Aforo de Sólidos
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2.1. Aforo directo de caudales líquidos
Se llama aforo directo al conjunto de operaciones realizadas en una sección
transversal del río, para calcular el caudal circulante por la misma en un momento
determinado.
Se procurará, si las condiciones de la estación de aforo lo permiten, registrar
la altura de la lámina de agua en el cauce.
Se obtienen así, pares de valores ("h", "Q") de niveles y caudales
correspondientes que, obtenidos para los distintos regímenes estacionales del río a
lo largo del año, definen la "curva de gasto" o de correspondencia entre niveles y
caudales de la sección de aforo. Cabe reseñar que en general estas curvas no son
únicas para cada estación y dependen de las características tanto del flujo como del
material transportado.
Para realizar el aforo se recurre al empleo de un molinete, que es un aparato
de precisión, con el que se mide la velocidad del agua en una serie de puntos de
una sección transversal de un cauce. Consta de un cuerpo principal portador de una
hélice y de un contador electrónico de revoluciones. Puede introducirse en el agua
sujeto a una barra graduada, o por medio de un cable lastrado que se suelta con un
torno desde un puente o pasarela.
Los molinetes se taran en canales que contienen agua sin circulación,
avanzando sujetos a un carro que se mueve con velocidad uniforme, pudiéndose
variar la misma a voluntad. La ecuación que gobierna el movimiento es lineal del
tipo:
V = an + b
donde:
v = Velocidad de avance del molinete en m.s-1
n = Número de revoluciones por segundo
a, b = Coeficientes numéricos obtenidos experimentalmente en el canal
de tarado.
En un cauce natural la velocidad se mide dejando el molinete fijo en un
punto durante T segundos y registrando las revoluciones N de la hélice mediante el
contador. La velocidad del flujo se obtiene mediante la expresión:
+ b
El error de un molinete bien calibrado debe ser inferior al 2%.
Dado que la corriente presenta continuas variaciones debido tanto a las
irregularidades del fondo como de las orillas se procura medir la velocidad en varias
verticales y en varios puntos de cada vertical.
La distancia entre verticales se mide con cinta métrica y la profundidad con
barra graduada o con torno.
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2.2. Aforo de sólidos en suspensión
La medida de los sólidos en suspensión ha de realizarse con el apoyo de una
estación de aforo de caudales líquidos, si se quiere estimar el transporte de los
mismos de manera continua y siempre que exista una correlación aceptable entre
el caudal líquido y la concentración o carga de sólidos.
Para establecer la correspondencia entre la carga de sólidos en suspensión y
el caudal líquido Qs = f (Ql) de una estación de aforos, hay que determinar de la
manera indicada en el punto anterior el caudal líquido, y a partir de la muestra
obtenida con la turbisonda la concentración de sólidos para distintos valores de los
niveles alcanzados en el cauce.
Los muestreadores de sedimentos recomendados por el F.I.A.S.P., son cinco
modelos para sedimentos en suspensión (tres integradores en profundidad y dos
puntuales)
El muestreador integrador en profundidad recoge y acumula la muestra a
medida que se baja hacia el fondo del río y cuando es elevado hacia la superficie.
Durante el recorrido debe moverse a velocidad uniforme en cada sentido, pero no
es necesario que sea la misma en ambos.E muestreador consta de una pieza de
aluminio fundido, aerodinámica, que encierra parcialmente el recipiente recolector
de la muestra. Este último se ajusta contra una junta estanca, situada en la cavidad
delantera del muestreador, mediante un tirador o tensor regulado por un muelle
que está ensamblado en el extremo o cola del muestreador. La muestra se recoge a
través de la boquilla de entrada y se almacena dentro de la botella. El aire
desplazado de ésta, es expelido corriente abajo a través de la salida de aire
emplazada en el costado del cabezal del muestreador. Este último, incluido el
recipiente recolector, pesa 2 kg. Para suspenderlo se utiliza una varilla de vadeo
normalizada de las empleadas para aforar corrientes fluviales, u otro dispositivo
manual adecuado, que se enrosca en la parte superior del muestreador.
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Cuando las corrientes fluviales no pueden vadearse pero tienen una profundidad
moderada (menor de 5 m) y la velocidad del flujo no supera los 2,4 m/s, se utiliza
un muestreador integrador en profundidad manejado con la ayuda de un cable y
torno.
Si la profundidad del río o la velocidad del flujo son superiores a los
indicados anteriormente, se deben utilizar muestreadores similares a este último
pero con mayores contrapesos.
Las verticales elegidas en cada sección transversal donde se efectúe el aforo
deben situarse equidistantes unas de otras.
El número de verticales requerido para hacer un aforo de sólidos depende
del caudal líquido, de las características de los materiales transportados y de la
exactitud que se desee en los resultados. Para determinar dicho número se requiere
emplear tanto procedimientos estadísticos como el tener gran experiencia de
campo. En la práctica se eligen las mismas verticales que las utilizadas en el aforo
de los caudales líquidos.
Para el muestreo de los sólidos en suspensión se requiere obtener en cada
vertical un volumen de muestra proporcional al caudal. Esto se consigue mediante
el empleo de boquillas debidamente calibradas.
La velocidad del flujo en la boquilla de entrada de la turbisonda debe ser
similar a la de la corriente en las inmediaciones, con un error admisible entre el 3 y
el 5%.
Existen tres tamaños de boquilla eligiéndose el más indicado en cada caso
en función de la velocidad del agua en la sección de aforo.
Para cada aforo es necesario mantener el tamaño de la boquilla en el
muestreador.
2.3 Trabajos de laboratorio
La muestra contenida en la botella situada en la turbisonda, pasa en el
laboratorio por las siguientes operaciones para determinar la concentración de
sólidos en suspensión:
1.- Se pesa la botella vacía.
2.- Se pesa el conjunto formado por la botella y la muestra en ella
contenida.
3.- Se separan los sólidos en suspensión contenidos en la muestra de la
botella por medio de un filtro de 14 micras, utilizando en el proceso
una bomba de vacío para agilizar el trabajo. Previamente los filtros
han sido desecados y pesados.
Cuando la concentración de la muestra es muy elevada las partículas pueden
llegar a colmatar el filtro teniendo que separarse los sólidos por el sistema de
evaporación. Esta operación se realiza aportando calor por medio de lámparas y
posteriormente introduciendo la cápsula en estufa a 105°C hasta peso constante.
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4.- El resultado del filtrado se deseca en estufa a 105°C durante un
mínimo de 8 horas.
5.- La cápsula con los sólidos se enfría en desecador.
6.- Se pesa la muestra seca.
Conocido el volumen de la muestra y el peso de los sólidos en ella contenidos
se determina la concentración, C=P/V, en g/L, que representa la concentración
media en la vertical donde se tomó la muestra.
Normalmente, las muestras utilizadas para determinar los sólidos en disolución son
las sobrantes de la muestra total, recogida en la botella de la turbisonda, después
de efectuado el proceso de filtrado (filtro de 14 micras).
El método que se sigue para
obtener los sólidos que se encuentran en
disolución es el de evaporación.
El residuo seco está formado
generalmente por sales minerales,
pudiendo también contener pequeñas
cantidades de materia orgánica.
El equipamiento del laboratorio
imprescindible para la determinación de
la concentración de los sólidos disueltos
constará de:
a) Cápsulas de
porcelana
b) Baño maría
c) Estufa de desecación
El procedimiento empleado para el cálculo es el siguiente:
1.- Se tara la cápsula de porcelana vacía. Previamente se seca a 110ºC
hasta peso constante.
2.- Se evapora en "baño maría", un volumen de agua (muestra)
exactamente medido y contenido en la cápsula, hasta sequedad.
3.- Se introduce la cápsula en la estufa y se mantiene a 110ºC durante
un mínimo de cuatro horas.
4.- Se deja enfriar en desecador.
5.- Se pesa el conjunto seco (cápsula + residuo).
La concentración viene dada por:
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siendo:
P' = Peso de la cápsula + residuo seco en mg
P = Peso de la cápsula vacía en mg
V = Volumen de agua evaporada en mL