Medidores de caudal de aguas residuales

Vencimiento consulta pública: 2009.10.16
PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA
NCh3205.c2009
Medidores de caudal de aguas residuales - Requisitos
Preámbulo
El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el
estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION
PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos
organismos.
Este proyecto de norma se estudió a través del Comité Técnico Medidores de caudal, para
establecer los requisitos que deben cumplir los medidores de caudal para aguas residuales.
Por no existir Norma Internacional, en la elaboración de este proyecto de norma se han
tomado en consideración los documentos siguientes:
ASTM D 5089:1995
(Reaprobada 2008)
ASTM D 5640:1995
ISO 4064-1 (2005)
Standard Test Method for Velocity Measurements of Water in
Open Channel with Electromagnetic Current Meters.
Standard Guide for Selection of Weirs and Flumes for Open Cannels Flow.
Measurements of water flow in fully charged closed conduits Meters for cold potable water and hot water - Part 1:
Specifications.
y antecedentes técnicos nacionales.
El proyecto de norma NCh3205 ha sido preparado por la División de Normas del Instituto
Nacional de Normalización.
Los Anexos A, B y C no forman parte del proyecto de norma, se insertan sólo a título
informativo.
I
NCh3205
Contenido
Página
Preámbulo
I
1
Alcance y campo de aplicación
1
2
Referencias normativas
1
3
Términos y definiciones
2
4
Equipos de medición
4
4.1
Clasificación básica
4
4.2
Clasificación según tecnología de medición
5
4.3
Materiales
6
5
Requisitos de instalación
6
5.1
Generalidades
6
6
Requisitos para medidores de caudal fijos, con dispositivos primarios
7
6.1
Condiciones generales
7
6.2
Especificaciones
8
7
Requisitos para medidores móviles con dispositivos secundarios
8
7.1
Condiciones generales
8
7.2
Especificaciones
9
8
Curva de calibración y verificación de mediciones
9
9
Certificación
II
10
NCh3205
Contenido
Página
10
Marcado
10
10.1
Generalidades
10
10.2
Marcas mínimas requeridas
11
10.3
Marcas adicionales
11
Anexos
Anexo A (informativo) Recomendaciones
13
A.1
Transductor ultrasónico posicionado sobre el canal (sensor de nivel)
13
A.2
Transductor de presión sumergido (sensor de nivel)
14
A.3
Medidor con tecnología radar para medición de nivel
14
A.4
Medidor por el método del efecto Doppler
15
A.5
Medidor por el método electromagnético
15
Anexo B (informativo) Tecnologías actuales
16
B.1
Tecnología para medición del nivel del flujo
16
B.2
Tecnologías para la medición del caudal por el método área velocidad (AV)
17
Anexo C (informativo) Bibliografía
Figuras
19
Figura 1 Esquema medidor de velocidad de fluido por el método del efecto Doppler
11
Figura 2 Medidor de velocidad de fluido por el método electromagnético
12
Figura 3 Transductores acústicos externos de efecto Doppler colocados
mediante una abrazadera a una tubería
12
III
NCh3205
Contenido
Página
Tablas
Tabla 1 Requisitos mínimos de precisión de los medidores
Tabla 2 Marcas mínimas requeridas
IV
9
11
Vencimiento consulta pública: 2009.10.16
PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA
NCh3205.c2009
Medidores de caudal de aguas residuales - Requisitos
1 Alcance y campo de aplicación
1.1 Esta norma establece los requisitos mínimos, para la fabricación e instalación de los
medidores de aguas residuales.
1.2 Esta norma se aplica a los medidores de caudal cuyo tipo de instalación sea fijo o
móvil.
1.3 Esta norma se aplica a medidores instalados para medir caudales de aguas servidas y
residuos industriales líquidos, que cumplan con la reglamentación vigente.
1.4 Esta norma se aplica a medidores de caudal instalados en establecimientos industriales
y en plantas de tratamiento de aguas servidas.
1.5 Esta norma se podrá utilizar para medidores de caudales empleados en otro tipo de
instalaciones, que defina la Autoridad Competente.
2 Referencias normativas
Los documentos siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para
referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se aplica
la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda).
NCh255
NCh256
NCh1105
Cobre y sus aleaciones para fundición - Terminología, clasificación y
designación.
Cobre - Cobres aleados y aleaciones de cobre - Barras, perfiles y pletinas Terminología - Especificaciones generales y métodos de ensayo.
Ingeniería sanitaria - Alcantarillado de aguas residuales - Diseño y cálculo
de redes.
1
NCh3205
NCh1623
NCh2080
IEC 60529
Cámaras de inspección prefabricadas de hormigón para redes de
alcantarillado - Requisitos.
Tapas y anillos para cámaras de válvulas de agua potable y para cámaras de
inspección de alcantarillado público.
Degrees of protection provided by enclosures.
3 Términos y definiciones
Para los propósitos de esta norma, se aplican los términos y definiciones siguientes:
3.1 aguas grises: aguas residuales provenientes de las tinas y duchas, lavatorios,
lavaplatos y otros similares, excluyendo las aguas negras
3.2 aguas negras: aguas residuales que contienen excretas
3.3 aguas residuales: aguas que se descargan al alcantarillado después de haber sido
usadas en instalaciones domiciliarias o en algún tipo de proceso, o producidas por éste,
y que no tienen ningún valor inmediato para ese proceso
3.4 aguas servidas; aguas servidas domésticas: aguas residuales que sólo contienen los
desechos de una comunidad, compuestas por aguas grises y aguas negras
3.5 Autoridad Competente: entidad (pública o privada) o autoridad estatal que tiene
competencia en el ámbito del diseño, la construcción, la regulación o la fiscalización de
las instalaciones y obras pertinentes a sus servicios, de acuerdo a su ámbito de acción,
cuando corresponda
3.6 cámara de inspección: aquella que permite la operación, registro y mantenimiento
del sistema de alcantarillado
3.7 canal abierto: sistema por el cual las aguas residuales fluyen por gravedad, de forma
libre, e incluye canales, aliviaderos, o similares
3.8 caudal: área de la sección transversal efectiva (A), del canal abierto y conductos
similares, que atraviesa el agua residual, multiplicado por la velocidad lineal media del
fluido (V) y se expresa por la ecuación de continuidad
Q (m3 /s) = A (m2 ) × V (m/s)
Es también, el volumen de fluido que pasa por los diferentes conductos, en la unidad de
tiempo.
2
NCh3205
3.9 efecto Doppler: variación aparente de la frecuencia de una onda periódica que se
propaga en un medio mecánico debido al movimiento de la fuente de ondas, del
observador, o de ambos en dicho medio.
Para los efectos de esta norma, es la variación de la frecuencia de la onda emitida por
un transductor ultrasónico, cuando es reflejada por un objeto en movimiento, en las
aguas residuales
3.10 equipo patrón: equipo provisto de sensores de mayor precisión al empleado en las
mediciones de rutina
3.11 error de medición (precisión): inexactitud que se acepta como inevitable al comparar
una magnitud con su patrón de medida
3.12 espacios confinados: espacios con aberturas limitadas de entradas y salidas y
ventilación natural desfavorable, en los que se pueden acumular contaminantes tóxicos
o inflamables, o tener atmósferas deficientes en oxígeno. Estos espacios además, son
estrechos, incómodos para el trabajo y de limitada iluminación
3.13 estándares de protección IP y NEMA: estándares que clasifican el grado de
protección contra ambientes tales como sólidos (polvo) y líquidos (como el agua), que
deben cumplir los equipos y accesorios eléctricos y electrónicos
3.14 medidor de caudal: aparato destinado a medir e indicar el nivel, velocidad y caudal
de aguas residuales. Disponen de sensores para medir alturas del nivel y velocidad del
agua residual, y de registradores
3.15 medidor de caudal fijo: aquel medidor instalado en forma permanente operado
mediante conexión a la red de corriente alterna
3.16 medidor de caudal móvil: aquel medidor portátil operado con baterías
3.17 medidor por el método del efecto Doppler, con ondas ultrasónicas: aquel medidor
de caudal que mide los cambios de frecuencia de las ondas ultrasónicas que se emiten
por el transductor y son recepcionadas, luego de haber sido reflejadas por sólidos en
suspensión, burbujas y otras discontinuidades en movimiento, en las aguas residuales y
se aplica a la medición de velocidad de esta agua (ver Figura 1)
3.18 medidor por el método electromagnético: aquel medidor de caudal de tipo
inductivo, que realiza la medición de la velocidad de las aguas residuales, utilizando el
principio de la Ley de Faraday, por la cual el paso del líquido conductor de la
electricidad, a través de un campo magnético, induce un voltaje, que genera una
corriente eléctrica proporcional a la velocidad del fluido líquido (ver Figura 2)
3
NCh3205
3.19 medidor por el método del radar: aquel medidor que mide tanto el nivel como la
velocidad de las aguas residuales, utilizando la información de las ondas
electromagnéticas reflejadas por el nivel de líquido y los reflectores en movimiento en
ese medio, determinando de esa forma el caudal del fluido. También puede utilizar
transductores ultrasónicos para la medición de nivel
3.20 método área-velocidad (AV): método utilizado para medir el caudal de las aguas
residuales en canales abiertos y conductos similares, dónde el área se determina a
través de la forma de los conductos, con la altura del nivel del líquido y la velocidad del
líquido se determina utilizando tecnologías que aplican los métodos del efecto Doppler y
el electromagnético
3.21 monitoreo: actividad realizada para controlar la calidad y caudal de las aguas
residuales, en conformidad a lo dispuesto en la normativa vigente
3.22 ril; riles: residuo(s) industrial(es) líquido(s) descargado(s) por un establecimiento
industrial
3.23 sensor de altura: dispositivo parte de un medidor de caudal que, utilizando
diferentes técnicas, permite determinar el nivel del fluido en los canales abiertos y
conductos similares
3.24 transductor: dispositivo que recibe la potencia de un sistema mecánico,
electromagnético o acústico y la trasmite a otro
3.25 tubería: conducto cerrado por donde fluyen las aguas residuales de forma libre, por
gravedad, sin presión
3.26 ultrasonido: ondas acústicas cuyas frecuencias están por encima del límite
perceptible del oído humano. Es utilizado en mediciones de distancia, donde se requiere
un trasmisor de ondas y un receptor de las mismas, una vez reflejadas por un cambio
del medio o posición de una discontinuidad
4 Equipos de medición
4.1 Clasificación básica
Existen equipos primarios y secundarios según se describe a continuación.
4.1.1 Dispositivos primarios
Estos dispositivos son estructuras hidráulicas calibradas, construidas en diversos
materiales (hormigón, PRFV, metal), colocadas en un canal abierto por donde fluye el
líquido, generando una restricción al paso del fluido, con una relación conocida de
profundidad (nivel) y caudal.
4
NCh3205
El caudal sobre o a través de la restricción está relacionado con el nivel del líquido, tal
que el caudal puede ser determinado con una simple medición del nivel. Los dispositivos
primarios crean una relación geométrica entre la profundidad (nivel) y la tasa del fluido.
Los dos tipos básicos de dispositivos primarios de medición son:
-
vertederos (aliviaderos): triangulares, rectangulares y trapezoidales; y
-
canales: Parshall, Palmer Bowlus y H.
4.1.2 Dispositivos secundarios
Son medidores del flujo que miden la altura del nivel de la superficie del líquido que fluye
por un canal o cañería o por los dispositivos primarios y convierten esta medida en un
valor del caudal de agua, que cumple con los requisitos indicados en 6.2 ó 7.2, según
corresponda.
Para la realización de esa función, los medidores de flujo modernos utilizan tablas
generadas por computadores o dispositivos on-line, que realizan instantáneamente el
cálculo del caudal basado en relaciones matemáticas establecidas.
4.2 Clasificación según tecnología de medición
4.2.1 Tecnologías de determinación de nivel
Existe una variedad de métodos para medir la altura del nivel del líquido que fluye en
canales abiertos y conductos similares. Los medidores de nivel más utilizados son:
-
Transductores ultrasónicos.
-
Transductores de presión sumergidos.
-
Transductores por ondas de radar.
4.2.2 Tecnologías para la medición del caudal por el método área velocidad (AV)
Esta tecnología mide el área de la sección transversal efectiva (perpendicular a la
velocidad del fluido), de la corriente de fluido en un cierto punto y a la vez la velocidad
lineal promedio del fluido por esa sección transversal.
Para medir la velocidad de las aguas residuales en canales abiertos y conductos
similares, se emplean los métodos siguientes:
-
Método por el efecto Doppler, con ondas ultrasónicas.
-
Método electromagnético.
-
Método por radar (efecto Doppler).
5
NCh3205
4.3 Materiales
Los componentes del medidor de caudal tales como canaletas, vertederos, tuberías,
pueden estar fabricados de materiales plásticos, hormigón u otro material que sea apto
para estar en contacto con aguas residuales.
Los materiales de los otros componentes de un medidor de caudal, como sensores o
equipos registradores, deben ser aptos para estar expuestos a las condiciones de
instalación.
4.3.1 Plásticos
La composición de las partes de plástico expuestas a la radiación UV debe contener
estabilizantes UV, además deben ser opacos.
Las superficies interiores y exteriores del medidor de caudal, examinadas visualmente
sin aumento, deben ser limpias, libres de surcos, picaduras, poros y otros defectos
superficiales que pudieran alterar sus propiedades funcionales.
Algunos materiales plásticos posibles de utilizar son PE, PVC, PP, POM, ABS.
4.3.2 Metales
Los materiales metálicos usados en los medidores de caudal deben ser resistentes al
ambiente interno y externo, o deben estar protegidos contra la corrosión.
Algunos materiales metálicos posibles de utilizar en los equipos de medición son acero
inoxidable, aluminio, cobre y aleaciones (por ejemplo, los especificados en NCh255 y
NCh256).
4.3.3 Elastómeros
Algunos materiales elastoméricos posibles de utilizar en los equipos de medición son NR,
EPDM, BR.
5 Requisitos de instalación
5.1 Generalidades
Para la instalación de los medidores de caudal de aguas residuales se deben seguir las
instrucciones y recomendaciones del fabricante.
Durante la instalación, los sensores se deben colocar en lugares libres de cambios
bruscos, en tamaños y direcciones, para evitar irregularidades hidráulicas que puedan
llevar a errores de medición.
6
NCh3205
Durante la instalación, se debe disponer de un sistema de fijación y elementos de
montaje que aseguren la correcta instalación, fundamentalmente en espacios confinados
(ver Figura 3).
Se requiere cierta flexibilidad para la instalación de los medidores, ya sea en cámaras de
registro, cámaras servidas u otros lugares, que permitan contar con accesorios
adecuados para las instalaciones, evitando de esa forma instalaciones que no se
adecuen correctamente con los sensores.
El equipamiento debe estar dispuesto de forma tal que el monitoreo sea realizado
eficientemente.
La instalación debe ser tal que asegure que el mantenimiento se realice de manera
eficiente.
Los sensores deben tener la capacidad de poder ser limpiados, para la eliminación de
elementos patógenos, sin poner en riesgo al equipo y al personal.
Si se instala en una cámara, ésta debe permitir la correcta medición y registro de la
información. La cámara puede ser construida in situ según especificaciones del proyecto
o bien, si es prefabricada debe cumplir con NCh1623. Toda cámara, si corresponde,
debe contar con ventilaciones que eviten la acumulación de gases.
En caso que se instalen tapas, éstas deben cumplir con las especificaciones del proyecto
o con NCh2080.
En todo caso, el punto en que se instale el medidor de caudal debe estar funcionando en
condiciones normales de escurrimiento de las aguas servidas o riles, sin presentar
obstrucciones o el transporte de elementos que interfieran en la medición.
En caso de conectar el equipo a un computador del recinto o planta de tratamiento, esta
instalación se debe ejecutar dejando las perforaciones necesarias para su conexión a un
rescatador de datos.
6 Requisitos para medidores de caudal fijos, con dispositivos primarios
6.1 Condiciones generales
6.1.1 Las instalaciones deben permitir la conexión eléctrica del equipo de medición con
su respectivo registrador y dispositivos para rescate de datos.
6.1.2 La cámara de muestreo o el lugar en que se realizará la medición del caudal debe
permitir la instalación de un sensor de altura de escurrimiento y su correspondiente
dispositivo primario de medición.
7
NCh3205
6.2 Especificaciones
6.2.1 Los medidores de caudal fijos, están constituidos por:
a) un dispositivo primario que genera una sección de control, el que por la medición de
la altura de escurrimiento puede determinar el caudal;
b) un sensor que mide la altura; y
c) un registrador-procesador de los datos leídos por el sensor.
6.2.2 El sensor de altura debe ser de tipo no sumergido, para instalación fuera del flujo
y debe entregar las mediciones de altura con un error máximo de ± 0,5% en un rango
de temperaturas de 0ºC a 60ºC.
6.2.3 Los dispositivos primarios que generen la sección de control para medir la altura
de escurrimiento que permita determinar el caudal, pueden ser canaletas tipo Parshall o
Palmer Bowlus, o vertederos. En todo caso el diseño de estos dispositivos debe permitir
el escurrimiento normal del flujo, sin acumulación de sedimentos.
6.2.4 El sensor y registrador-procesador se deben poder alimentar desde la red eléctrica
y contar con batería de respaldo para una autonomía mínima de 10 días.
6.2.5 Los registradores-procesadores deben ser capaces de registrar al menos una
medición cada 10 min, entregar en forma constante tanto el caudal instantáneo como el
volumen medido y poder ser conectados a un rescatador de datos (data logger), a un
computador o a una impresora (printer plotter).
6.2.6 El equipo de medición debe entregar en forma constante la altura, el caudal que se
está midiendo y el volumen medido acumulado, así como mantener la información de
volúmenes registrados día a día y caudales diarios máximos y mínimos, por un período
mínimo de seis meses.
7 Requisitos para medidores móviles con dispositivos secundarios
7.1 Condiciones generales
7.1.1 El medidor debe contar con la protección adecuada para el transporte.
7.1.2 Su instalación en el punto de medición, debe cumplir con lo indicado por el
fabricante, para la correcta medición.
8
NCh3205
7.2 Especificaciones
7.2.1 Los medidores de caudal móviles, están constituidos por elementos sensores, de
tecnología área-velocidad o altura-velocidad, y registradores-procesadores de datos que
entregan los valores de caudal y volúmenes medidos.
Los sensores pueden ser tipo ultrasónico, magnéticos o de presión, con un error máximo
de ± 0,5%.
7.2.2 Los registradores-procesadores deben ser capaces de registrar al menos una
medición cada 10 min, entregar en forma constante tanto el caudal instantáneo como el
volumen medido y poder ser conectados a un rescatador de datos (data logger), a un
computador o a una impresora (printer plotter).
7.2.3 El equipo de medición en su conjunto, debe estar dotado de baterías para una
autonomía mínima de 48 h, y poder funcionar con temperaturas de hasta 60ºC.
7.2.4 Los sensores deben tener la precisión indicada en Tabla 1.
Tabla 1 - Requisitos mínimos de precisión de los medidores
Tecnología
Electromagnética AV
Ultrasónica Doppler AV
Ultrasónica sobre el canal (nivel)
Radar Doppler
Precisión
velocidad
hasta ± 2%
-
Precisión altura (nivel)
hasta ± 1% (manométrica)
hasta ± 2% (ultrasónica sobre canal)
-
Precisión combinada
(caudal)
hasta 5%
hasta 5%
-
hasta ± 2%
-
hasta ± 0,5%
hasta ± 2% (ultrasónica)
hasta 5%
7.2.5 Los medidores de caudal que se instalan en el flujo, deben presentar un grado de
protección IP 68, según clasificación de IEC 60529.
8 Curva de calibración y verificación de mediciones
Para la realización de la curva de calibración se debe considerar lo indicado en los
folletos técnicos del medidor de caudal, las especificaciones del fabricante o proveedor
para su instalación y los rangos de medición y error.
8.1 La calibración de los medidores de caudal de aguas residuales, la debe realizar un
organismo acreditado o que sea parte de la Red Metrológica Nacional.
8.2 La calibración se debe realizar con dispositivos primarios de sección determinada y/o
contrastando con equipos tipo molinete.
8.3 Cada medidor, móvil o fijo, se debe verificar midiendo los parámetros de medición,
contra un equipo patrón, por ejemplo, regleta graduada y/o sensores de velocidad móviles
de operación manual.
9
NCh3205
8.4 Los equipos patrones de verificación deben contar con su respectiva certificación
metrológica y curva de calibración.
8.5 Para medidores en uso continuo, la periodicidad de las mediciones de verificación
debe ser cada 8 h como mínimo y cubriendo el rango de valores mínimos, medios y
máximos medidos en ± 15%.
8.6 Los valores medidos para efectos de la calibración y verificación, se deben registrar
en planilla junto con la identificación de los equipos, tanto el utilizado en la de medición
de rutina como el de verificación y anexar al informe de la medición de rutina.
9 Certificación
Para esta norma se acepta la certificación según ISO/CASCO Modelo 5 (Ensayo de tipo
y evaluación del control de calidad en la planta seguido por una supervisión que
considera la auditoría del control de calidad en la fábrica y ensayo de muestras tomadas
en la fábrica y en el comercio) o bien, según ISO/CASCO Modelo 7 (Ensayo por lotes).
En cualesquiera de los casos anteriores, los medidores deben estar previamente
certificados según ISO/CASCO Modelo 1 (Ensayo de tipo).
La certificación se debe efectuar por un organismo de certificación acreditado por la
Autoridad Competente.
10 Marcado
10.1 Generalidades
10.1.1 Las marcas en los equipos deben estar impresas o formadas directamente en el
cuerpo y sus dispositivos, de tal modo que después del almacenaje, manipulación e
instalación, se mantengan legibles.
10.1.2 Las marcas no deben iniciar fracturas u otros defectos que influyan adversamente
en el funcionamiento del medidor.
10.1.3 Si se usa impresión, el color de la información impresa debe diferir del color base
del equipo de medición.
10.1.4 El tamaño de la marca debe ser tal que sea legible sin aumento.
10.1.5 La marca debe estar fuera de las zonas de lectura de las mediciones.
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NCh3205
10.2 Marcas mínimas requeridas
Las marcas mínimas requeridas deben estar de acuerdo con Tabla 2.
Tabla 2 - Marcas mínimas requeridas
Antecedente
a)
Referencia a la norma
Nombre del fabricante y/o marca registrada
Rango de medición
a)
Marca o símbolo
NCh3205
Nombre o logo
Ejemplo xxx
Esta información puede estar impresa sobre una etiqueta adherida al accesorio o
sobre una bolsa individual.
10.3 Marcas adicionales
El medidor de caudal puede tener información adicional, por ejemplo, el lugar o fecha de
producción (en figura o símbolo), las que pueden aparecer en una etiqueta adjunta o
separada del equipo.
Todo medidor o equipo de medición debe incluir un folleto explicativo del funcionamiento
y el modo de empleo.
11
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NCh3205
Anexo A
(Informativo)
Recomendaciones
En este anexo se presentan algunas recomendaciones, ventajas y problemas, que deben
conocer los compradores e instaladores, para la selección, compra e instalación de los
medidores de caudal, con sus correspondientes sensores o transductores, de diferentes
tecnologías, para medición de nivel, velocidad y caudal de aguas residuales en canales
abiertos y conductos similares.
Recomendaciones para medidores con diferentes tecnologías
A.1 Transductor ultrasónico posicionado sobre el canal (sensor de nivel)
Este sensor de nivel es recomendable cuando están presentes sólidos pesados en las
aguas residuales.
Es ampliamente utilizado en cañerías de diámetros medios y grandes, por donde fluye el
líquido de forma libre y también cuando hay presencia de limo y grasa suspendida;
también se utiliza cuando la presencia de sustancias químicas muy agresivas, constituye
un problema.
El no contacto del sensor con el fluido en los canales abiertos y conductos similares, le
provee de una alta exactitud de las mediciones.
Esta tecnología es de bajo mantenimiento, fácil montaje y no es afectada por la velocidad
del fluido y las sustancias químicas presentes en él, aunque el exceso de viento y
turbulencias en la corriente del líquido, pueden causar pérdidas en la recepción e
inconsistencias del eco respectivamente. Por otro lado, vapores y espuma en la superficie
del fluido, pueden causar falsas lecturas y rápidos cambios en la temperatura del aire,
pueden ser causa de mediciones inexactas.
Esta tecnología es adecuada para medir bajos flujos en el fondo de los canales.
Los sensores ultrasónicos tienen bajo consumo de energía, atributo muy deseable en
medidores portátiles.
13
NCh3205
A.2 Transductor de presión sumergido (sensor de nivel)
Este sensor de nivel es recomendable cuando existen espumas y turbulencias en la
superficie del líquido que fluye.
Los medidores con esta tecnología son una buena selección para canales que contienen
limo y sólidos suspendidos y donde flotan aceites y/o grasas.
Estos sensores permiten una rápida instalación.
Los sensores sumergidos de bajo perfil, presentan una mínima obstrucción al flujo del
líquido y son precisos incluso con limo y sal sobre ellos.
Los sensores de presión sumergidos tienen bajo consumo de energía, atributo muy
deseable en medidores portátiles.
No obstante lo anterior, la presencia de sustancias químicas agresivas pudieran ser un
problema para el uso de esta tecnología.
Por otra parte, altos niveles de velocidad y cambios en la temperatura del fluido, pudieran
afectar la exactitud de las mediciones.
Estos sensores están sujetos a ser arrastrados por las aguas residuales por lo que se
recomienda un monitoreo periódico.
A.3 Medidor con tecnología radar para medición de nivel
La tecnología radar ofrece importantes ventajas en la medición de nivel del fluido en aguas
residuales en canales abiertos y conductos similares. Es una tecnología sin contacto
directo con el fluido, requiriendo poco mantenimiento, siendo por lo tanto una selección
rentable.
Esta tecnología es insensible a los cambios en la temperatura y humedad del aire, por
donde se trasmiten las ondas electromagnéticas.
Aplicando esta tecnología para la determinación del nivel del líquido, se pueden medir
grandes distancias, desde el medidor hasta la superficie del líquido que fluye.
La tecnología radar para la medición de nivel es recomendable para su aplicación en
atmósferas y aguas residuales corrosivas. Uno de sus atributos más importantes es su
disponibilidad para situaciones de altas temperaturas.
Esta tecnología es muy adecuada para detectar niveles a través de formación de espuma
en la superficie del líquido que fluye.
14
NCh3205
A.4 Medidor por el método del efecto Doppler
Dado que la medición por este efecto depende de la fortaleza de la señal que se recepta,
se requieren altas intensidades de las señales emitidas y señales recibidas amplificadas,
para mejorar significativamente la fiabilidad de la señal recibida. Este requerimiento es
particularmente importante en situaciones de flujos de baja velocidad.
Por otra parte una alta fortaleza de la señal permite registrar con elevada exactitud, los
rápidos cambios que ocurren en el flujo, durante los eventos de lluvia.
A.5 Medidor por el método electromagnético
En esta tecnología debido a la exposición de los electrodos, las sondas electromagnéticas
se pudieran cubrir con aceite y grasas en aplicaciones típicas de las aguas residuales,
pudiendo requerir una limpieza más frecuente que cuando se aplican las otras tecnologías.
15
NCh3205
Anexo B
(Informativo)
Tecnologías actuales
B.1 Tecnología para medición del nivel del flujo
Existen diversas tecnologías de medición de la altura del nivel del líquido que fluye en
canales abiertos y similares.
Para esto se utilizan sensores, siendo los más utilizados los siguientes:
-
Transductores ultrasónicos.
-
Transductores de presión sumergidos.
-
Transductores por ondas de radar.
-
Burbujeadores.
A continuación se presenta una somera descripción de los tres primeros tipos.
B.1.1 Transductores ultrasónicos
Este tipo de sensor puede ser colocado encima o dentro de los canales abiertos y
conductos similares, por donde fluye el líquido.
El nivel del líquido es medido, determinando el tiempo requerido para que el pulso de onda
ultrasónica viajando desde el trasmisor a la superficie del líquido, regrese a un receptor. El
tiempo de viaje de cada pulso es directamente proporcional a la distancia desde la cual, el
nivel del líquido es calculado.
El medidor de flujo, convierte la lectura del nivel a caudal en base a la relación nivel-flujo,
de los dispositivos primarios o las configuraciones de los canales abiertos y conductos
similares.
B.1.2 Transductores de presión sumergidos
Estos sensores de presión o hidrostáticos sumergidos, utilizan un transductor de presión
diferencial, colocado directamente en la corriente del fluido, para medir el nivel del líquido.
La presión sobre el transductor es proporcional al nivel del líquido y cambia cuando el nivel
del líquido cambia. El medidor de flujo, convierte la lectura del nivel en caudal, basado en
la relación nivel-flujo, del dispositivo primario o configuración del caudal abierto o
conductos similares.
16
NCh3205
B.1.3 Transductores por ondas de radar
Los medidores basados en esta tecnología, determinan el nivel del fluido, utilizando un
radar como principio, donde la información de las ondas electromagnéticas reflejadas por
la superficie del líquido que fluye, permiten determinar el nivel del líquido en canales
abiertos y conductos similares.
B.2 Tecnologías para la medición del caudal por el método área velocidad (AV)
Esta tecnología mide el área de la sección transversal efectiva (perpendicular a la
velocidad del fluido), de la corriente de fluido en un cierto punto y a la vez la velocidad
lineal promedio del fundo por esa sección transversal. Los medidores AV miden el caudal,
por la multiplicación del área efectiva del fluido y la velocidad lineal promedio del mismo,
por el área. La ecuación de continuidad de los líquidos siguiente, expresa la relación de las
distintas variables de interés:
Q = A×V
en que:
Q
= caudal de las aguas residuales, expresado en metro cúbico por segundo
(m3/s);
A
= área de la sección transversal efectiva, expresada en metro cúbico (m3);
V
= velocidad lineal promedio del agua residual, perpendicular al área,
expresada en metro cúbico por segundo (m3/s).
Este método AV, contempla las siguientes tecnologías para medir la velocidad de las
aguas residuales en canales abiertos y conductos similares:
-
Método por el efecto Doppler.
-
Método electromagnético.
-
Método por radar.
B.2.1 Método por el efecto Doppler, con ondas ultrasónicas
Los medidores que utilizan esta tecnología o método, miden el cambio de frecuencia de
ondas ultrasónicas que llegan y se reflejan de las discontinuidades presentes en las aguas
residuales, causado por la velocidad del líquido.
Una señal conocida de frecuencia es enviada al interior del líquido, donde sólidos en
suspensión, burbujas y cualquier discontinuidad en el líquido, causan la reflexión de las
ondas ultrasónicas recibidas.
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Debido a que estos reflectores se mueven, la frecuencia de las ondas reflejadas,
experimenta un cambio en relación con la frecuencia de incidencia, siendo ese cambio
proporcional a la velocidad de los reflectores y por tanto de las aguas residuales.
Un algoritmo residente en el medidor, calcula la velocidad lineal promedio, a través del
análisis de la distribución de los cambios de frecuencia de retorno.
Esta tecnología o método sólo se aplica para medir la velocidad de las aguas residuales.
No se aplica en aguas limpias.
B.2.2 Método electromagnético
Los medidores que utilizan esta tecnología o método, miden la velocidad del líquido
utilizando el principio de inducción de la Ley de Faraday, la cual establece que un
conductor en movimiento, como son las aguas residuales, a través de un campo
magnético, genera un voltaje en el conductor y por consiguiente una corriente eléctrica,
proporcional a la velocidad del conductor en movimiento.
Este método se utiliza para medir tanto la velocidad de las aguas residuales como limpias.
B.2.3 Método por radar
Los medidores basados en esta tecnología o método, pueden determinar tanto el nivel y
velocidad del fluido, utilizando un radar como principio, donde la información de las ondas
electromagnéticas reflejadas por la superficie y las discontinuidades de las aguas
residuales, permiten determinar el caudal del líquido en canales abiertos y conductos
similares.
Esta tecnología o método, permite determinar el caudal sin que los sensores y resto del
medidor, estén en contacto con el líquido; es adecuado para temperaturas del líquido
mayores que 40ºC; es adecuado para fluidos con altas velocidades.
Para la medición de la velocidad, el medidor con esta tecnología o método, utiliza el
principio del efecto Doppler.
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Anexo C
(Informativo)
Bibliografía
Las normas siguientes se refieren a las tecnologías de medición de flujos.
[1]
ISO 4360
Liquid flow measurement in open channels by weirs.
[2]
ISO 6817
Measurement of conductive liquid flow in closed conduits
method using electromagnetic flow meters.
[3]
ASTM D 3858
Test Method for Open-Channel Flow Measurement of Water by
Velocity-Area Method.
[4]
ASTM D 4409
Test Method for Velocity Measurements in Open Channels with
Rotating-Element Current.
[5]
ASTM D 5089
Standard Test Method for Velocity Measurements of Water in
Open Channel with Electromagnetic Current Meters.
[6]
ASTM D 5640
Standard Guide for Selection of Weirs and Flumes for OpenChannel Flow Measurement of Water.
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