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INSTRUMENTACION DE LA PRESA.
Investigar la aplicación de diferentes instrumentos de medición en presas y
conducciones en un sistema hidroeléctrico. Ventajas y desventajas. Efectuar un
documento y una presentación. Indicar las referencias consultadas.
1. Piezómetros de observación tipo abierto
Este es el método más simple pero requiere de un tiempo importante después de
realizada la excavación antes de tomar la medida para permitir al nivel del agua el
lograr un equilibrio. El sondeo abierto consiste en perforaciones abiertas en las
cuales se coloca un tubo perforado en su base o tubos que se hincan a presión y
luego se extraen ligeramente. La profundidad del nivel del agua se puede medir
por medio de un cable y un elemento detector (que bien puede ser un medidor
eléctrico o un simple objeto metálico). Una cubierta de protección impide la
entrada del agua lluvia. Su precisión es buena pero por tener la perforación,
comunicación con todos los estratos, no se puede especificar la presión de agua
en un sitio específico.
Figura N° 1. Equipos de medición. Piezómetros.
2. Piezómetros de hilo vibrante
Se instalan en fundaciones y terraplenes para el monitoreo de la presión de agua
de poros. Como los otros sistemas de piezómetros cerrados, se emplean en
terraplenes donde la utilización de piezómetros de tubo abierto podrían ser
dañados si interfieren con el equipo de construcción. En algunas instalaciones se
han utilizado para chequear la precisión de instrumentos adyacentes. También se
utilizan donde se requiere el monitoreo de presiones de poros negativas.
- Ventajas: Se incluyen su facilidad de lectura y mantenimiento, corto tiempo de
respuesta en la lectura y la aptitud para suministrar presiones negativas. El único
mantenimiento requerido es el cuidadoso mantenimiento de las unidades de
lectura y las baterías.
- Limitaciones: Inhabilidad para desairar las puntas de los piezómetros. En
aplicaciones donde son importantes pequeños cambios de la presión de poros, es
necesario hacer correcciones por cambios en la presión barométrica y por
temperatura, aunque no es generalmente un problema en la mayoría de las
presas.
- Se requiere algún entrenamiento especial del personal para calibrar y ensayar el
equipo antes de instalarlo.
- Aunque no se tiene una amplia experiencia con estos equipos parecen ser
rígidos y durables. La facilidad con que se pueden automatizar puede llegar a ser
una ventaja importante en el futuro.
3. Celdas de asentamiento de hilo vibrante
La celda de asentamiento VW es un aparato utilizado para medir asentamientos
en terraplenes, rellenos y suelos de cimentación. Proporcionan un punto único de
medida de asentamiento y expansión.
La celda de asentamiento consiste de tres componentes: un tubo lleno de líquido,
un transductor de presión y un reservorio de líquido. Un extremo del tubo está
conectado al transductor de presión, el cual está embebido en el suelo. El otro
extremo del tubo está conectado a un reservorio, el cual está localizado a una
altura superior en suelo estable, lejos de
la actividad de la construcción.
El transductor mide la presión creada por la columna de líquido en el tubo. La
altura de la columna es igual a la diferencia en elevación entre el transductor y el
reservorio.
Conforme el transductor se asienta con el suelo que lo rodea, la altura de la
columna aumenta y el transductor mide una presión más alta. El asentamiento se
calcula convirtiendo los cambios en la presión a milímetros o pulgadas de la carga
del líquido.
Figura N° 2. Instalación de Celda de Asentamiento.
4. Celdas de presión total
Se utilizan para el monitoreo de la presión estática total (suelo y agua) en el
terraplén de una presa de tierra, en su fundación, contra la superficie de conductos
de concreto o estructuras adyacentes. Pueden ser neumáticas o eléctricas.
- Ventajas y limitaciones: Facilidad y relativa rapidez de lectura. Además la
elevación de los conductos y el sitio de lectura son independientes del nivel de la
celda lo cual permite el uso de un sistema central de observación.
- Las principales limitaciones de las celdas consisten en que su durabilidad a
largo plazo no ha sido suficientemente probada y es necesario colocar un
piezómetro en su vecindad para determinar la presión de poros y sustraerla de la
total con el fin de conocer la presión estática, pueden medir efectivamente las
presiones.
5. Medidores de juntas
Mide los desplazamientos de abertura y cierre en determinadas juntas de
contracción de estructuras de hormigón.
6. Vertederos
Los vertederos son uno de los instrumentos más antiguos, simples y confiables
para medir el flujo del agua en un canal si se dispone de suficiente caída y la
cantidad de agua a medir no es muy grande. Los vertederos son instrumentos
efectivos de medición porque si tienen un tamaño y forma determinados en
condiciones de flujo libre y régimen permanente, existe una relación definida entre
la forma de la abertura determina el nombre del vertedero rectangular, trapezoidal,
o de corte en "v". Para un vertedero rectangular o uno trapezoidal, el borde
inferior de la abertura se llama cresta y los bordes laterales se denominan lados o
extremos. La lámina de agua que fluye sobre la cresta recibe el nombre de napa.
Los vertederos operan mejor si la descarga se hace libremente a la atmósfera. Si
el vertedero está sumergido o parcialmente sumergido, se presentan presiones
negativas que afectan la descarga y producen errores en las mediciones de flujo.
En ciertas condiciones, el espacio inferior de la napa se ventila artificialmente para
mantener una presión cercana a la atmosférica. La condición de flujo libre es más
deseable que la del flujo parcial o totalmente sumergido.
Selección del tipo de vertedero: Cada uno de los vertederos usados tiene
características que los hacen apropiados para condiciones de operación
particulares. En general los vertederos rectangulares sin contracciones o los de
corte en "v" de 90 grados proporcionan más precisión en las mediciones que los
vertederos Cipolletti y los rectangulares contraídos.
7. Acelerógrafos
Registran la aceleración del suelo según tres direcciones perpendiculares; dos
horizontales y una vertical. Debido a que la variación de la aceleración es muy
irregular en el tiempo, es necesario que la toma de datos se realice en intervalos
muy pequeños de tiempo, utilizándose generalmente valores de 0.01 o 0.02 s.
8. Inclinómetros
INCLINÓMETROS DE INSTALACIÓN NORMAL
Los inclinómetros se usan para medir los movimientos laterales y su dirección en
estribos, fundaciones, terraplenes y la consolidación inducida por el asentamiento
de terraplenes y fundaciones. La medición de asentamientos a través del
movimiento vertical del revestimiento del inclinómetro tiene en la actualidad mayor
aplicación que el método del IVM. Así, la misma instalación permite medir
simultáneamente asentamientos y movimientos laterales. El revestimiento del
inclinómetro debe instalarse con juntas deslizantes, las cuales se acoplan a
medida que avance la construcción, situación que brinda la oportunidad para
medir los asentamientos, o debe instalarse en perforaciones con juntas de
empalme, en estribos o en terraplenes completos, si no se esperan asentamientos
importantes.
- Ventajas y limitaciones: Pueden proporcionar información confiable y segura por
años si se les proporciona una instalación adecuada, mantenimiento y si se usan
procedimientos de monitoreo apropiados.
- La única limitante es el requerimiento de algún grado importante de instrucción
del personal que realiza las lecturas de los equipos.
INCLINÓMETROS DE POSICIÓN FIJA
El inclinómetro de posición fija, o in situ, es un instrumento compacto usado para
medir cambios progresivos en el ángulo de inclinación de un conjunto de lugares
localizados a cierta distancia dentro del revestimiento de una perforación.
Ventajas y limitaciones: Tiene la ventaja, sobre los inclinómetros convencionales,
de que puede instalarse en lugares que pueden llegar a ser inaccesibles para el
personal encargado de la instrumentación, el sistema puede leerse
automáticamente, tiene dos limitantes: solamente pueden medirse los puntos
seleccionados a lo largo del perfil del hueco y su costo de adquisición e
instalación.
VALVULAS (colocadas en los sistemas diversión y conducción casa de
máquinas)
1. HOWELL-BUNGER (EQUIPOS ASOCIADOS ELCTRICOS
HIDRAULICOS)
Las válvulas "Howell-Bunger" o de chorro hueco cónico se emplean habitualmente
como elemento de regulación en las presas. Se ubican al final del conducto,
quedando en la mayoría de los casos en voladizo. Por esta razón la zona final del
conducto debe ir ampliamente reforzada para poder resistir todos los esfuerzos
que le pueda transmitir la válvula, tanto por su peso propio como por esfuerzos
propios del funcionamiento.
La sección de paso en este tipo de válvulas es circular.
Se proyectan para ser maniobradas (apertura y cierre) en las condiciones de
máxima carga de agua prevista.
La estanqueidad se consigue, mediante la unión goma-metal. El deslizamiento
entre superficies siempre se realiza por acero inoxidable/bronce.
Cuando por necesidades en la zona de descarga fuese necesario un chorro
cilíndrico y no el chorro cónico de este tipo de válvulas (de gran amplitud) se podrá
dotar a la válvula de un concentrador. Con este concentrador se consigue reducir
considerablemente la zona de impacto del chorro, tanto en longitud como en
amplitud. El concentrador podrá ir libre o recibido en hormigón, en este segundo
caso la válvula quedaría protegida dentro de una cámara.
Las válvulas Howell-Bunger ofrecen la posibilidad de descarga sumergidas, para
esto hay que dotar a la válvula de un concentrador especial que permita este
modo de funcionamiento.
Componentes:
Los elementos constitutivos de las válvulas "Howell-Bunger" son:
Cuerpo de válvula: Cuerpo fijo que se embrida a la tubería como
prolongación de ésta.
Obturador: Elemento de cierre, concéntrico exteriormente al cuerpo de
válvula que mediante su movimiento realiza la apertura o cierre de la
válvula.
Accionamiento: Constituido por dos cilindros oleohidráulicos amarrados
diametralmente al cuerpo de válvula y obturador.
Grupo oleohidráulico. Grupo moto-bomba encargado de accionar los
cilindros hidráulicos de la válvula.
Pupitre de mando. Cuadro eléctrico de control, mando y señalización.
Indicador de posición.
Contra brida.
Concentrador.
Howell-Bunger con salida libre
Howell-Bunger sumergida
Figura N° 3. Tipo de Valvulas.
2. VALVULA DE MARIPOSA (línea de bypass junto con válvula de aguja
operada hidráulicamente y válvulas guardas)
Las válvulas de mariposa consisten en un cuerpo dentro del cual se mueve un
disco, que es el elemento obturador. Este disco gira alrededor de un eje siendo su
trayectoria completa de 90º, que van desde la posición de máxima apertura, con el
disco paralelo al flujo a la de cierre con el disco perpendicular al flujo.
En el caso de las válvulas de mariposa de doble excentricidad, el disco está
descentrado respecto al eje y éste último ligeramente respecto al cuerpo de la
válvula.
El anillo de estanqueidad desmontable se encuentra en el perímetro del disco y en
su posición de cierre apoya contra un asiento en acero inoxidable que está en el
interior del cuerpo de la válvula.
La doble excentricidad proporciona la ventaja de que el anillo de estanqueidad
está libre de tensiones a los pocos grados de apertura y sólo trabaja en la posición
de cierre. Además éste anillo es fácilmente sustituible sin necesidad de desmontar
la válvula.
Aunque es bastante habitual el uso de válvulas de compuerta para abrir o cerrar el
paso de la toma de agua, una de las válvulas que mejor realiza las mismas con
seguridad, facilidad de accionamiento, mantenimiento y economía de inversión,
son las válvulas de mariposa de doble excentricidad.
Figura N° 4. Válvulas Tipo Mariposa.
3. VALVULA DE COMPUERTA (mecanismo de operación)
- Las válvulas de compuerta son válvulas que se encargan de abrir o levantar una
compuerta o cuchilla para permitir el libre paso de fluidos.
- Las válvulas de compuerta se diferencian por tener un sello, el cual se logra
mediante el asiento del disco en dos áreas distribuidas.
- La compuerta o cuchilla puede ser redonda o rectangular.
- Las caras del disco pueden ser paralelas o en forma de cuña.
¿Cuándo utilizar una válvula de compuerta?
Se utilizan las válvulas de compuerta cuando sea necesario un caudal de fluido
rectilíneo, así como una restricción mínima al paso del mismo, las válvulas de
compuerta deben su nombre a la pieza que bloquea o permite el paso de flujo, es
una compuerta.
Características de una válvula de compuerta:
La compuerta generalmente es una cuña, cuando la válvula está abierta de par en
par la compuerta se ubica completamente en el sobrante de la válvula, esto deja
una abertura en la válvula para el paso del fluido del mismo tamaño de la tubería
en la cual está instalada (existen válvulas de compuerta de paso completo y paso
restringido), por lo tanto hay poca caída de presión o restricciones a través de la
válvula.
Clasificación de las válvulas de compuerta
Es importante mencionar que estás válvulas de compuerta se clasifican en
válvulas con vástago ascendente y vástago no ascendente y el vástago roscado
es la compuerta, a medida que el volante de comando del vástago seguirá la
compuerta se desplaza hacia arriba o hacia abajo en el vástago sobre los filetes
de rosca mientras que el vástago sigue estando inmóvil verticalmente. Este tipo de
válvulas disponen casi siempre de una aguja indicadora roscada sobre el extremo
superior del vástago para indicar la posición de la compuerta.
Las válvulas con vástago ascendente se utilizan cuando es importante saber
mediante inspección inmediata si la válvula está abierta o cerrada cuando los
filetes de rosca (vástago y compuerta) expuestos al líquido podrían dañarse por
los contaminantes de los fluidos.
En esta válvula el vástago se levanta de la válvula cuando la válvula es abierta. La
calidad que precede a nuestra empresa SUINPI nos permite la atención inmediata
tanto técnica como comercialmente para poder atender las necesidades de
nuestros clientes.
Las válvulas de compuerta de ½” a 36” se encuentran situadas en las mejores
listas del mundo pues ofrecen la automatización neumática o eléctrica de todos los
equipos; además cuentan con certificaciones como ISO 9000 API607.
Figura N° 5. Válvulas Tipo Compuerta.
Ventajas de utilizar Válvula de Compuerta Desventajas de utilizar Válvula de Compuerta
Las válvulas de compuerta ofrecen una mayor capacidad a diferencia de las
demás.
Su costo es realmente bajo comparado con todos los beneficios que ofrecen
Cuentan con un diseño y funcionamiento realmente sencillo.
Las válvulas de compuerta ofrecen una mayor capacidad a diferencia de las
demás.
Las válvulas de compuerta no son convenientes para propósitos de
estrangulamiento
El control de flujo es difícil debido al diseño de la válvula
El flujo del líquido que golpea contra una compuerta parcialmente abierta puede
causar un daño importante en la válvula.
Las válvulas de compuerta no son empleadas para regulación.
4. UNIDAD OLOHIDRAULICA
En esencia, la oleohidráulica es la técnica aplicada a la transmisión de potencia
mediante fluidos incompresibles confinados.
La oleohidráulica se rige por las mismas leyes que los circuitos hidráulicos de
agua. Las leyes más importantes de la hidráulica son:
Ley de Pascal: El incremento de presión aplicado a una superficie de un
fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se
transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.
Principio de Bernoulli: En un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en
régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el
fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
El objetivo de un circuito hidráulico es por medio de válvulas para poder controlar
un actuador hidráulico (ya sea axial o rotativo), para así a su vez controlar diversos
elementos, como por ejemplo:
Dirección asistida en los vehículos.
Una estampadora.
Maquinaria industrial.
Diversos procesos productivos.
etc.
Figura N° 6. Esquema Básico de un Circuito Oleohidráulico.
5. MEDIDORES DE NIVEL
Limnímetros
El limnímetro es la herramienta adaptada para vigilar cuencas o ríos.
El limnímetro o estación limnimétrica es un instrumento que permite registrar y
transmitir la medida de la altura de agua o de nieve (en un punto determinado) de
un río, una cuenca, etc. Generalmente las alturas se miden en metros o
centímetros.
La medida de la altura se puede convertir en estimación del caudal del río gracias
a una curva de calibración. Los Limnímetros, colocados en los puntos más
sensibles de la red hidráulica, permiten recoger medidas de la altura del agua o de
la nieve, seguir su evolución exacta (par rapport a una calzada cercana por
ejemplo) e informar el personal técnico de los riesgos de desbordamiento de los
ríos o cuencas.
TIPOS DE LIMNIMETROS:
1. LIMNÍMETROS DE PUNTA Y GANCHO CON ESCALA VERNIER.
A menudo es necesario medir la posición de la superficie del agua en estado
estable durante los estudios hidráulicos. Esto se realiza ajustando manualmente
una pequeña punta o un pequeño gancho para que toque la superficie del agua, y
leyendo el movimiento vertical en una escala o con un vernier (nonio).
Usos
· Localización de la frontera aire-superficie del agua con alta resolución
· Medición de cambios lentos del nivel de agua en canales de flujo y modelos
hidráulicos
· Medición de la deformación mecánica
Descripción
Un bastidor de montaje se fija a una estructura apropiada de soporte, y una varilla
medidora queda libre para deslizarse hacia arriba y hacia abajo por encima de la
superficie del agua. Un gancho o una punta de acero inoxidable, fijado al extremo
inferior de la varilla, se utiliza para localizar la superficie del agua.
La medición se realiza usando una escala primaria fijada al bastidor de montaje y
una escala nonio fijada a la varilla. Los bordes de las dos escalas están en
contacto.
La varilla está fijada en un collar con tornillo que permite un ajuste fino, y puede
ser liberada del mismo para efectuar rápidamente cambios grandes de posición.
Un tornillo de fijación situado en la escala nonio permite fijar la posición cero.
2. LIMNÍMETROS DE PUNTA Y GANCHO DIGITALES
Un indicador de lectura directa que elimina errores de observación debidos a la
lectura de escalas y nonios. Puede reiniciarse a cero en cualquier punto del rango
de operación para facilitar las comprobaciones relativas. La pantalla de cristal
líquido es fácil de leer y tiene una resolución de ±0,01mm. Un botón permite
cambiar instantáneamente de milímetros a pulgadas, si se desea. Un mecanismo
de liberación rápida permite rápidos cambios de posición.
DESCRIPCIÓN
Un bastidor de montaje se fija a una estructura apropiada de soporte, y una pletina
vertical plana sujeta a la unidad de medición queda libre para deslizarse hacia
arriba y hacia abajo por encima de la superficie del agua.
Un gancho o una punta de acero, fijado al extremo inferior de la pletina, se utiliza
para localizar la superficie del agua.
La unidad de medición consta de una pantalla electrónica de cristal líquido que
indica los movimientos de la pletina. Un mecanismo de liberación rápida permite
efectuar rápidamente grandes cambios de posición, y un tornillo de ajuste permite
un posicionamiento final preciso. Un botón reinicia la pantalla a cero en cualquier
posición, para poder medir movimientos relativos a un punto de referencia. Este
indicador es fácil de usar y minimiza los posibles errores producidos por la lectura
de una escala vernier.
Limnígrafos
Los limnígrafos, o registradores automáticos del nivel del agua, son instrumentos
que trazan gráficos, graban en cinta magnética o registran sobre una banda de
papel con perforaciones los niveles del agua, en función del tiempo. El limnígrafo
es un aparato inscriptor provisto de un mecanismo de relojería y de dispositivos
que permiten registrar las alturas de agua de forma continua. A continuación se
describe en forma sencilla al limnígrafo:
Está conformado por: Un flotador (1) y contrapeso (2) los cuales con un cable (3)
son conectados al dispositivo de reducción (4), el que acciona el husillo con
ranuras helicoidales (5), sobre el cual juega el dispositivo portaplumilla con
plumilla (6) y un tambor (7), que está colocado sea horizontalmente o
verticalmente.
A fin de que la banda registradora o limnigrama no resulte demasiada ancha, se
ha instalado un mecanismo de retroceso de la plumilla. Un husillo sin fin que
conduce el portaplumilla, está provisto de dos ranuras helicoidales en sentido
opuesto, que se enlazan sin interrupción en los extremos, de manera que en ellos
cambia el sentido de la palanca portaplumillas. De esta forma, los registros de
niveles de agua extraordinariamente altos o más bajos que hubiesen salido de los
límites de la escala de nivel de la banda, aparecen rebatidas hacia dentro,
quedando por lo tanto descartada la pérdida de los niveles máximos de las
crecidas. Según la reducción de alturas usadas, cada rayita en la banda
corresponde sea a 1 cm (1:10 ó 1:20) a 2 cm, respectivamente, dependiendo del
diámetro de la polea.
El tambor, dependiendo del sistema de relojería, puede completar una revolución
en 32 días, en 1 semana o 1 día y según esta disposición deberá efectuarse el
cambio de la banda.
CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DEL LIMNÍGRAFO
· Deberá funcionar satisfactoriamente en las condiciones ambientales
predominantes de temperatura y humedad relativa, correspondiente a las
condiciones locales.
· Todas las partes del limnígrafo estarán fabricadas en material resistente a la
corrosión en condiciones de utilización a la intemperie.
· El limnígrafo estará colocado dentro de una caseta resistente a la humedad, al
polvo y a la intemperie. La caja tendrá una ventana que permita el control visual
del limnígrafo sin necesidad de abrirla.
· La tapa tendrá una ventana que permita el control visual del limnígrafo sin
necesidad de abrirla.
· El error límite de las mediciones del tiempo no debe pasar ± 30 segundos por día
(s/d) en promedio, durante un periodo de 30 días por lo menos.
· Habrá un sistema de ajuste del movimiento para permitir la regulación con las
condiciones de precisión.
· El papel utilizado deberá mantenerse estable dentro de unos límites
relativamente estrechos en toda la gama de condiciones previstas de temperatura
y humedad.
· Si se utiliza una pluma con tinta ésta deberá producir un trazo fácilmente legible
sin corrimiento. Si se utiliza un lápiz tendrá la dureza adecuada para producir un
trazo legible.
· El reloj del limnígrafo debe ser intercambiable, con un sistema fácil para ser
desmontado y transportado.
· Errores de funcionamiento: generalmente, es causada por una variación de la
profundidad de flotación del flotador cuando el nivel cambia con rapidez y con él
cambia el peso del cable del flotador; también la falla puede darse por expansión y
contracción del papel, y cuando se utiliza cable de flotador que no reúne las
características de diseño.
TIPOS DE LIMNIGRAFOS
Limnígrafo vertical "ALPHA”
Este instrumento sirve principalmente para la observación continuada del nivel del
agua. Se trata de un instrumento robusto y de alta precisión, cuyos ámbitos de
aplicación son básicamente los siguientes:
· Estudios en aguas subterráneas
· Abastecimiento de aguas
· Medición de caudales
· Riego
· Aguas residuales
Limnígrafo horizontal "XI"
Este instrumento sirve para la observación y registro continuados de las
variaciones en el nivel del agua. Atención: para la utilización de este limnígrafo se
requiere la existencia previa de una caseta de protección. Mecanismo inversor de
registro, para el registro de los niveles pico del agua (máximos y mínimos)
· Escalas de registro intercambiables
· Manejo sencillo
· Instalación fácil y rápida
Limnígrafo de banda continua "DELTA"
El limnígrafo de banda continua "DELTA" sirve para el registro continuado del nivel
del agua. El registro tiene lugar en un rollo de papel milimetrado de 16 m de
longitud. Los campos de aplicación de este instrumento son básicamente los
siguientes:
· Medición de caudales
· Riego
· Estudios en aguas subterráneas
Sonda eléctrica
El principio de funcionamiento de la sonda eléctrica se basa en un principio
eléctrico, en el cual el agua como elemento conductor de electricidad y un cable
en donde termina un electrodo doble.
Cuando el electrodo hace contacto con el agua, en la profundidad del pozo, envía
una pequeña corriente eléctrica que activa la aguja de un amperímetro (que podría
ser una bujía o un pito) ubicado en el otro extremo, en el brocal, el que sirve
únicamente para indicar que se ha llegado al agua. En este momento se toma la
medida de la profundidad del nivel del agua a través del cable que debe estar
graduado para medir estas profundidades.
Sensor de presión
Métodos de medición hidrostática
-El método más común para medir nivel con sensores de tipo hidrostático, es
utilizado transmisores de diferencia de presión, o transmisores de presión
manométrica.
En los de diferencial de presión, la presión ejercida por la columna de líquido
actúa sobre la celda de diferencial de presión, cuyo movimiento es utilizado para
transmitir una señal neumática o electrónica proporcional a la altura del nivel.
Figura N° 7. Método de medición hidrostática.
La medición del nivel con transmisor de presión se utiliza preferentemente en
tanques abiertos expuestos a la atmosfera. En estos casos, la presión medida es
igual a la presión de la columna del líquido más la presión atmosférica (presión en
la superficie) La presión de la superficie suele ser despreciable por qué la mayoría
de los sensores de presión disponen de dispositivos que compensan la presión
atmosférica. Para estos casos, los transmisores se montan en la parte más baja
del tanque. Se puede montar a una profundidad oportuna.
Figura N° 8. Transmisor de Presión Manométrica.
En los instrumentos de nivel de tipo hidrostático, el nivel se mide por medio del
peso que ejerce una columna de líquido sobre el sensor de presión. Esta relación
define la medición de presión debido a una columna de líquido, la cual puede ser
convertida a altura del nivel sobre la línea de referencia determinada:
Ventajas:
1. Montaje Sencillo.
2. Fácil de Ajustar.
3. Precisión Razonable.
4. Amplio uso de aplicaciones en la industria alimentaria donde se manejan
productos con viscosidades cambiantes.
Desventajas:
1. Dependientes de la densidad relativa.
2. Relativamente costoso para mediciones de presión diferencial.
Sistema Básico o Manómetro
Consta de un manómetro cuando el líquido cuyo nivel se desea medir, es
corrosivo o viscoso, es necesario, un equipo de sello con la finalidad de aislar el
instrumento de dicho fluido.
El manómetro puede ser uno convencional, con la diferencia de que la escala en
lugar de ser graduada en unidades de presión, es graduada en unidades de nivel.
Figura N° 9. Medidor de Nivel Presión Hidrostática.
MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIAL
Para la medición de niveles en tanques al vació o bajo presión pueden utilizarse
los instrumentos de medición del flujo por métodos de presión diferencial.
La diferencia es que dará una lectura inversa; cuando señale caudal cero en
medidas de flujo, se leerá nivel máximo en medidas de nivel.
Figura N° 10. Medidores de Presión Diferencial.
Método de Presión Relativa
Cuando se usa para mediciones de nivel de líquidos, se calibra en unidades de
presión, de nivel de líquido correspondientes a la gravedad específica del líquido o
en unidades volumétricas calculadas según las dimensiones del recipiente.
También se puede calibrar de 0 a 100, lo que permite lecturas en términos de
tanto por ciento de nivel máximo.
Ultrasonido
Los sensores de nivel basados en ultrasonido, emplean la emisión de un
impulso ultrasónico a una superficie reflectante y el retorno del eco a un receptor.
El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.
Estos sensores trabajan a una frecuencia típica de 20 KHz., ya que estas ondas
atraviesan, con cierto amortiguamiento o reflexión, un medio de gases o vapores y
se reflejan en la superficie del líquido.
En las aplicaciones de alarma, los sensores vibran a una frecuencia determinada,
que se amortigua cuando son alcanzados por el líquido. En el caso de los
sensores de indicación continua, la fuente ultrasónica genera impulsos y
determina el tiempo que le toma a la onda ir y regresar una vez haya rebotado
contra la superficie del líquido.
Figura N° 11. Sensores de Ultrasonido.
Medidores Electromagnéticos:
Medición del nivel de líquidos: sensores basados en propiedades eléctricas
El sensor de nivel tipo conductivo, contiene uno o varios electrodos y un relé
eléctrico o electrónico, que opera cuando el líquido toca los electrodos.
Este tipo de sensores tiene una impedancia mínima del orden de 20 MW/cm, se
alimentan de CA para evitar la oxidación debido a la electrólisis, y, poseen un
sistema de retardo que impide su disparo debido a la ondulación en el nivel del
líquido o ante una perturbación momentánea.
Figura N° 12. Tipo de Sensores de nivel.
Los sensores de nivel tipo capacitivo, miden la capacitancia del condensador
formado por un electrodo sumergido en el líquido, y, otro representado por las
paredes del tanque.
La capacitancia del conjunto depende linealmente del nivel.
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacitancia total
del sistema se compone del fluido y de las conexiones superiores.
En líquidos conductores, el electrodo está aislado usualmente con teflón,
interviniendo capacitancias adicionales entre el material aislante y el electrodo.
Figura N° 13. Sensor de Nivel Tipo Capacitivo.
MEDIDORES DE CAUDAL
Los Medidores de Caudal son dispositivos que, instalados en una tubería,
permiten conocer el flujo volumétrico o caudal que está circulando por la misma,
parámetro éste de muchísima importancia en aquellos procesos que involucran el
transporte de un fluido. La mayoría de los medidores de caudal se basan en un
cambio del área de flujo, lo que provoca un cambio de presión que puede
relacionarse con el caudal a través de la ecuación de Bernoulli.
Existen varios tipos de medidores, sin embargo; los más utilizados en la
industria son: de Placa Orificio, de Tobera de Flujo y por último el conocidísimo
Tubo Venturi.
Aforo hidrométrico
Es el conjunto de pasos, actividades y procedimientos tendientes a conocer
(medir, registrar, calcular y analizar) los volúmenes de agua que circulan en
cauces y canales de un sistema de riego, con el fin de programar, corregir, mejorar
la distribución del agua. El sistema hidrométrico tiene como soporte físico una red
hidrométrica.
Los métodos de aforo más utilizados son:
1. Velocidad y sección
2. Estructuras Hidráulicas
3. Método volumétrico
4. Método químico
5. Método combinado. Calibración de compuertas
Método tubo de Pitot
• El tubo Pitot, es un pequeño tubo acodado en forma de “L”, con los
extremos abiertos y se usa para medir la velocidad del agua en tubos.
• Se coloca un tubo con el extremo acodado en dirección aguas arriba,
mientras otro se proyecta aguas abajo.
• La diferencia de alturas en ambos tubos Pitot, es igual a dos veces la carga
de velocidad, es decir:
h = h1 - h2 = v2
g
Donde la velocidad del flujo es:
v = C √ 2gh
Figura N° 14. Instalación de Tubos de Pitot.
Método tubo de Prandtl
Los manómetros de tubo de Pitot son una derivación de los clásicos tubos Prandtl,
es una combinación de tubo de Pitot para medir la presión total y una sonda de
medición de la presión estática. Estrechamente relacionados con los manómetros
surgen los anemómetros para medir velocidades de flujo.
Figura N° 15. Principio de Funcionamiento –Tubo de Prandtl
Venturimetros
• El principio del medidor se basa en el Teorema de Bernoulli
• El Venturi se compone de tres partes:
o Cono de entrada
o Garganta
o Cono de salida
• La descarga Q del medidor, está dada por:
Q = A1.v1 = CA1 √2gh (S -1)
(D1 / D2) – 1
O también:
Q = K √h
K = C.A2. √2g (S- 1)
1 – (D2/ D1)
Dónde:
C = Varia de 0.96 a 0.98, para corregir la fricción
A2 = Área transversal de la sección contraída con D2
D1 y D2 = Diámetros de tuberías a la entrada y sección contraída
S = Peso específico relativo del líquido manométrico.
Figura N° 17. Componentes del Venturi.