad-medicin, los errores en la descarga extrapolacin a travs de las subsecciones

no medidos, y fluctuaciones de velocidad naturales en el ro o corriente. Una indicacin del

error de medicin de descarga ADCP es el desviacin estndar de la descarga ADCP

medicin. La desviacin estndar de un Medicin de la descarga ADCP es el estndar

desviacin de la serie de descargas de transectos que componer la medicin. Cada medicin

de la descarga ADCP es el suma de los caudales medios de la medida y no medida

(superior, inferior, y el borde) del canal subsecciones. Por lo tanto, una desviacin estndar

puede se computar para la descarga en cada subseccin; este desviacin estndar indica la

medicin error de descarga para cada subseccin, as como la contribucin relativa de cada

subapartado para la ADCP error de medicin de caudal. Las desviaciones estndar de alta

fueron calculadas para cada subseccin en el 31 ADCP mediciones .Las desviaciones

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estndar de aprobacin de la gestin se hacen referencia en lo sucesivo como "estndar

desviaciones ", y la descarga en una subseccin es denominado "descarga subseccin."

Standard desviaciones en los incisos medidos oscilaron de aproximadamente 1 a 7 por

ciento del correspondiente. (Scott E. Morlock, 2002)

4.7.2. Acstico Doppler Velocimetra ADV

Un velocmetro acstico Doppler (ADV) opera por el principio de desplazamiento Doppler.

Este concepto se ilustra con un ejemplo simple: si usted est parado en un cruce de

ferrocarril y un tren resuena su cuerno a su paso por el, se oye la bocina en un tono ms alto

que el tren se acerca, y luego un tono ms bajo, ya que deja. Cuando el tren se mueve hacia

usted, el sonido olas de la bocina se comprimen (lo que significa una mayor frecuencia) y

percibir la sonar en un tono ms alto. A medida que el tren te deja, las ondas de sonido ya

no se comprimen y se escucha un ruido de baja frecuencia ms baja de tono.

Este cambio en la frecuencia se puede calcular usando la ecuacin:

Donde

Fdoppler = cambio en la frecuencia recibida (efecto Doppler); Fsource = frecuencia de

transmisin de sonido; V = velocidad de la fuente en relacin con el receptor; C =

velocidad del sonido.

Para que exista un desplazamiento Doppler, debe haber movimiento relativo entre el sonido

y el observador; si usted estuviera en el tren y se mueve con l, haremos or la bocina del

tren en un terreno de juego durante todo el viaje. Esto se evidencia en la ecuacin - si la

velocidad relativa entre el sonido y el observador es cero (V = 0), no hay desviacin de

cero de la frecuencia.

El ADV utiliza este principio para medir la velocidad del agua en tres dimensiones. El

dispositivo enva un haz de ondas acsticas a una frecuencia fija de una sonda transmisor.

HIDROACUSTICA 2014

20

Estas ondas rebotan de mover partculas en el agua receptora y tres sondas "escuchar" para

el cambio en la frecuencia de las ondas devueltos. El ADV entonces calcula la velocidad

del agua en las direcciones x, y, z. Un esquema general del ADV se muestra en la

ilustracin 6. (http://web.mit.edu/fluids-

odules/www/exper_techniques/1.ADV.Principleof_Operation.pdf)

Ilustracin 5. Esquema de Sontek ADV Probe.

4.7.3. Medidores De Velocidad Doppler Acsticos

El trmino "Doppler acstico medidor de velocidad" es descriptiva de cmo opera el

instrumento. Un ADVM mide por la velocidad del agua utilizando el principio de Doppler

aplicado al sonido (acstica) de transmisin bajo el agua.

Principios de funcionamiento

Un ADVM utiliza un par de acstica monoesttico transductores fijados en una orientacin

conocida para medir velocidades del agua. "Monoesttico" se refiere a la capacidad de cada

transductor para transmitir y recibir sonido. Cada transductor ADVM transmite pulsos de

sonido (pings) de una frecuencia conocida a lo largo de un "rayo acstico" estrecha. Como

los pings viajar a lo largo del haz acstico, golpean partculas

HIDROACUSTICA 2014

21

Materia (dispersores) suspendidas en el agua. Cuando el pings huelga dispersor, parte del

sonido se refleja a lo largo de la viga acstica al transductor. La regresado sonido (eco)

tiene una frecuencia (Doppler) cambio proporcional a las velocidades de los dispersores y

agua estn viajando en a lo largo del haz acstico. Los dos haces acsticos se fijan en un

ngulo conocido (ngulo de haz) en un plano de dos dimensiones que es paralela a la

superficie del agua (fig. 2) por lo que si se ve desde anteriormente, que estaran en una

configuracin de "V". Desde velocidades medidas a lo largo de la acstica individuo vigas,

la ADVM utiliza trigonometra (porque el ngulo del haz es conocido) para calcular la

velocidad de un usuario-set parte (volumen de muestra) del plano definido por la vigas. Un

ADVM calcular y salida de un velocidad media para el volumen de la muestra; la

velocidad es salida en trminos de un componente x y un componente y. En una instalacin

tpica en la que est montado el ADVM en el lado del ro, la componente x es el

componente de la velocidad paralelo a la direccin de flujo principal del ro ("a lo largo de

flujo") y la componente de velocidad es perpendicular a la direccin de flujo principal del

ro ("a travs de flujo"). La muestra del ADVM velocidades de ms de un perodo de

tiempo establecido por el usuario, el "Promedio de intervalo", y reportar las direcciones x e

y componentes de la velocidad media en la muestra durante el un promedio de intervalo.

Un parmetro importante es la seal ADVM fuerza, que es una medida de la fuerza de la

ecos devueltos al ADVM. Intensidad de la seal disminuye con la distancia desde el

ADVM debido absorcin acstica y de propagacin de los haces acsticos. La mxima

medicin rango de un ADVM depende de la distancia a la que la intensidad de seal se

acerca al nivel de instrumento-ruido. Para esta discusin, el instrumento-nivel de ruido

puede considerarse como la fuerza de la seal del ADVM medido mientras el ADVM est

fuera de la agua. Fabricantes ADVM a veces utilizan los trminos "intensidad de la seal" y

"Amplitud del haz" de manera intercambiable. (MORLOCK, Evaluation of Acoustic

Doppler Current Profiler Measurements of River Discharge, 1996)

HIDROACUSTICA 2014

22

4.8. Medicin Del Caudal Con Mtodos Acsticos

4.8.1. El ultrasonido

Un odo normal tiene un rango de frecuencias audible que va de los 20 a los 20K Hertz

aproximadamente.

Una onda sonora que posee una frecuencia por sobre este rango se denomina ultrasonido.

El sonido es una forma de transmisin de energa descrita por medio de las diferencias de

presin que se producen en un medio, adoptando las caractersticas de una onda en su

propagacin. Este tipo de ondas se denominan ondas mecnicas y una de sus principales

caractersticas es que para su propagacin necesitan de un medio transmisor, cuyas

caractersticas influirn principalmente en su velocidad de propagacin.

De esta forma, el sonido se propaga a travs de un medio a una velocidad dependiente de su

composicin y temperatura principalmente.

4.8.2. Medicin de Flujo

La medicin de caudal se lleva a cabo mediante dos mtodos: tiempo de trnsito y efecto

doppler, los cuales se describen a continuacin.

1) Tiempo de Trnsito

El mtodo consiste en la disposicin de dos transductores situados en las paredes de la

tubera por donde circula el fluido, los cuales actan como emisor-receptor de ultrasonido.

Tal como se ilustra en la figura, existe uno situado en la parte superior, el cual enva un

pulso de ultrasonido en sentido descendente hasta ser recibido por el transductor inferior.

Este ltimo transmite a su vez un pulso en sentido ascendente que es recibido por el

transductor situado en la parte superior.

HIDROACUSTICA 2014

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Ilustracin 6. Movimiento de los Haces

De esta forma, dado que el pulso descendente se encuentra a favor del flujo, demorar

menos tiempo en llegar al receptor inferior, comparado con el tiempo que demorar el

pulso ascendente, en contra del sentido del flujo, en alcanzar el receptor superior. De esta

forma, el flujmetro transmite pulsos ascendentes y descendentes en forma alternada

midiendo la diferencia de tiempo en la recepcin de ellos.

Ecuacin 1

La ecuacin (1) permite relacionar la velocidad del medio (flujo) VF con el ngulo de

emisin del pulso q y la diferencia de tiempo entre los pulsos ascendente y descendente;

tambin intervienen el dimetro de la tubera d y TL es el tiempo que tardan en ser

recibidos los pulsos cuando no hay flujo.

Aplicando la ley de Snell1 a la ecuacin (1), se obtiene:

HIDROACUSTICA 2014

24

Ecuacin 2

El resultado anterior muestra la caracterstica lineal que posee la relacin entre el flujo y

diferencia de tiempo entre la recepcin de los pulsos ascendente y descendente.

4.8.3. Efecto Doppler

En 1842, Christian Doppler predijo que la frecuencia de ondas recibidas dependa del

movimiento del observador o la fuente, respecto al medio de propagacin. Este principio es

utilizado en diversas aplicaciones, y permite determinar el flujo dentro de una tubera como

se ilustra en la figura

Ilustracin 7 Efecto Doppler

HIDROACUSTICA 2014

25

En este caso, se dispone de un transductor en la pared de la tubera, el cual emite un pulso

de ultrasonido en un ngulo apropiado y a una frecuencia determina, hacia el centro de la

tubera, luego, las partculas suspendidas en el fluido producen reflexiones de la onda

sonora que son detectadas por el transductor. La frecuencia de la seal emitida difiere de la

que posee la seal recibida de acuerdo al Efecto Doppler, como se ilustra en las siguientes

ecuaciones:

Ecuacin 3

Nuevamente recurriendo a la ley de Snell es posible sintetizar una expresin similar a (2)

como sigue:

4.8.4. Medidor Ultrasnico De Efecto Doppler Para Canales

Funcionamiento

El funcionamiento del medidor de efecto doppler es un proceso bastante complicado. El

medidor calcula el gasto en funcin de dos variables principales: el rea hidrulica y la

velocidad media. Sin embargo, cada una de esas variables tampoco se mide directamente;

ms bien, se miden otras variables fsicas. El proceso completo se observa en la figura 1.2.

En este esquema las flechas representan frmulas que se aplican para obtener cada variable

subsecuente. Esto significa que el medidor de efecto doppler mide nicamente las variables

que estn en la parte superior del esquema; es decir el efecto doppler (que se explicar ms

adelante), la temperatura y el voltaje de una corriente elctrica.

El hecho de registrar el rea hidrulica, la velocidad y la temperatura, al mismo tiempo, es

una caracterstica que hace que este tipo de medidores representen una nueva generacin,

ya que todos los aparatos de medicin anteriores no lo hacen (flotador, molinete, medicin

HIDROACUSTICA 2014

26

volumtrica, aforador de garganta parshall, garganta suprimida, garganta larga, etc.-,

mtodos de dilusin, etc.). A continuacin se explica cmo el medidor de gasto de efecto

doppler mide cada una de ellas.

4.8.4.1. Medicin Del rea Hidrulica

El medidor de efecto doppler calcula el rea hidrulica en funcin del tipo de seccin y de

la profundidad de agua.

Ilustracin 8.

Para medir la profundidad se utiliza un transductor. Un transductor es un dispositivo que

proporciona una salida elctrica en respuesta a una magnitud fsica que se desea medir.

Para este caso se desea medir la profundidad del agua y lo que realmente se mide es la

presin.

Esto tiene su explicacin en el hecho de que mientras ms profundidad se tenga, mayor

presin se presentar. Esto se explica a continuacin: el agua ejerce una presin sobre un

HIDROACUSTICA 2014

27

material especial sujeto a una corriente elctrica; dicho material puede ser silicio

incorporado a un diafragma. Cuando el diafragma est plano (sin presin) presenta cierta

resistencia al paso de la corriente elctrica, y cuando est deformado presenta otra (ver

figura 1.3). Esta diferencia de resistencia (medida en voltaje) es la que registra el

dispositivo y la transforma, por medio de frmulas, primero a presin y despus a

profundidad de agua.

Despus que se tiene la profundidad del agua se puede calcular el rea hidrulica.

Para el caso de secciones geomtricas sencillas como el rectngulo o el trapecio las

frmulas son muy simples.

En las frmulas anteriores A es el rea hidrulica; B es el ancho de la parte inferior del

canal (normalmente llamada plantilla); Y es la profundidad (tambin llamada tirante); y K

es el talud de las paredes del canal.

4.8.4.2. Medicin De La Velocidad Media

Como su nombre lo indica, este dispositivo utiliza el llamado efecto doppler para medir la

velocidad en la corriente. El efecto doppler es la alteracin de la frecuencia de las ondas, en

funcin del movimiento, ya sea del receptor o del emisor de las ondas.

HIDROACUSTICA 2014

28

Ilustracin 9

Ilustracin 10

Este efecto se produce en todos los tipos de ondas, ya sean sonoras, luminosas o de radio.

Precisamente la alteracin de las ondas de sonido, o mejor dicho de ultrasonido, es lo que

utiliza el medidor de efecto doppler. El ultrasonido es un sonido con frecuencia ms alta

que la perceptible por el odo humano. El medidor tiene unos emisores de ondas de

ultrasonido y unos receptores de las mismas. Primeramente el emisor enva una onda a una

HIDROACUSTICA 2014

29

determinada frecuencia y el receptor capta las ondas que son reflejadas en el agua,

inclusive, la onda puede reflejarse en partculas de slidos en suspencin o en burbujas de

aire. Si el agua est en movimiento, las ondas reflejadas tendrn una frecuencia diferente de

la emitida; la diferencia de frecuencia indica al dispositivo la velocidad de la corriente.

Ilustracin 11

4.8.5. Dopplers Perfiladores

Tales como el medidor ADFM (Acoustic Doppler Flow Meter) de la compaa

estadounidense MGD Technologies Inc. De California.

El medidor divide la seal reflejada en intervalos regulares que corresponden a diferentes

profundidades de agua. La velocidad se calcula a partir de la seal reflejada en cada

intervalo. El resultado es (ver figura 1.6).

La direccin de los perfiles de velocidad est relacionada con la geometra del medidor ya

que tiene un emisor de ondas en la parte frontal y otra en la parte posterior, tal como se

observa en la figura 1.7.

HIDROACUSTICA 2014

30

Los datos de cada rayo acstico se promedian para obtener mejor precisin. Velocidad del

flujo en esta direccin. Para que esto no cause problemas de precisin, el medidor doppler

perfilador manda unos rayos acsticos muy delgados. Adems, los intervalos entre una

emisin de rayos y otra, son tan cortos que la velocidad reportada es la de un pequeo

volumen de agua (cilindros de aproximadamente 5 centmetros de largo y cinco centmetros

de dimetro).

Ilustracin 12 El medidor de efecto doppler del tipo perfilador puede medir velocidades en

cada celda de profundidad.

Ilustracin 13. El medidor de efecto doppler del tipo perfilador tiene emisores y receptores en

la parte frontal y en la parte posterior; as logra mayor precisin

HIDROACUSTICA 2014

31

Los datos de velocidad de los dos rayos acsticos se manejan por medio de frmulas

matemticas para describir las velocidades en toda el rea hidrulica de la seccin

transversal. Las frmulas empleadas utilizan algunos artificios para manera que el

resultado es la descripcin de todas las velocidades en la seccin transversal.

4.8.6. Dopplers continuos

Este es el caso del medidor Starflow de la compaa australiana Unidata que enva una

seal continua y mide los reflejos en todas y cada una de las partculas de agua o

sedimentos, las velocidades de las partculas son combinadas para obtener una velocidad

parecida a la velocidad media.

Los Dopplers perfiladores son generalmente ms complejos que los continuos y, por lo

tanto, mucho ms caros.

Los dopplers perfiladores pueden llegar a los 17,000 dlares, mientras que los continuos

tienen un precio aproximado de 2,000 dlares. Estos precios son de fines del ao 1999.

4.9. Tipos De Perfiladores

4.9.1. Caudalmetro Modelo Ro Grande ADCP

Equipo aforador y batimtrico para ros con sistema de referencia de fondo adecuado para

ros con lminas de agua desde 0,3 hasta 75 m de profundidad.

Equipo aforador y batimtrico con sistema de referencia de fondo (Bottom Tracking), para

medida de caudales en ros, estuarios, etc., de cualquier anchura y profundidades desde 30

centmetros a 75 metros. Disponible para dos frecuencias de trabajo: 1200 hz y 600 khz.

Configuracin: 4 haces a 20

Rango de profundidades: - 0.3 m a 21 m para 1200 khz. / - 1 m a 75 m para 600 khz.

Rango de velocidades: 3 m/s ( 20 m/s mx.).

Precisin de velocidad: 0.25% de la medida 2.5 mm/s.

Resolucin de velocidad: 1 mm/s.

N de celdas de medida por lbulo: hasta 128.

HIDROACUSTICA 2014

32

El equipo incluye asimismo sensores incorporados para la medida de la temperatura del

agua, inclinacin del cuerpo del equipo, as como de un magnetmetro fluxgate para la

determinacin de su orientacin.

Caractersticas resaltantes:

Alta discretizacin de las celdas y cortes transversales para la medicin de

velocidad y caudal basada en tecnologa de banda ancha patentada.

Extendible con sensores externos: GPS, sondeo de profundidad y brjula externa.

Amplio rango de profundidad del perfil permite mediciones en cauces de baja y alta

profundidad.

Software de muestra de resultados basado en MS-Windows

Sensores ADCP

Nmero de celdas: 128/255

1200 kHz system

Tamao de la celda: 0,05-2,0 m

Profundidad mnima: 0,6-4,8 m

Profundidad mxima: 4-26 m

Sistema de 600 kHz

Ilustracin 14. Sistema de movimiento de barco y

magnetmetro fluxgate

HIDROACUSTICA 2014

33

Modos de operacin:

El equipo puede montarse conectado a un pc sobre cualquier tipo de embarcacin para

cruzar el ro e ir realizando las mediciones batimtricas y de velocidad del agua en todos los

puntos de la seccin, de modo que al final del recorrido el equipo ya dispone de la

integracin de todos los datos, y por tanto, del caudal total.

Tambin es posible montar el equipo sobre una mini-embarcacin dotada de un sistema de

comunicacin radio con un pc situado en tierra. Remolcando manualmente la mini-

embarcacin por medio de un cabo de suficiente longitud, por ejemplo, desde un puente,

puede cruzarse el ro sin dificultad mientras que los datos que se van obteniendo son

transmitidos por medio del sistema radio hasta el ordenador de tierra, el cual puede estar

ubicado en un vehculo prximo. En condiciones adecuadas, la distancia entre el equipo

radio transmisor y el receptor del ordenador puede alcanzar hasta los 500 1000 metros.

Otro modo sencillo de realizar las medidas de caudal de un ro utilizando la opcin radio,

consiste en arrastrar la mini-embarcacin del equipo mediante un cabo sujeto a la polea de

los cables de los tornos de las estaciones de aforo, ya existentes en gran nmero de

emplazamientos.

El sistema de transmisin de los datos va radio hasta un pc situado en tierra, permite

incluso utilizar mini-embarcaciones dotadas de motores elctricos para su propulsin y

guiadas mediante radio control. Geonica ofrece toda una serie de opciones y variantes para

el montaje y operacin del equipo aforador rio grande, segn las necesidades o preferencias

de sus clientes.

Ilustracin 15. ADCP Rio Grande

HIDROACUSTICA 2014

34

4.9.2. ADCP RiverRay

Para profundidades de agua desde 0,4m - 40m. Medidas de caudal modernas y confortables.

La combinacin de las ltimas tecnologas y un manejo muy fcil hacen que su prxima

medicin sea una experiencia nueva.

El ADCP RiverRay es un dispositivo de medicin de caudales confortable, instalado en un

flotador con un minimo de perturbaciones. Su arreglo de transductores de superficie plana

contiene lo ltimo en tecnologa de medicin de caudales.

La adaptacin automtica optimiza continuamente su medicin de caudal de margen a

margen, asegurando as la mayor calidad del dato sin intervencin del operador. El

RiverRay puede ser usado en aguas poco profundas y durante crecidas, logrndose

mediciones precisas del caudal.

Caractersticas resaltantes:

Fcil operacin debido al ajuste automtico de las celdas y modos de medicin.

Arreglo de transductores de superficie plana.

Sensor ADCP de reducido tamao y peso, lo que minimiza las perturbaciones de

medicin.

4.9.3. Stream Pro

Con el StreamPro ADCP es posible tomar fciles y precisas medidas de descarga con el

mtodo del bote en movimiento. Para profundidades desde 20 cm - 600 cm y velocidades

hasta 5 m/s.

El StreamPro (Acoustic Doppler Current Profiler) representa un avance revolucionario en

la medicin de velocidad y caudal. Ahora es posible la medicin de caudal en forma precisa

en pequeos canales en cuestin de solo minutos.

El StreamPro puede ser alado desde un puente o sistema de guayas tipo marginador. Es

fcil de manejar, y por consiguiente de rpida aplicacin. La interfaz grfica sencilla e

intuitiva del software ha sido diseada para asegurar su correcta operacin.

HIDROACUSTICA 2014

35

Componentes del sistema:

Cabeza transductora

Compartimiento de electrnica

Flotador

Software de coleccin de datos StreamPro y WinRiver II

Conexin inalmbrica BlueTooth

SEBA HDA

Ilustracin 16 ADCP Rio Grande, RiverRay y StreamPro

HIDROACUSTICA 2014

36

4.9.4. RiverSurveyor de SonTek S5/M9

El RiverSurveyor M9 y S5 son la prxima generacin de doppler acstico para medir el

flujo de canal abierto. El uso de mltiples frecuencias acsticas exclusivas de SonTek

permite mediciones continuas de descarga de poca profundidad-a profundidad. Una gama

de nuevas tecnologas significa que pueda centrarse en la medicin, no la configuracin del

instrumento. Adems de esto, el sistema cuenta con un haz vertical de definicin de canal

precisa y todo est diseado para trabajar de forma intuitiva

Uso exclusivo SmartPulseHD de SonTek, mltiples frecuencias acsticas se fusionan con

el control de ancho de banda preciso para las mediciones ms slidas y continuas-

superficial-a profundidad de descarga de la historia. Un microcontrolador determinista

reparte expertamente la acstica adecuada, sistema de pulso y tamao de celda para obtener

la ms alta definicin posible para que pueda centrarse en la medicin, no la configuracin

del instrumento. El sistema an tiene un haz vertical para definicin de canal precisa y todo

est diseado para trabajar de forma intuitiva.

Y al igual que el nombre implica - SmartPulseHD (al igual que el televisor) le permite ver

la imagen ms clara posible velocidad con celular tamaos de hasta 2 cm.

Ilustracin 14. ADCP RiverSurveyor de SonTek S5/M9

HIDROACUSTICA 2014

37

4.9.5. ADCP FLOWQUEST 600 kHz

Perfilador acstico FlowQuest es los dispositivos de medicin de flujo de agua perfecto,

aplicables a las del mar, puertos, lagos, ros y otras reas de la medicin de flujo. Debido a

su gran escala, de primera clase de precisin de medicin de aguas profundas, tres sensores,

as como la fusin perfecta de convertidor acstico LinkQuest la combinacin perfecta para

hacer que el sistema FlowQuest ya no es slo un perfilador de agua, tambin puede una

parte del anlisis en profundidad bajo el agua.

Caracterstica de este instrumento:;

En comparacin con productos similares tienen un rango mayor Se puede configurar para tomar el camino de la final de la pista Funciones de medicin pueden configurarse para saludar pop Medicin de flujo se puede configurar para funcionar Capacidad de fusin de datos de sensores mltiples Puede ser bien equipada de alta velocidad LinkQuest acstica Converter La transformacin se puede configurar para mejorar el diseo de diferentes

transpondedor

Tecnologa DSP de baja potencia

Cuadro 1: El alcance y la profundidad de perfil de flujo

HIDROACUSTICA 2014

38

4.9.6. Perfilador horizontal de corrientes en tiempo real

Medida de flujos y reflujos en ras, estuarios y canales de navegacin.

Medida por efecto Doppler del perfil de velocidades del agua, mediante un transductor,

situado a un cierto nivel bajo el agua, que genera dos haces ultrasnicos de propagacin

horizontal, cruzando transversalmente la seccin a medir.

La medida del caudal, en tiempo real, se realiza de modo directo combinando los datos de

velocidad con los de nivel de la lmina de agua, determinados por el sensor de nivel

incorporado.

Precisin y consistencia en medidas de velocidad y caudal en

tiempo real.

Medida del perfil de velocidades del agua por efecto doppler, en tiempo real, a todo

lo ancho de la seccin del ro, estuario o canal.

Hasta 128 puntos de medida en un

haz horizontal.

Alcance de hasta 300 metros.

Ilustracin 17 ADCP FLOWQUEST 600 kHz

HIDROACUSTICA 2014

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Posibilidad de transmisin de datos por va gsm/gprs, radio, satlite o internet

4.9.7. Modelo ro pequeo ADCP

Revolucionario perfilador de corrientes, batmetro y medidor de caudal para ros pequeos

y medianos. Todo en un mismo equipo. Adecuado para lminas de agua desde 0,15 a 2

metros de profundidad, o bien desde 0,15 a 4 metros (opcional).

Principio de medida

Medida por efecto doppler del perfil de velocidades de toda la lmina de agua, desde su

superficie hasta el fondo del cauce fluvial, con determinacin simultnea de la batimetra a

todo lo ancho del ro, realizando el clculo del caudal, en tiempo real, por integracin de

todos los productos "q = velocidad x seccin" obtenidos en un gran nmero de "celdas de

medida" definidas en toda la seccin transversal.

Extraordinaria rapidez, precisin y consistencia en medidas de caudal.

Medida del perfil de velocidades por efecto Doppler en toda la seccin del ro.

Clculo inmediato del caudal q = velocidad x seccin.

Medidas independientes de la trayectoria seguida por el aforador. (http://

www.geonica.com/prod/149/239/media-de-caudal-y-nivel-rios-canales/caudalimetro-rio-

pequeo/index.html)

Ilustracin 19. Perfilador horizontal Ilustracin 18. Como acta el

perfilador horizontal

HIDROACUSTICA 2014

40

OTROS

4.10. Marcas de los equipos ADCP

4.10.1. WORKHORSE SENTINEL ADCP : Sistema Autocontenido de 1200, 600 o 300

kHz

El ADCP ms popular, ms de 1000 unidades vendidas operativas. De extrema precisin y

exactitud en aguas someras con un rango de hasta 175m y con un consumo elctrico muy

bajo, que lo hace ideal para series temporales de varios aos. Es muy fcil de integrar en

diversas plataformas, como boyas, embarcaciones y sobre el fondo. Existe la posibilidad de

enviar los datos a superficie via modem (tambin modem inductivo) y/o cable.

Opcionalmente, permite su ampliacin con un sensor de presin, con lo que en conjunto

con el software WAVES, se puede operar como monitor de mareas y oleaje direccional

(Directional Wave Gauge). Tambin permite la posibilidad de monitorizar el fondo

(batimetra) en modo 'bottom tracking'. Muy manejable.

Ilustracin 18. Ro Pequeo ADCP

HIDROACUSTICA 2014

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Ilustracin 20 WORKHORSE SENTINEL ADCP

4.10.2. WORKHORSE MONITOR ADCP: Sistema en Tiempo Real de 1200, 600 0 300

kHz

Es la versin de medicin en Tiempo Real del modelo SENTINEL. Este aparato se opera

habitualmente desde el fondo estando conectado via cable a la costa para monitorizar

corrientes costeras. Es un instrumento ideal para zonas de trfico martimo intenso, siendo

un componente muy efectivo del correspondiente sistema de monitorizacin. Permite

alimentarse con baterias o externamente via cable. Pequeo y muy compacto.

Frecuencia Rango Dimensin clula Rango extendido Dim. clula

1200 kHz 15 m 1 m 20 m 2 m

600 kHz 50 m 2 m 70 m 4 m

300 kHz 138m 8 m 175 m 8 m

HIDROACUSTICA 2014

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Ilustracin 20: WORKHORSE MONITOR ADCP

4.10.3. LONG RANGER ADCP: Sistema Autocontenido de Largo Alcance y de Gran

Profundidad de 75 kHz

Este instrumento es una versin del modelo estandard SENTINEL, pero con capacidad

extendida, diseado para operarse durante largos periodos de tiempo en aguas muy

profundas y en el ocano abierto: Hasta 6 meses en modo de mximo alcance de hasta

600m. Incorpora tcnicas patentadas y de probada fiabilidad de procesamiento de datos

(BroadBand), que confieren a este instrumento oceanogrfico un alto grado de fiabilidad y

tranquilidad a la hora de operaciones y campaas en mar abierto y durante largos periodos

de tiempo. Habitualmente este aparato se opera a bordo de boyas sub-superficiales, anclajes

oceanogrficos y aterrizadores bentnicos.

En modo BroadBand el Rango es de 510 m con clulas de 32m. En modo Long Range su

alcance es de 600 m con clulas de 32m.

HIDROACUSTICA 2014

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Ilustracin 21: LONG RANGER ADCP

4.10.4. OCEAN SURVEYOR : ADCP MONTADO en CASCO de BUQUE de 38, 75 o 150 kHz

Una herramienta bsica para la investigacin oceanogrfica, que forma parte del

equipamiento estandard de ms de 250 buques oceanogrficos en el mundo. Estos ADCP,

cuyo transductor, se encuentra montado en los cascos de los navios y dispone de una unidad

de cubierta conectada a un PC con software de monitorizacin y gestin, proporcionan

mapas detallados de la distribucin de corrientes y partculas en suspensin en la columna

de agua debajo del buque a lo largo de sus trayectos. Permite la posibilidad de

interconectarse con un sistema de referencia del movimiento del barco (MRU) para las

correcciones de sus movimientos.

Su funcionamiento en Tiempo Real, hace posible posible la toma de decisiones in-situ, con

tal de optimizar y adaptar las campaas y de entender las caractersticas del rgimen de

corrientes. Las areas de aplicacin ms importantes son : Estudios Oceanogrficos de Meso

y Macro-Escala, Clima, Mapaje Frontal del Medio-Ocano, Estudios de Recursos

Pesqueros, Cableado en Aguas Profundas, etc.

Frecuencia Rango (Alcance) Dimensin de la clula

38 kHz 800 - 1000 m 24 m

75 kHz 560 - 700 m 16 m

150 kHz 380 - 425 m 8 m

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Ilustracin 22: OCEAN SURVEYOR

HIDROACUSTICA 2014

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4.10.5. PHASED ARRAY : ADCP PARA PLATAFORMAS ESTACIONARIAS de 38, 75 o 150

kHz

Este instrumento de la misma tecnologa que la versin para buques, ha sido diseado

especficamente para su uso desde plataformas estacionarias y 'offshore' y cuenta con una

gran aceptacin y una larga y aceptada experiencia de campo. Proporciona un efectivo

soporte para operaciones de mantenimiento de posicin, lanzamiento y monitorizacin de

'risers', operaciones ROV, y todo tipo de operaciones marinas (atraque, amarre, descarga,

etc). Se opera en tiempo real, contando con un software de control en plataforma Windows.

Ilustracin 213.: PHASED ARRAY

4.11. Qu Plataformas Son Necesarias

ADCP que son-parte inferior montado necesitan un ancla para mantenerlos en la parte

inferior, las bateras, y un registrador de datos interno. Instrumentos de Buques montado

necesitan un recipiente con el poder, un ordenador de a bordo para recibir los datos, y un

sistema de navegacin GPS (tan propios movimientos del barco se pueden restar de los

datos actuales). ADCP no tienen lectura de salida externa, por lo que los datos deben ser

almacenados y manipulados en un ordenador. Los programas de software diseados para

trabajar con datos ADCP estn disponibles. (Instrumentos)

HIDROACUSTICA 2014

46

4.12. Ventajas de los Perfiladores de Corriente Doppler (ADCP)

4.12.1. Ventajas generales

Los ADCP pueden desplegarse desde distintas plataformas.

Las crecidas pueden medirse rpida y eficientemente con el uso de un instrumento

ADCP.

Los ADCP no solo se usan para medir crecidas sino tambin para medir estiajes

extremos.

Los ADCP se usan habitualmente para medir el flujo fluvial. Adems de medir las

velocidades del agua pueden medir profundidades y la velocidad de los botes. Esto

les permite medir el caudal mientras se desplazan en el cauce.

Las piezas en movimiento que conforman los ADCP no contaminan el agua.

Un instrumento ADCP puede cubrir hasta 1000 metros de columna de agua,

permitiendo estimaciones ms precisas de las velocidades.

Los perfiladores de corriente doppler (ADCP) presentan un termmetro para poder

asi corregir la temperatura del agua.

El perfilador al atravesar de una orilla a otra puede ir de manera curva, pero este

mismo instrumento corregir la direccin y tomara los datos en lnea recta.

Basta con una medicin con el instrumento (una sola corrida de orilla a orilla) para

saber el valor del caudal de la seccin.

4.12.2. Ventajas por equipo

- Entre las ventajas de los equipos ADCP tenemos:

Workhorse Rio Grande

El sistema ADCP para movimiento de barco puede ser usado en profundidades de

agua desde 0,6 m - 100 m.

Puede ser montado en un barco o usado con un flotador (RiverBoat, Q-Boat), dando

resultados de forma rpida y precisa.

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El ADCP WorkHorse RioGrande puede ser utilizado en una amplia variedad de ros

en diferentes condiciones, desde pequeos arrollos, estuarios hasta caudalosos ros.

Extendible con sensores externos: GPS, sondeo de profundidad y brjula externa.

River Ray

Para profundidades de agua desde 0,4m - 40m.

La adaptacin automtica optimiza continuamente su medicin de caudal de margen

a margen, asegurando as la mayor calidad del dato sin intervencin del operador.

El RiverRay puede ser usado en aguas poco profundas y durante crecidas.

Sensor ADCP de reducido tamao y peso, lo que minimiza las perturbaciones de

medicin.

Stream Pro

Con el StreamPro ADCP es posible tomar fciles y precisas medidas de descarga

con el mtodo del bote en movimiento.

Para profundidades desde 20 cm - 600 cm y velocidades hasta 5 m/s.

Es fcil de manejar, y por consiguiente de rpida aplicacin.

RiverSurveyor de SonTek S5/M9

Mltiples frecuencias acsticas se fusionan con el control de ancho de banda preciso

para las mediciones ms slidas y continuas en la superficie.

Presenta un microcontrolador el cual reparte expertamente la acstica adecuada,.

Adems, sistema de pulso y tamao de celda para obtener la ms alta definicin

posible para que pueda centrarse en la medicin.

El sistema an tiene un haz vertical para definicin de canal precisa y todo est

diseado para trabajar de forma intuitiva.

El nombre implica - SmartPulseHD (al igual que el televisor) le permite ver la

imagen ms clara.

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ADCP FLOWQUEST 600 kHz

El perfilador de corrientes FlowQuest son ideales para la medicin de las ondas en

los ocanos y las zonas costeras.

Con su capacidad para la gama significativamente ms larga, estndar de

calificacin de profundidad en aguas profundas y una perfecta integracin con

sensores de terceros y mdems acsticos LinkQuest, el sistema FlowQuest no es

slo un perfilador de corrientes. Tambin sirve de punto focal para sus despliegues

bajo el agua.

4.13. Desventajas de los Perfiladores de Corriente Doppler (ADCP)

El costo por dispositivo de alrededor de decenas de miles de euros es relativamente

alto.

Como cualquier instrumento acstico, contribuye a la contaminacin acstica en el

mar, la cual puede interferir con la navegacin de los cetceos y la ecolocalizacin.

El efecto depende de la frecuencia y la potencia del instrumento.

No se puede medir la velocidad del agua mediante este instrumento ADCP en toda

la seccin, ya que habr sectores como la superficie, orilla y fondo que no podrn

ser medidos con este instrumento.

Pings de alta frecuencia producen datos ms precisos, pero pings de baja frecuencia

viajan ms lejos en el agua. As que los cientficos deben hacer un compromiso

entre la distancia que el generador de perfiles puede medir y la precisin de las

mediciones. (http:// www.whoi.edu/instruments/viewinstrument.doid)

ADCP establece en "ping" rpidamente tambin se queda sin pilas rpidamente

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Si el agua es muy clara, como en los trpicos, los pings no puede golpear suficientes

partculas para producir datos fiables

4.14. Error en las mediciones

Cuando la velocidad del dispersor no equivale a la velocidad del agua: La medicin

de la velocidad del agua se ve afectada por la velocidad de los peces.

Un haz acstico emitido por un transductor consta de lbulos laterales ms dbiles,

que pueden alterar los lmites firmes anteriores al haz principal y por ello no se

puede medir la velocidad en el fondo de la seccin.

Los lbulos laterales son dbiles comparados con el haz principal, pero cuando

estn reflejados desde un lmite firme, como el lecho de una corriente, pueden

aumentar los reflejos (dispersores) del haz principal.

Burbujas en el agua turbulenta o escuelas de natacin vida marina pueden causar

que el instrumento calcule mal la corriente.

Los usuarios deben tomar precauciones para mantener percebes y algas crezcan en

los transductores.

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5. RECOMENDACIONES

- Los ADCP deben desplazarse en el agua con suficiente lentitud, a fin de reunir

datos adecuados. En general, conviene mantener la velocidad del bote de modo que

sea inferior o equivalente a la velocidad media del agua.

- Antes de efectuar una medicin de ADCP, debe comprobarse si el lecho de la

corriente se est desplazando.

- Debe tenerse en cuenta que, en ciertas partes del cauce, el ADCP no mide la

velocidad. La velocidad no se mide en el calado del instrumento (parte

superficial). Existe tambin una distancia de borrado donde no se mide la

velocidad cerca de la superficie (se da cuando el instrumento deja de captar la

velocidad por un momento en la vertical y luego continua captndola). Adems un

rea en el fondo donde la interferencia producida por los lbulos laterales no

permite medir la velocidad; la corriente hace que se desve la medicin principal).

- Adems, es recomendable tener conocimiento de que la velocidad no se mide cerca

de las orillas. Por ello, se debe usar tecnologa sofisticada para medir la velocidad

del agua.

- El instrumento debe tener un detector de temperatura preciso y debe estar

configurado para una salinidad correcta.

- El perfilador de corriente doppler (ADCP) debe moverse a una velocidad menor que

la del rio donde se est tomando la medicin.

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- Los ADCP necesitan que el sensor est en contacto con el agua, para as poder

transmitir y medir los pulsos sonoros (pings) dirigidos a travs de la columna de

agua.

- Antes de empezar con la medicin se debe balancear un par de veces el catamarn

(aqu se ubica el perfilador).

- Es necesario que haya dos operarios. Uno de ellos debe estar con el instrumento

ADCP, realizando la medicin; mientras que el otro debe estar operando la

computadora donde se ingresara toda la informacin para su procesamiento.

- Es recomendable presentar un dispositivo de almacenamiento (USB, CD, etc) para

poder guardar la informacin obtenida.

- Adems, es recomendable aforar por las maanas a primera hora.

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BIBLIOGRAFA

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