6.1.1. Caudal de entrada
Para poder medir el caudal de entrada al canal se usa el caudalímetro electromagnético incorporado en la conexión entre el estanque de almacenamiento y el estanque de regulación. Este es un instrumento digital que mide de manera indirecta el caudal de entrada al canal, dado que mide la variación de los campos electromagnéticos que se ven alterados por el flujo del agua. El instrumento está configurado para entregar el valor del caudal en [L/min]. La Figura 6.1 presenta el caudalímetro funcionando, midiendo un valor de 580,2 [L/min].
Figura 6.1. Caudalímetro instalado y funcionando, medición del caudal en [L/min].
Para transformar la medición de [L/min] a [m3/s] se realiza a modo de ejemplo la transformación de unidades tomando como dato el valor de la Figura 6.1.
580 ∗ 1
60 = 9,67 ∗
1
1000 = 0,00967
La medición de 580 [L/min] o 9,7 [L/s] corresponde al máximo caudal que puede circular por el canal, el cual no sobrepasa el caudal máximo de diseño de 10 [L/s], por lo tanto el diseño del canal asegura el correcto funcionamiento del caudalímetro en todas las condiciones posibles de caudal entrante.
6.1.2. Caudal de salida
Para medir el caudal de salida se utiliza un aforo volumétrico, para esto es necesario medir en el estanque volumétrico, variaciones del nivel de agua en su interior y poder asociar estas variaciones a un cambio de volumen de agua dentro del estanque. Para hacer lo anterior se calibró el estanque volumétrico mediante el siguiente procedimiento, se fue llenando el estanque con 10 [L] de agua a la vez y se fue marcando el nivel del agua dentro del estanque desde un cero arbitrario hasta los 160 [L] con un marcador permanente en el estanque. La Figura 6.2 muestra las marcas realizadas al estanque.
Figura 6.2. Marcas del estanque volumétrico para medir variaciones de volumen en su interior.
Con las marcas realizadas al estanque el procedimiento para tomar los datos es el siguiente: 1. Cerrar las válvulas de bola ubicadas en las conexiones entre el estanque
volumétrico y el estanque de almacenamiento.
2. Llenar el estanque hasta la marca de 50 [L] aproximadamente y abrir la válvula de 110 [mm] para sacar el aire encerrado en la tubería.
3. Cerrar la válvula nuevamente y esperar a que el nivel de agua alcance una de las marcas para comenzar a tomar el tiempo. Se recomienda que la variación de volumen considerada para medir el tiempo transcurrido, sea mínimo de 30 [L], ya que el tiempo transcurrido en una variación menor de volumen puede ser muy corto, lo cual puede generar errores mayores en la medición, debido al menor tiempo de reacción que tiene el observador.
4. Detener el tiempo una vez que el nivel del agua ha alcanzado la marca final considerada.
5. Anotar la variación de volumen considerada dentro del estanque y el tiempo de ocurrencia de la misma.
6. Se recomienda usar un cronómetro con marcador de vueltas, así es posible tomar el tiempo a medida que ocurre un determinado cambio de volumen en el estanque
de forma seguida, por ejemplo cada 30 [L]. Se recomienda tomar al menos cinco datos del tiempo transcurrido para una misma variación de volumen considerada, de manera de reducir posibles errores aleatorios en la medición tomando como el tiempo transcurrido final, el valor promedio de los tiempos transcurridos medidos. 7. Calcular el caudal de salida del canal con la siguiente ecuación:
=∆̅ (6.1)
Donde:
∆ : Variación de volumen ocurrida en el estanque volumétrico, en [L].
̅ : Tiempo promedio en que ocurre la variación de volumen, en [seg].
Para verificar los resultados obtenidos mediante el aforo volumétrico para medir el caudal de salida, se tomaron mediciones teniendo cerradas las aberturas para la compuerta lateral, el vertedero lateral y la rejilla de infiltración, de tal manera que el caudal de entrada fuese igual al caudal de salida en el canal. Se calculó el caudal de salida y se comparó con el caudal de entrada medido por el caudalímetro. Los resultados obtenidos se presentan en la Figura 6.3. En la Figura 6.3 la línea continua corresponde a la recta formada al considerar que el caudal de salida fuese igual al caudal de entrada medido por el caudalímetro y los puntos son los datos del caudal de salida, calculados usando el estanque volumétrico. A partir de los resultados se calcula el error porcentual de cada dato de caudal el cual se presenta en la Figura 6.4.
El detalle de los datos medidos para la verificación se encuentra en la Tabla C - 1 del anexo C. De acuerdo a la Figura 6.4 los mayores errores se obtienen para caudales de salida mayores a 8 [L/s], pero nunca excediendo el 5% de error, esto se debe a que mayores caudales causan una mayor agitación superficial al caer en el estanque, haciendo difícil determinar el momento exacto en que el nivel de agua alcanza la marca del estanque considerada, afectando la precisión de la medición del tiempo transcurrido entre las marcas consideradas. Teniendo en cuenta que durante los experimentos existe un caudal vertido por el vertedero, se tiene que el caudal de salida difícilmente alcanzará estas magnitudes donde el error es mayor, lo cual implica que si es posible utilizar el método de aforo volumétrico para el cálculo del caudal de salida del canal, obteniéndose errores menores al 5% si el procedimiento de medición se realiza de manera eficiente.
Figura 6.3. Gráfico de verificación del método de cálculo del caudal de salida del canal.
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Figura 6.4. Error porcentual obtenido para cada valor calculado del caudal de salida mediante el estanque volumétrico.