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INSTRUMENTACIÓN EN
HIDRÁULICA FLUVIALMediciones con ultrasonido en ríos
Curso Básico de Modelación e Instrumentación en Hidráulica Fluvial
Posgrado IMTA-UNAM
Ariosto Aguilar
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Temas
• Principio físico de conservación de masa
• Métodos para determinación de caudal (global)
• Técnicas y métodos para cálculo de flujo en ríos
y canales
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Principio de conservación
• La medición del caudal o gasto se fundamenta en la ley de la
conservación de masa, que enuncia “la materia o masa no puede ser
creada o destruida”.
• En la norma (ISO 772, 1996) se tiene una definición más extensa
inciso 1.1, “el movimiento de un volumen fluido se identifica por la
traslación de una substancia que no es un sólido o un gas, y es
prácticamente incompresible, además no ofrece una resistencia
significativa al cambio de forma y que fluye libremente”.
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Determinación de incertidumbre
(conceptos básicos)
• Esta parte sólo se indicarán en general algunos aspectos
como,
• Unidades de medida (CENAM),
• Determinación de Incertidumbre
• (ISO/TR 5168 Measurement of fluid flow – evaluation of uncertainties),
(ISO/IEC Guide of the expression of uncertainty in measurement).
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Definiciones básicas (VIM)
• Medición, proceso que consiste en obtener
experimentalmente uno o varios valores que pueden
atribuirse a una magnitud.
• Metrología, ciencia de las medición y sus aplicaciones.
• Mensurando, magnitud que se desea medir.
• Magnitud, propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia que
puede expresarse cuantitativamente mediante un número y una
referencia
• Valor, conjunto formado por un número y una referencia, que
constituye la expresión cuantitativa de una magnitud.
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Principio de medición
• Principio de medida, fenómeno que sirve como base de
una medición
• i.e: Dilatación o contracción del mercurio para medir la temperatura
• Método de medida, descripción genérica de la secuencia
lógica de operaciones utilizada en una medición (que
genera un procedimiento)
• i.e: Procedimiento para tomar la temperatura máxima y mínima del
ambiente.
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Errores
• Error de medida, diferencia entre un valor medido de una
magnitud y un valor de referencia.
• Error sistemático de medida, componente del error de
medida que, en mediciones repetidas, permanece
constante o varía de manera predecible.
• Error aleatorio, componente del error de medida que, en
mediciones repetidas varía de manera impredecible
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Ejemplo de fuente de error
Se tiene un disparador automático de
bolas de tenis
Error aleatorio (1) < Error aleatorio (2)
Error sistemático (1) > Error sistemático (2)
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Medición del error (sistemático y
aleatorio)Valor verdadero Valor verdadero Media
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Error aletorio
+𝜎−𝜎
+2𝜎−2𝜎
𝑓(𝑥)
𝑥 𝑥
Se tiene una
función de
distribución para
una secuencia
de muestras
Si tenemos una
medición con
menos de 30
muestras el
valor del
coeficientes
covertura es
diferente
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Incertidumbre
• Una vez determinado el mensurando, el principio y el procedimiento de medición se identifican las posibles fuentes de incertidumbre,
• El origen de esta incertidumbre son los diversos factores relacionados en la medición, por ejemplo:• Los resultados de la calibración del instrumento,
• La incertidumbre del patrón o material de referencia,
• La repetibilidad de las lecturas
• La reproducibilidad de las mediciones por cambio de observadores, instrumentos u otros elementos,
• El modelo particular de medición
• Variaciones en las magnitudes de influencia.
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Otras fuentes de incertidumbre• Definición incompleta del mensurando;• Ejecución imperfecta de la definición del mensurando;• Contar con un muestra no representativa (la muestra del
mensurando puede no representar la definición del mensurando);• Inadecuado conocimiento efecto de las condiciones ambientales
en la medición o medición imperfecta de las condiciones ambientales;
• Tendencia personal en la lectura de los equipos analógicos;• Resolución finita de un instrumento o discriminación de dígitos;• Valores inexactos en la medición de estándares y materiales de
referencia; • Valores inexactos de constantes y otros parámetros obtenidos de
fuentes externas y utilizadas en la reducción de datos algorítmicos;
• Aproximación y suposiciones incorporados en el método de medición y procedimiento;
• Variaciones en observaciones repetidas de un mensurando bajo condiciones aparentemente idénticas.
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Método de evaluación tipo A
(Análisis estadístico)• La media aritmética de las observaciones se evalúa como:
𝑥 =1
𝑛
𝑖=1
𝑛
𝑥𝑖
En este caso se tiene una serie de muestras de diferentes observacion, bajo una misma condición de prueba
• Dispersión de los datos o desviación estandar
𝑠2 𝑥𝑖 =1
𝑛 − 1
𝑖=1
𝑛
𝑥𝑖 − 𝑥2
• Cálculo de la desviación estandar experimental 𝜇 𝑥𝑖
𝜇 𝑞𝑖 = 𝑠 𝑥𝑖 =𝑠 𝑞𝑖
𝑛
La anterior indica que al aumentar el número de repeticiones se disminuye la incertidumbre tipo A.
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Método de evaluación tipo B
• Considera todas las demás maneras de estimar la incertidumbre y se supone una distribución con base a la experiencia o información externa del metrólogo:
• Certificados de calibración,
• Experiencia o conocimiento general del entorno y propiedades relevantes de los materiales e instrumentos,
• Especificaciones de los fabricantes,
• Datos obtenidos de calibración y otros tipos de certificados, y
• Incertidumbres conocidas y referidas de datos tomados de manuales.
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Métodos para determinación de caudal
• Método volumétrico y gravimétrico
• Método de área velocidad
• Método de cambio de régimen
• Método de sección pendiente
• Equipos electrónicos globales (i.e.: perfiladores)
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Método volumétrico o
gravimétrico (MV)El caudal o gastose define comolacontabilizaciónde la cantidad demasa en unaunidad de tiempo
𝑄 ≡𝑉
𝑡
donde 𝑉 , es elvolumen 𝐿3 ; 𝑡 ,tiempo 𝑇 , y 𝑄,caudal o gasto𝐿3𝑇1 .
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Aplicación MV
• Para aplicación de este método es necesario contar con un recipiente de forma conocida y contabilizar el tiempo de llenado con un cronómetro.
• Trazabilidad: Con este método se realiza una cuantificación directa del volumen o masa del flujo, por lo tanto si se tienen conocidas las dimensiones y el tiempo de llenado, se dice que se tiene un método primario.
• Ventajas: • Este método es el utilizado para la calibración de los medidores de flujo en
tuberías, por el ejemplo el IMTA cuenta con dos bancos para la calibración de micro y macromedidores en tuberías de agua fría.
• Desventajas:• Sólo se aplica en forma directa a caudales pequeños (30 𝑙/𝑠 o menos)
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Método de área velocidad
El principio de
conservación es la
medición del número
de partículas fluidas
que se desplazan en
una sección
transversal,
𝑄 = 𝑠 𝒏 ∙ 𝒗 𝑑𝐴
Donde 𝒗, es el vector
velocidad; 𝒏, vector
normal a la sección;
𝑑𝐴, diferencial de
área, y 𝑆 sección
transversal de la vena
líquida
𝒏 𝒗
𝑆
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Aplicación práctica
(dice vs debe)Se discretiza la sección transversal y se mide en forma directa la velocidad,
𝑄 =
𝑖=1
𝑛
𝑈𝑖𝐴𝑖
=
𝑖=1
𝑛
𝑈𝑖𝑤𝑖𝑑𝑖
Donde 𝑈𝑖, velocidad media en el área discreta; 𝐴𝑖, área discreta
𝑤𝑖
𝑑𝑖
𝑈𝑖
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Número de dovelas
Ancho del
cauce
No. dovelas
b < 0.5 m 5 a 6
0.5 < b < 1.0 m 6 a 7
1 < b < 3.0 m 7 a 12
3 < b < 5 m 13 a 16
b > 5 m 20 a 22
𝑏
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Equipos para medir
velocidad
• Molinetes
• Medidores de
velocidad ultrasónicos
de efecto Doopler
• Perfiladores
ultrasónicos de efecto
Doopler
• Medidores
ultrasónicos de
tiempo de travesía de
múltiples pares
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Medición de velocidad
• Reducción de puntos
• Un punto 𝑈 = 𝑈0.6
• Dos puntos 𝑈 = 0.5 𝑈0.2 + 𝑈0.8
• Tres puntos 𝑈 = 0.25 𝑈0.2 + 2𝑈0.6 + 𝑈0.8
• Cinco puntos 𝑈 = 0.1 𝑈𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 +3𝑈0.2 +3𝑈0.6 + 2𝑈0.8 +
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Cálculo de gasto con el método
de la sección promedio
Se mide la velocidad
en los extremo de la
dovela
La integración del
caudal se calcula con
la ecuación siguiente,
𝑄 = 𝑏𝑛+1 − 𝑏𝑛𝑑𝑛+1 + 𝑑𝑛2
𝑈𝑛+1 + 𝑈𝑛2
𝑏𝑛
𝑑𝑛+1
𝑏𝑛+1
𝑑𝑛
𝑏
𝑑
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Cálculo del gasto con el método de
la sección mediaSe mide la
velocidad en el
centro de la dovela
La integración del
caudal se calcula
con la ecuación
siguiente;
𝑄 =
𝑛=1
𝑁
𝑈𝑛𝑑𝑛𝑏𝑛+1 − 𝑏𝑛2
𝑏𝑛−1 𝑏𝑛
𝑑𝑛
𝑏
𝑑
𝑏𝑛+1
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Recomendaciones
• La sección de aforo debe
encontrarse en un tramo
recto, con pocas
variaciones espaciales en
la sección transversal,
• Número de dovelas por
sección transversal 20
para un canal > 10 m.
• Para una medición de tipo
hidrológica se acepta la
medición con puntos
reducidos 0.6𝑦 o 0.2,0.8𝑦
• En caso de controversia
entre volúmenes la
medición es 3 puntos
0.2, 0.6, 0.8𝑦
• Calibración reciente (no
necesaria para ADV).
0.6𝑦
0.2𝑦
0.8𝑦
𝑈
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Norma de
referencia
• ISO-748:2004 Measurement of liquid in open channels – velocityarea methods
• En el mejor de los casos la incertidumbre global es < 5%
• Antes de que la aparición de los equipos ultrasónicos este valor de incertidumbre era difícil de obtener.
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Método de cambio
de régimen
Con la ecuación de la
energía se demuestra la
unicidad en la relación
tirante-caudal
Este método es confiable y
con bajo mantenimiento
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Principio hidráulico
El principio de la energía mínima
sucede cuando existe una caída de
agua (cascada).
En esta condición el tirante 𝐻 se
presenta para un sólo caudal 𝑄
Por lo tanto
𝑄 ∝ 𝐻
Dependiendo de la sección
transversal se tienen curvas
diferentes, por ejemplo para un
aforador Parshall.
𝑄 = 𝐶𝑑𝑏 ℎ 3 2
Donde 𝐶𝑑, coeficiente de descarga; 𝑏, el ancho de la garganta y ℎ, la carga
aguas arriba de la descarga.
𝑦𝑐
𝐻
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Tipos de aforadores de cambio de régimen
• Aforador de garganta larga
• Los coeficientes de descarga son ajustables matemáticamente con
una teoría de capa límite.
• Aforador Parshall
• Los coeficientes son para anchos de canal pre-establecido (en
unidades inglesas)
• Aforador de venturi
• Aforador triangular
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Medición con equipos acústicos
(ondas de ultrasonido)
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Motivación
• Los medidores acústicos no tienen elementos mecánicos y no inducen perturbaciones en el medio.
• Medición sobre un principio físico,
• Aplicable con alta precisión en diferentes anchos de la sección transversal,
• Los costos de instalación y mantenimiento bajos en comparación con los métodos tradicionales (especialmente en canales y ríos).
• Pueden medir diferentes tipos de fluidos (agua, gas, amoniaco, petróleo, gasolina, etc.)
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Rangos de Aplicación de la medición
acústica• Medidores de tiempo de travesía
• Aplicaciones: tuberías a presión (2” a 11m), canales (2
m a 500 m).
• Precisión de 0.5% a 2%.
• Medidores de efecto Doppler
• Aplicaciones: tuberías a presión (2” a 3m), canales (2 m
a 40 m), perfilación para determinación de corrientes
(1.5 a +4000 m)
• Precisión de 2% a 5%.
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Medidores de tiempo de travesíaMulti-trayectorias interno
Externo de
una
trayectoria
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Medidores multi-trayectorias en canal
20m
40m
200m
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Funcionamiento del
medidor de tiempo de
travesía (transit time)
• Un medidor de tiempo de
travesía es un
instrumento para medir la
“velocidad”, por el efecto
de retraso o adelanto de
un pulso acústico entre
dos sensores, orientados
oblicuos a tubería.
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Recomendaciones de uso en tuberías
• Se debe tener un tramo recto sin estructuras (válvulas, reducciones, tomas piezométricas) con una longitud de al menos 10 ⊘
• El flujo debe ser en una fase, si se tiene sedimentos estos deben estar uniformemente distribuidos en la columna
• Si existe varios codos antes del sitio de medición, se tiene que evaluar que exista un flujo secundario y la señal puede ser ruidosa (flujo swirl)
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Cálculo de flujo con
múltiples trayectorias
para tuberíasEl caudal se estimada
𝑄 = 𝐴
𝑖=1
𝑁
𝑤𝑖𝑈𝑖
Donde las velocidades 𝑈𝑖 son las determinada en cada plano 𝑖 =1,2, , ⋯ , 𝑁 , y 𝑤𝑖, es un factor de
ponderación de la integración del área de influencia de cada medidor.
Según la IEC 60041 para condisiderar está técnica como primaria se debe tener cuatro planos con ocho pares de sensores cruzados
Incertidumbre < 0.5%
Par de sensores 1
Par de sensores 2
Par de sensores 3
Par de sensores 4
Diámetro
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Cálculo de flujo con
múltiples trayectorias
para canalesEl caudal se estimada
𝑄 = 𝐴
𝑖=1
𝑁
𝑤𝑖𝑈𝑖
Donde las velocidades 𝑈𝑖 son las determinada en cada plano 𝑖 =1,2, , ⋯ , 𝑁 , y 𝑤𝑖, es un factor de
ponderación de la intefración del área de influencia de cada medidor.
La forma de integrar los valores de ponderación se ajustan por el Método de sección media o sección promedio (similar a la ISO 748 )
Incertidumbre < 5%‼
Par de sensores 1
Par de sensores 2
Par de sensores 3
Par de sensores 4
Tirante
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Medidores Doppler
Lateral en canal
Perfilador de velocidad
móvil
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Medidores de efecto doppler
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Medidor ultrasónico Doppler
• Principio, se tiene una fuente de emisión
de un pulso de sonido, cual se traslada a
través del agua.
• El pulso es reflejado por las partículas que
son transportadas por el flujo (sedimento,
materia orgánica o burbujas), estas reemite
el pulso, pero si la partícula se aleja del
sensor se disminuye la frencuencia o en
caso contrario aumenta la frecuencia.
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Ejemplo de corrimiento doppler
Por ejemplo si tenemos una frecuencia 𝑓 del oleaje
cerca de la costa, si caminamos desde el punto 1 a 2,
entonces la frecuencia del oleaje que registramos
𝑓1−2 > 𝑓 y ahora realizamos el caso inverso 𝑓2−1 < 𝑓
Esta difencia de frecuencias están en función de la
velocidad y sentido con nos traladamos del punto 1 a 2,
(efecto Doppler)
1 2
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Perfilación acústica
Pulso transmitido
𝑓0
𝑇𝑝
El objeto se acerca
El objeto se aleja
Condición estacionaria
Pulso recibido 𝑓𝐷
𝑓𝐷 < 𝑓0
𝑓𝐷 > 𝑓0
𝑓𝐷 ≈ 𝑓0
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Perfilación acústica
• En caso de un perfilador
acústico se emite la señal a un
frecuencia 𝑓
• En el proceso de recepción se
corta el registro en intervalos
discreto ∆𝑡
• Para cada ∆𝑡 se tiene un
cambio de frecuencia 𝑓𝐷, entonces se tienen diferentes
velocidades a lo largo de la
columna de agua
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Determinación
del caudal
Para los equipos
móviles (botes) el
caudal se
determina por
medio del método
de área-velocidad
(ISO-748),
𝑄 =
𝑖=1
𝑛
𝑈𝑖𝐴𝑖
=
𝑖=1
𝑛
𝑈𝑖𝑤𝑖𝑑𝑖
Perfil
Vertical
Profundidad
de las celdas
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Generalidades del perfilador acústico
montado en un barco
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Perfilador SonTek
• 5 – Sensores ultrasónicos
• 4 sensors para medición de velocidad• Frecuencia 3 Mhz
• Rango de perfilación de velocidad~0.2 m to 5.0 m
• 1 sensor para medir la profundidad• Frecuencia 1 Mhz
• Rango ~0.15 - 15m
• Frecuencia de muestreo 1 Hz
S5
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Perfilador SonTek
• 9- Sensores ultrasónicos
• 4 Sensores a 1 Mhz
• 4 Sensores 3 Mhz
• 1 Sensores de profundidad
de 0.5 Mhz
• Rango de perfilación de ~0.3
m – 30.0 m
• Frecuencia de muestreo 1
Hz.
M9
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Configuración automática• El equipo ajusta el tamaño de la celda en función de profundidad
• Opera para banda ancha.
• Para el cálculo de gasto determina la velocidad media por dovela
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TRDI – RiverRay
• Transductor Phased array (cara plana)
• Sensor con un ángulo de 30 grados
• Frecuencia única de 600 kHz
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Seguimiento del perfilador con GPS • Los equipos cuentan con tres opciones de rastreo,
de fondo (botton tracking), GPS-GCA, GPS-VTG
GGA VTG
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Prueba de movimiento de fondo (MF)• Tres métodos para detector el MF
1. Prueba fija - sin GPS
2. Prueba fija - con GPS
3. Método loop
Flo
w
DUP
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Número de transectos
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Tiempo de prueba0 500 1000-10
0
10
0 1000 2000-10
0
10
0 2000 4000-10
0
10
0 1000 2000 3000 4000 5000-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Duration in seconds
Perc
en
t D
iffe
ren
ce f
rom
12-P
ass M
ean
1
2
4
6
8
Oberg and Mueller (2007a). “Validation of Streamflow Measurements Made with
ADCPs.” Journal of Hydraulic Engineering, 133(12), 1421-1432.
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Aforo en río Grijalva en Frontera Tabasco, caudal 3722 m3/s,
agosto 2013
(referencia doble GPS y ajuste de salinidad con CTD)
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Ejemplo de aforo con un equipo móvil en
el canal Alto del Yaqui (IMTA 2006)
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Ejemplo de verificación de un aforo con
metodologías diferentes
• Sitio de medición, a la salida de la presa
Mocúzari en el Distrito de Riego 038
• Equipos utilizados, perfilador acústico M9 Sontek
multifrecuencia, y molinetes mecánicos price AA
• Procedimiento de medición, con el equipo M9 se
realizó un aforo con movimiento continuo y
estacionario (ISO-748), en el caso del molinete el
operario aplicó el método de reducción de puntos
a 0.6 del tirante
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Aforo con equipo M9 modo móvil
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Aforo con equipo M9 modo
estacionario
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Resumen de incertidumbre global
Tipo aforoCaudal(m3/s)
COV(m3/s)
p=0.95(m3/s)
Incertidu
mbre
global%
Móvil 48.43 0.87 1.74 4.51%
Estacionario (10dovelas) 47.604 1.82 3.64 8.41%
Estacionario (20dovelas) 48.003 1.06 2.12 -----
Molinete 47.566 0.308 1.232 5.48%
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Perfiladores laterales SL/SW-ADCP
• Los equipos de medición de velocidad lateral o fondo (ADCP o ADV), utilizan para calcular el caudal el método de la velocidad índice (Index velocity method) (Schmidt 2004, 2005), y este consiste en una intercalibración de velocidades por medio de aforos en campo con molinete o perfilador móvil (ISO-748).
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Perfilador ADV-fondo
Río Nazas Durango
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Principios del método de la velocidad
índice
• El patrón de velocidad puede tiene cambios muy
importantes con relación al caudal y nivel.
• Para ajustar estos cambios se realiza un ajuste de la
velocidad medida en función del tirante Aforador de
tiempo de travesía
𝑄 = 𝐴 𝑦 𝛼 + 𝛽𝑦 𝑈𝐴𝐷𝐶𝑃
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Estación de aforó Juan Sarabia
• Ubicado en el río Hondo, Quintana Roo
• Equipo: perfilador acústico ADCP de fondo
• Montaje: inmersión submarina
• Calibración: Método de la velocidad índice
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Montaje del equipo ADCP
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Características de la secciónElevaciones-área
Velocidad índice
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Ejemplo de aforo de calibración
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Hidrograma de la estación Juan Sarabia
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Escala de gastos
• En la práctica se puede recomendar construir un escala
de elevaciones descargas
• Instalación del nivel
• Calibración para diferentes gastos
• Mantener el registro e incluso emitir alarmas de volúmenes
descargados
• En la estación Juan Sarabia se verificó la calidad en la medición de
caudales al instalar una escala
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Calidad en la medición con la escala de
elevaciones gastos
Nivel en metros
Gasto
en m
3/s
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CALIBRACIÓN DE UN EQUIPO
ACÚSTICO DOPPLER LATERAL CON
EL MÉTODO DE LA VELOCIDAD
ÍNDICE EN RÍO GRIJALVA
Ariosto Aguilar y Víctor Mejía
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
2011
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Introducción
• La medición del caudal en ríos y canales a superficie libre
ha tenido un cambio tecnológico con el uso de equipos de
medición ultrasónica o de emisión de señal
electromagnética.
• Estos equipos permiten monitorear en forma continua la
variación del nivel, velocidad, y caudal y totalizar el
volumen;
• Estas cualidades o versatilidades de estos equipos han
sustituido con gran eficacia el procedimiento clásico de
aforo con molinete (Tamari y Aguilar-Chávez, 2007).
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Determinación de la trazabilidad
• Aplicación de la ISO 17025 procedimiento de laboratorios
de medición y prueba
• En muchos casos, no es posible establecer el procedimiento de
medición, que asegure la trazabilidad en la estimación con el
principio de medición primaria de volumen o masa.
• Por este motivo, se han establecido algunos procedimientos
(Tamari y Aguilar, 2010) o normas (ISO 15769: 2010) que indican la
forma en cómo se debe calibrar los equipos de medición
ultrasónicos de efecto Doppler o ADP ( Acoustic Doppler Profiler)
en campo.
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Método de calibración de un equipo ADP-SL (1)
Sea la ecuación de cálculo de caudal
QU=A(y) UR
donde, QU gasto o caudal que circula en el río o canal; A(y), función del área de la sección transversal; y , tirante en la sección transversal, y , UR velocidad media real que circula en la sección de aforo
La función de área para una sección prismática es
A(y) = a +b y + c y2
para una sección irregular se utilizá un polinomio de mayor de orden, este criterio lo han establecido los fabricantes de los equipos.
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Método de calibración de un equipo ADP-
SL (2)Bajo este principio la velocidad índice se construye con el siguiente modelo:
UR =f (UADP-SL, y )
= a + b y + g UADP-SL y
donde UR , es la velocidad media medida con el equipo ADP-SL; f (UADP-SL, y ), modelo estadístico de correlación; y , tirante en la sección transversal y , UADP-SL , velocidad media real que circula en la sección de aforo.
La propuesta del modelo correlación estadística que han definido los fabricantes de los equipos es (Schmidt y Espey, 2004):
La propuesta del modelo anterior indica que se tiene una correlación lineal entre la velocidad medida por el equipo ADP y la real que se tiene en la sección transversal, y los fabricantes de equipos consideran que este modelo es suficiente para obtener una calibración en caudal de un equipo ADP en un río o canal.
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Sitio de instalación
Ubicación de la estación hidrométrica de la mandarina
Proceso de instalación del equipo ADP-SL
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Montaje del equipo
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Aforos de calibración
Aforo con equipo ADP montados en barquitos
Resultado de aforo para 1400 m3/s
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Curva de calibración por el método
de la velocidad índice
Curva de la velocidad índice
V media = 0.8531 Vx + 0.0412
R2 = 0.963
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Vx (m/s)
V m
ed
ia (
m/s
)
Verificación
calibración
Lineal (calibración)
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Incertidumbre global del equipo
ADP-SL
-12%
-9%
-6%
-3%
0%
3%
6%
9%
12%
300 400 500 600 700 800 900
Q (m3/s)
DQ
(%
)
AQ (verificación)
AQ (calibración)
p= 0.95
p=-0.95
Incertidumbre = 7.68% (p=0.95)
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Discusión
• En estricto sentido estadístico el modelo para estimar la incertidumbre debe ser la acumulación de la incertidumbre global del equipo de calibración (ADP móvil montado en un barquito), adicionando la incertidumbre en la estimación de la velocidad con y la incertidumbre generada por el uso del modelo de correlación estadística indicado en la ecuación de caudal
• En la práctica de calibración se considera el valor del caudal con ADP móvil tiene un valor insesgado y el valor del ruido se conoce después de aplicar la repeticiones de calibración, entonces el valor de incertidumbre está englobado en el modelo de correlación estadística (4).
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Prospectiva de uso de equipos ADP para
las estaciones hidrométricas
Metodología Equipo o parámetros
Incer
p = 0.95Costo de
operación
Rango de
operación
Q (m3/s)
Área-velocidad (ISO-
748)
Perfilador acústico
doppler ADP, móvil4% $$$ 0 - 2500
Velocidad índice
(ISO/TS 24154)
Perfilador acústico
doppler ADP lateral fijo
(ver gráficas 1 – 2)
7.7% $ 340 - 1500
Relación de carga-
caudal (ISO-1100-2)
Medición Aguas Arriba
del canal72% $ 0 – 10,000
Medición de diferencia
entre el nivel aguas
arriba – nivel aguas
abajo ( ajuste
polinomial de 4 orden)
28% $ 0 – 10,000
Método de caída –
relación constante
(ISO-9123)
Medición de Nivel
Aguas arriba y
diferencia de nivel
aguas arriba- nivel
aguas abajo
26% $ 0 – 10,000
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INSTRUMENTACIÓN DE LA
ESTACIÓN DE AFOROS LOS
ALDAMAS N.L.
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Coordinación de Tecnología Hidráulica
Subcoordinación de Obras y Equipos Hidráulicos
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La Comisión Nacional del Agua, por medio de la Gerencia de Distritos y Unidades de Riego, encargó al IMTA poner en marcha un sistema para monitorear el gasto del río San Juán, a altura de la estación “Los Aldamas”
Antecedentes
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Objetivo y alcances
Desarrollo e
instalación de un
sistema para
conocer en tiempo
real el gasto del
río San Juan, a
altura de la
estación de aforo
“Los Aldamas”
(N.L.)
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En 2004, se estableció una curva tirante - gasto para la estación “Los Aldamas”.
Así, se puede estimar el gasto si se monitorea el nivel del agua en este sitio.
ISO 1100-2: 1998(E). Measurement of liquid flow in open channels, Part 2: Determination of the stage-discharge relation.
Calibración de la estación de
aforos
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- Escala de Medición:
E.M. = 8 mEn casos extremos, el tirantepuede alcanzar los 16 m
- Precisión absoluta:
a = 10 mm
Precisión relativa:
r = 1 / 8,000 0.01 %
Requerimientos para el nivel y
caudal
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Precisión en la determinación del caudal
Estación de aforo "Los Aldamas"
Error teórico sobre la estimación
del gasto, cuando se comete un
error de 1 cm para leer el tirante
<= Error relativo Error absoluto =>
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8
Tirante (m)
Err
or
rela
tivo
(%
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Err
or
ab
so
luto
(m3/s
)
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Sistema de medición (3)
Equipo instalado en el puente
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Reporte de caudal (28 de septiembre de
2005 en adelante)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200
Días (inicio 29/09/2005)
Ga
sto
(m
3/s
)
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Reporte de volumen acumulado
0
200
400
600
800
1000
1200
0 50 100 150 200
Días (inicio 28/09/05)
Vo
lum
en
(M
m3)
Volumen acumulado 1036.729 Mm3
(28 de septiembre de 2005 al 19 de abril de 2006)
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Gracias