INSTITUTO POLITECNICO NACIONALINSTITUTO POLITECNICO NACIONALEscuela Superior de Ingeniería y ArquitecturaEscuela Superior de Ingeniería y Arquitectura

ESIA - ZACATENCOESIA - ZACATENCO

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVILMAESTRIA EN INGENIERIA CIVILESPECIALIDAD EN INGENIERIA AMBIENTALESPECIALIDAD EN INGENIERIA AMBIENTAL

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES E INDUSTRIALESTRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES E INDUSTRIALES

““METODOS DE AFORO”METODOS DE AFORO”

PROFESOR.PROFESOR.DR. JORGE MELENDEZ ESTRADADR. JORGE MELENDEZ ESTRADA

PRESENTA.PRESENTA.IBQ. MARIA DEL CARMEN GARCIA ARAIZAIBQ. MARIA DEL CARMEN GARCIA ARAIZA

FEBRERO 2010FEBRERO 2010

Es la operación de Es la operación de medición del volumen medición del volumen de agua o flujo que de agua o flujo que pasa por un punto en pasa por un punto en un tiempo determinado un tiempo determinado a través de una sección a través de una sección normal de un tubo o normal de un tubo o conducto, o por una conducto, o por una sección de un curso de sección de un curso de agua. agua.

Precipitaciones pluvialesPrecipitaciones pluviales

Escurrimiento superficialesEscurrimiento superficiales

Percolaciones subterráneasPercolaciones subterráneas

Flujos que corren en tuberías o canales abiertosFlujos que corren en tuberías o canales abiertos

Abastecimiento de agua, uso y disposición finalAbastecimiento de agua, uso y disposición final

Manejo del tratamiento y costo del agua de desecho industrialManejo del tratamiento y costo del agua de desecho industrial

Costo del servicio de drenajeCosto del servicio de drenaje

Control de contaminación de aguas por agencias estatalesControl de contaminación de aguas por agencias estatales

Auxiliar en el muestreo de aguas y caracterización Auxiliar en el muestreo de aguas y caracterización

METODOS PARA MEDIR FLUJOS EN AGUAS DE DESECHOMETODOS PARA MEDIR FLUJOS EN AGUAS DE DESECHOA. Para canales abiertos

1. Vertederos2. Canales3. Medida del tiempo de flotadoresB. Para descargas de tubos abiertos en un extremo

1. Método de la medida de tiempo de descarga2. Método del orificio en la tapa del tupo3. Medida de las coordenadas4 Método del tubo CaliforniaC. Métodos Indirectos

1. Concentración de los productos químicos2. Medida de la temperatura

METODOSMETODOSDIRECTOSDIRECTOS

Cuantifican el volumen del flujo, en un deposito calibrado, en un espacio de tiempo, solo miden volúmenes discretos.

Miden una variable auxiliar a Miden una variable auxiliar a través de la cual se aplica la través de la cual se aplica la ecuación de continuidad para ecuación de continuidad para medir el caudal.medir el caudal.

METODOS METODOS INDIRECTOSINDIRECTOS

Tiempo en que se tarda Tiempo en que se tarda en llenar un recipiente en llenar un recipiente de volumen conocido, de volumen conocido, se mide por medio de se mide por medio de un cronómetro, puede un cronómetro, puede servir para corrientes de servir para corrientes de hasta 50 l/seg. El tiempo hasta 50 l/seg. El tiempo que se tarda en llenarlo que se tarda en llenarlo se medirá con precisión, se medirá con precisión, especialmente cuando especialmente cuando sea de sólo unos pocos sea de sólo unos pocos segundos. segundos. Q= V/t = m3/seg.

Medir la velocidad del agua superficial Se mide con el flexómetro la longitud y diámetro del canal, además de las dimensiones del registro si fuera el caso. Se toma un trecho de la corriente; se mide el área de la sección; se lanza un cuerpo que flote aguas arriba del primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de control corriente abajo.

La velocidad de la descarga en la sección transversal seleccionada, se determina dividiendo la distancia o longitud del canal o de recorrido entre el tiempo transcurrido por el objeto flotante. Para ello es necesario medir con una varilla de aluminio el tirante.

Formula para cálculo del Flujo:

V= d/tX= h/DA= F.D2

Q= AV= (F.D2 V/1000)

Donde:

V= Velocidad de la descarga (cm/seg)d= Distancia recorrida por el objeto flotante (cm)t= Tiempo en que tarda en recorrer el objeto flotanteX= Valor adimensional que corresponde al factor F de tablash= Altura del tiranteD= Diámetro del canal, tubo o conductoA= Área transversalQ= Flujo volumétrico

El área de la sección transversal media de la corriente, en un tramo considerado para el aforo hidráulico de dicha sección a lo largo del mismo, se considera las características del flujo y el estado en que se encuentra, para elegir el coeficiente de rugosidad apropiado.

El gradiente o la pendienteEl gradiente o la pendiente La rugosidadLa rugosidad FormaForma

Formula para cálculo del Flujo:

Q= A . S1/2. Rh2/3

n

Donde:

Rh= A/P= Área transversal húmeda (m2)/ Perímetro mojado (m)Q= Caudal o Flujo Volumétrico (m3/seg)A= Área transversal húmeda (m2)n= Coeficiente de rugosidad del material por donde fluye el liquidoS= Pendiente Hidráulica del canalRh= Radio Hidráulico (m)

COEFICIENTES DE RUGOSIDAD DE MANINGCOEFICIENTES DE RUGOSIDAD DE MANINGESTADO FISICO DEL CONCRETOESTADO FISICO DEL CONCRETO nn

Muy liso acabado en espiralMuy liso acabado en espiral 0.0100.010Liso tubo compactado y moldeadoLiso tubo compactado y moldeado 0.011 – 0.0150.011 – 0.015Construcción en Campo OrdinariaConstrucción en Campo Ordinaria 0.012 – 0.0150.012 – 0.015Dañado y desgastadoDañado y desgastado 0.015 – 0.0200.015 – 0.020

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD PARA DIFERENTES MATERIALESCOEFICIENTE DE RUGOSIDAD PARA DIFERENTES MATERIALESAcero soldadoAcero soldado 0.0120.012Arcilla vitrificadaArcilla vitrificada 0.0130.013Hierro fundidoHierro fundido 0.0130.013Acero remachadoAcero remachado 0.0150.015Metal corrugadoMetal corrugado 0.0240.024

1 Sección Rectangular:Sección Rectangular:• A= bYA= bY• P= b + 2YP= b + 2Y

• Donde: b= Base, Y= Altura del Donde: b= Base, Y= Altura del liquidoliquido

2 Sección Triangular:Sección Triangular:• A= KYA= KY22

• P= 2(KY)P= 2(KY)22 + Y + Y22

3 Sección Trapezoidal:Sección Trapezoidal:• P= 2(KY)P= 2(KY)22 + Y + Y2 2 + b+ b• A= KYA= KY22 + b + b22

Área transversal húmeda mÁrea transversal húmeda m22

Perímetro mojada (m)Perímetro mojada (m)

Son rectangulares o en ranura V. Son rectangulares o en ranura V. Los rectangularesLos rectangulares se usan para medir flujos se usan para medir flujos de entre (0.4 a 15.1 m3/min.) de entre (0.4 a 15.1 m3/min.) Los de ranura VLos de ranura V son mas precisos para flujos son mas precisos para flujos bajos y son usados para (0.8 a 15.1 m3/min.). bajos y son usados para (0.8 a 15.1 m3/min.).

El flujo es proporcional a la El flujo es proporcional a la altura del agua por encima altura del agua por encima del punto mas bajo de la del punto mas bajo de la abertura del vertedero. La abertura del vertedero. La carga puede medirse carga puede medirse manualmente con un manualmente con un calibrador o calibrador o automáticamente mediante automáticamente mediante un mecanismo de flotación. un mecanismo de flotación.

Debe haber una poza de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para Debe haber una poza de amortiguación o un canal de acceso aguas arriba para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente. Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe suavemente. Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho veces al ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 equivaler a ocho veces al ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero. El vertedero debe tener el veces la profundidad de la corriente sobre el vertedero. El vertedero debe tener el extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente. A esto extremo agudo del lado aguas arriba para que la corriente fluya libremente. A esto se denomina contracción final se denomina contracción final es es necesaria para aplicar la calibración necesaria para aplicar la calibración normalizada. Para determinar la profundidad de la corriente a través del normalizada. Para determinar la profundidad de la corriente a través del vertedero, se instala un medidor en la poza de amortiguación en un lugar en el vertedero, se instala un medidor en la poza de amortiguación en un lugar en el que se pueda leer fácilmente. El medidor debe instalarse bastante detrás de la que se pueda leer fácilmente. El medidor debe instalarse bastante detrás de la escotadura para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a escotadura para que no se vea afectado por la curva de descenso del agua a medida que el agua se acerca a la misma. medida que el agua se acerca a la misma.

Corriente libre con Corriente libre con contracción final y contracción final y corriente controlada corriente controlada con contracción en el con contracción en el vertedero en un vertedero en un canal.canal.

Formula para todos los tipos de Vertederos:

Q= CLh3/2 Donde C= coeficiente del vertederoC= AV/Lh3/2 Donde A= Área del vertedero

V= Velocidad de llenado en el vertederoL= Longitud de la cresta del vertedorn= constante que depende del tamaño del vertederog= constante de gravedad terrestre 9.8 m/seg2

Vertedor triangular Q= Ch5/2

Vertedor rectangular con contracciones Q= 8.84 (L – 0.01nh) h3/2

Vertedor rectangular sin contracciones Q= 1.84 h3/2

Vertedor triangular con ángulo de 90 ºC Q= 1.4 h5/2

Vertedor triangular con ángulo de 60 ºC Q= 0.775 h2.47 ó Q= 0.809 h5/2

Vertederos trapezoidales Q= 1.84 (L – 0.1 nh) h3/2 + (8/15) tan a C (2g)1/2 h5/2

Vertedor Cipolleti (trapezoidal con inclinación en sus paredes de una horizontal por 4 vertical) Q= 1.859 Lh3/2

El molinete es un instrumento que tiene una hélice o rueda de cazoletas, que gira al introducirla en una corriente de agua. El de tipo de taza cónica gira sobre un eje vertical y el de tipo hélice gira sobre un eje horizontal. En ambos casos la velocidad de rotación es proporcional a la velocidad de la corriente; se cuenta el número de revoluciones en un tiempo dado. Los molinetes pueden ir montados en soportes o suspendidos de cables. Antes de ser usados en campo, deben ser calibrados por el fabricante para determinar la relación entre la velocidad de rotación de la hélice y la velocidad del agua. La sección elegida para la medida con el molinete debe estar situada en un tramo recto y de una sección lo más homogénea posible a lo largo de dicho tramo.

Para cada sección entre dos verticales de medida, el área se calcula como el Para cada sección entre dos verticales de medida, el área se calcula como el producto del promedio del alto por el ancho, y la velocidad media como el producto del promedio del alto por el ancho, y la velocidad media como el promedio de las velocidades medias en las verticales. El caudal de cada sección promedio de las velocidades medias en las verticales. El caudal de cada sección resulta directamente como el producto del área y la velocidad media, mientras que resulta directamente como el producto del área y la velocidad media, mientras que el caudal total se calcula como la suma de los caudales entre verticales. el caudal total se calcula como la suma de los caudales entre verticales.

Un molinete mide la velocidad en Un molinete mide la velocidad en un único punto, para calcular el un único punto, para calcular el caudal total se deben realizar caudal total se deben realizar varias mediciones. Cuando se varias mediciones. Cuando se pretende obtener una alta pretende obtener una alta precisión, se elegirán mayor precisión, se elegirán mayor número de verticales en la sección número de verticales en la sección y se calculará la velocidad media y se calculará la velocidad media en cada vertical.en cada vertical.

Se emplean para medir flujos en zanjas y canales abiertos, donde solo se Se emplean para medir flujos en zanjas y canales abiertos, donde solo se dispone de caídas de carga pequeñas. Proporcionan una buena precisión en dispone de caídas de carga pequeñas. Proporcionan una buena precisión en intervalos grandes de flujo. Un canal Parshall con una garganta de 9” de ancho intervalos grandes de flujo. Un canal Parshall con una garganta de 9” de ancho podrá medir con precisión flujos de (0.17 a 10.6 mpodrá medir con precisión flujos de (0.17 a 10.6 m33/min.). Una ventaja adicional /min.). Una ventaja adicional es que el diseño del canal no ofrece trampas que acumulen residuos.es que el diseño del canal no ofrece trampas que acumulen residuos.

Pueden comprarse revestimientos prefabricados de casi cualquier tamaño. El Pueden comprarse revestimientos prefabricados de casi cualquier tamaño. El revestimiento puede emplearse simplemente como la parte interior de una revestimiento puede emplearse simplemente como la parte interior de una estructura de concreto dejando el revestimiento permanentemente en su lugar. estructura de concreto dejando el revestimiento permanentemente en su lugar. Para uso temporal puede emplearse una construcción de madera.Para uso temporal puede emplearse una construcción de madera.

El flujo es proporcional a la carga (profundidad) del agua en la sección El flujo es proporcional a la carga (profundidad) del agua en la sección convergente del canal, medida a las dos terceras partes de la longitud de la convergente del canal, medida a las dos terceras partes de la longitud de la sección convergente aguas arriba de la garganta. sección convergente aguas arriba de la garganta.

Están calibrados para una altura piezométrica (ha), medida en un lugar definido de Están calibrados para una altura piezométrica (ha), medida en un lugar definido de la sección convergente. La altura piezométrica de aguas abajo (hb) se mide en la la sección convergente. La altura piezométrica de aguas abajo (hb) se mide en la sección de la garganta. Los aforadores Parshall se construyen de muy diversos sección de la garganta. Los aforadores Parshall se construyen de muy diversos tamaños y se clasifican según sea la anchura en la sección de garganta. El tamaños y se clasifican según sea la anchura en la sección de garganta. El Parshall más pequeño tiene una anchura de garganta de 1” (25,4 mm) y el más Parshall más pequeño tiene una anchura de garganta de 1” (25,4 mm) y el más grande de 50 ft (15.250 mm.). grande de 50 ft (15.250 mm.).

Formula:Formula:

Q= KhQ= Khaauu

Donde: Donde:

K= coeficiente que depende del ancho de la gargantaK= coeficiente que depende del ancho de la gargantau= coeficiente que varia entre 1.522 y 1.60u= coeficiente que varia entre 1.522 y 1.60hhaa= altura piezométrica en la sección de control A= altura piezométrica en la sección de control A

La medición del flujo es un auxiliar necesario de las técnicas de La medición del flujo es un auxiliar necesario de las técnicas de muestreo; sin una medición exacta, es muy poco lo que pueden muestreo; sin una medición exacta, es muy poco lo que pueden lograr los métodos de tratamiento, ya que no es posible lograr los métodos de tratamiento, ya que no es posible establecer el volumen de desechos que se descargan a cuerpos establecer el volumen de desechos que se descargan a cuerpos receptores. La medición del flujo tiene un valor inestimable para receptores. La medición del flujo tiene un valor inestimable para la conservación de uno de los valores materiales mas preciados la conservación de uno de los valores materiales mas preciados del hombre, el agua. Las consideraciones económicas ocupan un del hombre, el agua. Las consideraciones económicas ocupan un lugar preponderante en las mediciones de flujo, del agua para lugar preponderante en las mediciones de flujo, del agua para uso industrial y de desecho. Para resolver muchos problemas de uso industrial y de desecho. Para resolver muchos problemas de abastecimiento de agua, su uso y disposición final, es preciso abastecimiento de agua, su uso y disposición final, es preciso conocer su caudal y la concentración de las sustancias que lleva.conocer su caudal y la concentración de las sustancias que lleva.

Kemmer F.N., McCallion J., “NALCO MANUAL DEL AGUA, SU NATURALEZA, TRATAMIENTO Y APLICACIONES TOMO I”, Segunda edición 1989, Mc GrawHill, México, DF, pp. 7 – 11

American Society Testing and Materials Philadelfia Pensilvania, “MANUAL DE AGUAS PARA USO INDUSTRIAL”, Tercera edición 2000, Limusa, México, DF, pp. 166-177

Barrios N. C., Torres R.R., Lampoglia T.C., Pittman R.A., “GUIA DE ORIENTACION DE SANAMIENTO BASICO”, 2009, http://www.cepis.ops-oms.org/bvsacg/guialcalde/0gral/0contenido.htm