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Prueba piloto: Caudalímetro radar y caudalímetro de correlación ultrasónica en un punto de aforo

Lana Sarrate expertos en medición de caudal
15.06.2023

En nuestro blog ¿Cómo medir el caudal en canales de regadío? explicamos diferentes tecnologías para la medición de caudal en canales de regadío con sus ventajas y desventajas.

En esta prueba piloto, por las características del punto de medición, nos hemos centrado en dos tecnologías: la tecnología radar y la correlación ultrasónica.

1. Objetivo

Para conocer el funcionamiento de dos tecnologías de medición de caudal diferentes se han instalado en un mismo canal de aforo dos caudalímetros Nivus:

2. Características del punto de aforo

El punto de aforo donde se realizan las medidas de caudal tiene las siguientes características:

3. Instalación de los caudalímetros Nivus

3.1 Instalación del caudalímetro NF750 de correlación ultrasónica

En este canal de aforo instalamos un sensor combinado de velocidad y nivel. Como el nivel de agua es relativamente bajo la instalación es bastante sencilla, se coloca el sensor en el centro del canal con tornillos de acero.

Imágenes de la instalación del sensor de caudal Nivus de correlación ultrasónica:

Imágenes del sensor de correlación ultrasónica instalado:

3.2 Instalación del caudalímetro NF550 de tecnología radar

En este caso se monta el sensor de velocidad radar y el sensor de nivel en el brazo metálico que hay detrás del puente. Con esta tecnología los sensores no están en contacto con el agua.

Imágenes de la instalación:

Una vez instalados los sensores de caudal, se instalan y programan los transmisores de caudal asociados.

Al ser una instalación piloto, se realiza de forma sencilla en un armario al lado del canal:

Una vez conectados los transmisores, la programación es muy fácil y los equipos te guían. Básicamente se ha de programar la geometría y dimensiones del canal y los sensores que se han conectado. Los equipos se ponen a medir inmediatamente.

Nota: los caudalímetros de correlación ultrasónica suelen ser más exactos que los tipo radar ya que son capaces de determinar el perfil de velocidades. Al estar dentro del agua pueden ver como varía el perfil de velocidades, por ejemplo si aumenta la rugosidad del suelo / paredes, si hay reflujo porque se han acumulado sólidos aguas abajo, etc. Normalmente siempre que instalamos un caudalímetro tipo radar, si es posible, lo ajustamos con un equipo de correlación.

En este caso, además, llevamos con nosotros un caudalímetro portátil por correlación ultrasónica que nos permite realizar un aforo completo: el caudalímetro Nivus Nivuflow Stick.

4. Verificación del caudal y ajuste con el caudalímetro Nivus Nivuflow Stick

Imagen de un técnico realizando un aforo con el caudalímetro Nivuflow Stick

Resultados obtenidos con el caudalímetro Nivuflow Stick:

Imagen de los transmisores de caudal Nivuflow 550 Radar (en la parte de arriba) y Nivuflow 750 Correlación ultrasónica (parte de abajo), una vez realizada la verificación y ajustes:

5. Datos almacenado por los caudalímetros

Durante la primera semana de medición los caudales instantáneos almacenados por los caudalímetros fueron los siguientes:

El total acumulado de ambos caudalímetros queda de la siguiente manera:

6. Visión general de la instalación de los sensores de caudal


ANEXO: principios de funcionamiento


1. Caudalímetros ultrasónicos por correlación ultrasónica: Caudalímetro Nivuflow 750

Este es uno de nuestros caudalímetros favoritos, por su exactitud, fiabilidad y facilidad de instalación.

Medicion de caudal en canales de regadío. Caudalímetro Nivus Nivuflow750
Caudalímetro Nivus Nivuflow 750

¿Cómo funcionan los caudalímetros de correlación ultrasónica?

La fórmula que utilizan estos caudalímetros es la siguiente: Q = v (media) • A (donde Q= caudal; v= velocidad ; A=área mojada)

El método de medición de la velocidad de caudal está basado en el principio de reflexión ultrasónica. Uno de los métodos más nuevos y eficientes es el de la correlación ultrasónica de Nivus. La partículas reflectantes contenidas en el medio (minerales, burbujas de aire, suciedad, etc.) son escaneadas usando pulsos ultrasónicos transmitidos en un ángulo determinado. El eco resultante se guarda como una imagen o patrón de eco.

Se realiza un primer escaneado ultrasónico y pocos milisegundos después un segundo escaneado.

La posición de las partículas reflectantes se determina por correlación / comparando los patrones guardados. Las partículas pueden encontrarse en diferentes posiciones en ambos patrones ya que éstas se mueven con el medio. Teniendo en cuenta el ángulo del haz ultrasónico es posible convertir el desplazamiento en el tiempo de las partículas en su velocidad que equivale a la velocidad del caudal del medio. Esto permite obtener mediciones muy exactas sin necesidad de realizar calibraciones.

Nuestro sistema de medición Nivus puede utilizar hasta 9x 16 capas de velocidad (cada sensor de velocidad divide la lámina de agua en 16 capas y podemos incorporar hasta 9 sensores de velocidad). El perfil de velocidades medido puede indicarse directamente en la pantalla del caudalímetro.

Ventajas de la correlación ultrasónica de Nivus

  • Sistema de medición de gran exactitud, ya que mide el perfil de velocidades.
  • Medición de caudal estable y fiable.
  • No requiere calibración.
  • Medición de caudales dinámicos muy altos. Es capaz de medir caudales muy bajos y muy altos.
  • Adecuado para canales de cualquier geometría y dimensiones.
  • No se requiere de construir un canal normalizado, Parshall, Venturi, etc.
  • En función de las dimensiones del canal se pueden colocar varios sensores de caudal.
  • Sensores muy fáciles de instalar (en el centro del canal), no se requiere de experiencia.

Puntos débiles de la correlación ultrasónica

  • Los sensores se montan en el centro del canal. Si el canal es muy grande puede ser complejo el mantenerlos (ej. limpiarlos).
  • Si hay muchos depósitos en el canal, sólidos, piedras, se puede necesitar de alguna protección mecánica para proteger los sensores. Además, puede ser necesario un mayor mantenimiento en cuanto a limpieza de los sensores.

3. Caudalímetro tipo radar: caudalímetro Nivuflow 550

Aunque es una solución de caudal menos exacta, como su sensor no está en contacto con el agua es una solución interesante sobre todo cuando el agua va muy sucia y/o tiene muchos arrastres. En estos casos, cualquier sensor en contacto con el agua requerirá un mantenimiento intensivo.

caudalímetro radar nivuflow 550
Caudalímetro radar nivuflow 550

¿Cómo funcionan los caudalímetros tipo radar?

Estos caudalímetros también utilizan la fórmula Q = v (media) • A

En este caso, para obtener la medición de la velocidad v(media) utilizan la tecnología radar doppler que mide la velocidad de la superficie.

Este método de medición se basa en la emisión de ondas electromagnéticas contra la superficie del flujo. Si dicha superficie tiene pequeñas perturbaciones (no es totalmente plana), retornará al sensor radar una frecuencia que variará en función de la velocidad. Con la diferencia entre la frecuencia emitida y la recibida obtendremos la velocidad superficial. A partir de este dato y con una serie de modelos matemáticos se establece la velocidad media del flujo.

Principio de funcionamiento NFM550

Ventajas de los caudalímetros tipo radar

  • La gran ventaja de esta tecnología es que los sensores no están en contacto con el agua.
  • Virtualmente, son libres de mantenimiento.
  • Ideales para medir avenidas, caudales rápidos y/o que arrastren partículas, sólidos, suciedad, etc.

Puntos débiles de los caudalímetros tipo radar en aplicaciones de regadío

  • Sólo miden la velocidad superficial y a partir de este dato calculan la velocidad media. Es un método menos exacto que los anteriores.
  • Es recomendable calibrarlo / ajustarlo una vez realizada la instalación.
  • Si hace viento, llueve, etc. y se altera la superficie de la lámina de agua, entonces la medición se ve afectada.
  • Si la velocidad es muy baja o la superficie del agua muy plana, el radar no podrá medir.

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