En hidrometría fluvial, el método más común para medir el caudal de agua es método "velocidad-cuadrado". Consiste en definir area de agua midiendo profundidades a lo largo de la sección hidráulica y midiendo con una plataforma giratoria hidrométrica en puntos individuales de la sección de agua velocidad de flujo

Al medir el caudal de agua, es necesario:

1) registrar el ambiente de trabajo;

2) controlar el nivel del agua;

3) medir profundidades en el sitio hidrométrico;

4) medir la velocidad del flujo de agua en puntos individuales de la sección libre en verticales de alta velocidad.

Todos los registros de datos de observación y mediciones de flujo de agua se realizan con un simple lápiz negro en el "Libro para registrar mediciones de flujo de agua" KG-ZM *.

Antes de comenzar a trabajar, es necesario verificar la capacidad de servicio de la plataforma giratoria hidrométrica y sus accesorios, el cronómetro, así como la disponibilidad y capacidad de servicio de los equipos de salvamento para garantizar la seguridad del trabajo, el estado de todos los equipos de la sección hidrométrica. (Apéndice 1). Para prevenir accidentes, se requiere que los estudiantes estudien y sigan estrictamente las instrucciones de seguridad (Apéndice 2).

Para medir el caudal de agua se selecciona un tramo del río que, si es posible, cumple los siguientes requisitos:

1) los bancos son uniformes (no sinuosos), paralelos;

2) el canal está nivelado, estable y sin vegetación;

4) ausencia de espacio muerto (parte de la sección de agua donde no hay flujo).

Para la práctica didáctica en el tramo de río seleccionado, se deben tener profundidades de más de 1 m, de modo que se puedan identificar patrones de cambios en los caudales.

En el sitio seleccionado, se planifica un objetivo hidrométrico (compuerta hidráulica), sobre el cual se mide el caudal de agua. En ríos pequeños, la válvula hidráulica se rompe a ojo perpendicular a la dirección del flujo del río y se fija en ambas orillas con señales: estacas. Un letrero en uno de los bancos se toma como inicio permanente, desde donde se miden las distancias antes de cada medición (velocidad) vertical. En la alineación hidráulica se tiende un cable (cordón), marcado cada 1 m. Si las mediciones se realizan desde un bote, se tira de un cable de conducción paralelo al cable de marcado (debajo de este), que sirve para mover el bote a lo largo de la alineación y instalarlo verticalmente.

Las observaciones y medidas se realizan en el siguiente orden.

1. La información sobre el ambiente de trabajo (el estado del río, el clima, los instrumentos y equipos) se registra en la sección del libro de gastos "Ambiente de trabajo". Se anotan todos los fenómenos que pueden afectar la dirección y la magnitud de la velocidad de la corriente o afectar la precisión de la determinación del flujo de agua. Por ejemplo, se indica el ancho de la franja segada de la sección hidráulica y se anota el estado en que se encuentra: “segada limpiamente”, “hay restos de vegetación acuática en el fondo... cm de altura”. Además, se indica el grado de sobrecrecimiento del cauce del río con vegetación acuática por debajo de la línea hidráulica (cerca de la costa, entera, escasa, densa). Se anotan bajíos, escupitajos, medios, estructuras (presas, presas, presas, puentes): es necesario indicar a qué distancia de la sección hidráulica se encuentran.

2. Las observaciones del nivel del agua se realizan en el puesto hidrológico principal antes y después de las mediciones de profundidad, así como antes y después

mediciones de velocidad de flujo. El registro de datos de observación sobre la altura del nivel del agua durante las mediciones y la medición del flujo se lleva a cabo en las tablas correspondientes del libro de flujo.

3. Las mediciones de profundidad en la sección hidráulica se realizan para calcular el área de la sección de agua, como se describe en la sección "Inspección y procesamiento de los resultados de las mediciones". Las profundidades se miden una vez antes de medir y registrar las velocidades actuales. libro de gastos en la sección "Medidas" (en la columna 11). En los primeros y últimos renglones correspondientes a los primeros y últimos verticales de medida a la orilla del agua, c. la columna 0 se escribe "Ur.l.b." o "Ur. p.b.” (el borde de la orilla izquierda o derecha), y en la columna I - la profundidad en el borde. Con taludes empinados, esta profundidad puede no ser igual a cero. Las columnas 3 y 4 se completan solo en los casos en que la profundidad se mide dos veces en un canal inestable: hacia adelante y hacia atrás.

4. Las mediciones de las velocidades de las corrientes en las verticales generalmente se realizan con una plataforma giratoria hidrométrica, que se mueve secuencialmente a diferentes puntos de la vertical.

Número verticales de alta velocidad sobre el que se miden las velocidades de las corrientes, con un ancho de río de hasta 50 m, se toma igual a cinco. Al elegir lugares para verticales de alta velocidad, uno debe esforzarse por asegurarse de que estén distribuidos de la manera más uniforme posible a lo largo del ancho del río y al mismo tiempo caigan en los puntos de una ruptura aguda en el fondo y en el punto más profundo de la alineación Las verticales de alta velocidad extrema deben estar lo más cerca posible de la costa (tan lejos como lo permitan la velocidad y la profundidad actuales).

El número de puntos en los que se mide la velocidad del flujo en la vertical se establece en función de la profundidad de trabajo de la vertical de velocidad (Tabla 4).

profundidad de trabajo La vertical de velocidad, así como las verticales de medición, se considera la distancia vertical desde el fondo hasta la superficie del agua. Con un nivel de agua constante, la diferencia de profundidades en la vertical a lo largo del sondeo y en el momento de medir la velocidad en un canal estable no debe exceder los 2-3 cm a profundidades de hasta -1 m, 5 cm - a profundidades de I a 3 m repetir.

Tabla 4

Dependencia del número y ubicación de las mediciones de las velocidades de corriente en la vertical desde la profundidad de trabajo

Términos básicos y definiciones
unidad de contabilidad - este es un conjunto de instrumentos y dispositivos que dan cuenta de la cantidad de fluido que fluye.
Instrumento de medición (dispositivo de medición, medidor de flujo) - una herramienta técnica destinada a las mediciones. Posee características metrológicas normalizadas, es capaz de almacenar y/o reproducir alguna cantidad física medida dentro del error establecido. En este caso, el principal valor de medición es el volumen del líquido que fluye..
Convertidor de flujo primario (sensor) - un dispositivo que proporciona la medición directa de los parámetros del líquido que fluye y los transmite al convertidor secundario.
Convertidor de flujo secundario (registrador) - un dispositivo que convierte los datos recibidos del convertidor primario (sensor) y calcula el caudal del líquido que fluye de acuerdo con un determinado algoritmo. Como regla general, el convertidor está equipado con un módulo de visualización y un dispositivo de almacenamiento de datos.

Métodos para medir los flujos de presión

Para determinar la tasa de flujo en flujos de presión, es suficiente medir un parámetro del fluido que fluye: la velocidad. El área de la sección transversal siempre se conoce y está limitada por las paredes del conducto. El caudal se determina multiplicando el caudal de fluido por el área de flujo.

método taquimétrico- los llamados caudalímetros mecánicos, entre ellos se encuentran los de paleta, turbina y tornillo. El principio de funcionamiento se basa en medir la velocidad de un elemento en movimiento que gira bajo la influencia de un fluido que fluye. El equipo más asequible, pero tiene una serie de limitaciones de uso.

Método de presión diferencial variable- según el diseño y el principio de funcionamiento del convertidor primario, se distinguen varios tipos de instrumentos de medición, pero cada uno de ellos se basa en la dependencia de la caída de presión que crea el convertidor primario en el caudal del fluido que fluye . Los instrumentos de medición más utilizados, llamados "diafragmas".

método de tiempo de pulso ultrasónico- a menudo denominado simplemente "ultrasónico", aunque esto no es del todo cierto, ya que existen varios métodos ultrasónicos para medir el flujo. Como regla general, al menos dos transductores piezoeléctricos están montados en el conducto uno frente al otro en un ángulo de 30 a 60°, que funcionan alternativamente como emisor y receptor. El principio de funcionamiento de este método se basa en medir la velocidad de la señal ultrasónica del transmisor al receptor, mientras que la velocidad de la señal a lo largo del flujo de líquido es mayor que contra el flujo. Es posible la realización con los captadores empotrados en las paredes del conducto, así como con los captadores colocados.

El método de medida de caudales a presión más versátil del momento. El principio de funcionamiento se basa en la medición de la fuerza electromotriz (FEM) que se produce en una corriente de fluido que fluye a través de un campo magnético creado artificialmente, mientras que la FEM es directamente proporcional a la velocidad del flujo del fluido. Este método fue propuesto por Michael Faraday a principios del siglo XIX. El convertidor primario, por regla general, es una sección de medición de paso completo con electroimanes (para crear un campo magnético) y un par de electrodos ubicados diametralmente opuestos en la sección de medición para eliminar el EMF.

Con base en la experiencia de organizar unidades de medición de flujo de presión, se puede argumentar que el más universal y demandado es precisamente el método de medición electromagnético. Dependiendo de la tarea metrológica establecida, es posible utilizar varios métodos de medición, sin embargo, siempre es necesario tener en cuenta las condiciones técnicas existentes en el objeto de medición y pensar en medidas para el mantenimiento y operación posteriores de los instrumentos de medición.

Métodos para medir flujos sin presión

Método acústico (sin contacto)- el más común debido al costo relativamente bajo, los equipos de medición de este tipo se han producido durante mucho tiempo en Rusia y son ampliamente conocidos. Cuando se utiliza este método, el caudal se determina midiendo el nivel del agua y recalculando el valor obtenido de acuerdo con la función "nivel-caudal" utilizando tablas de calibración. El nivel se calcula midiendo el tiempo de viaje de la señal ultrasónica desde el transductor principal ubicado sobre el flujo hasta la superficie del flujo y el eco reflejado hasta el sensor. Cabe señalar que la velocidad con este método de determinación del caudal no se mide de forma explícita, lo que conduce a resultados poco fiables en caso de depósitos en el fondo del conducto y/o la aparición de remansos. Este método tiene una serie de ventajas y desventajas.

método doppler ultrasónico- el nombre del método se debe a la medición simultánea tanto del nivel de caudal como de su velocidad. En el flujo mismo, por regla general, en la parte inferior del conducto, se montan convertidores primarios de velocidad y nivel. La velocidad se determina mediante el método Doppler: se emite una señal ultrasónica en el flujo, que se refleja en las partículas suspendidas en el flujo. Luego, el sensor de velocidad recibe la señal reflejada y determina la velocidad de las partículas a partir del desplazamiento de la frecuencia de oscilación relativa a la señal emitida. El nivel se determina por el método hidrostático (por la presión de la columna de líquido sobre la membrana sensible) o por el método ultrasónico (es posible utilizar un indicador de nivel acústico o un sensor de nivel ultrasónico sumergible - una señal ultrasónica se emite verticalmente hacia arriba y se mide la velocidad de su paso a la separación de medios y atrás). Conociendo la geometría del conducto y midiendo el nivel de flujo, se calcula el área de la sección de flujo. El caudal se determina multiplicando el caudal por el área de la sección transversal.
También existe un método más avanzado basado en el método Doppler: la correlación cruzada. La esencia sigue siendo la misma, pero la medición de la velocidad se realiza en varios planos y se promedia mediante el método de correlación cruzada, lo que aumenta la precisión de la medición en relación con el método Doppler tradicional.

Método electromagnético (inducción magnética)- Recientemente, este método se ha utilizado cada vez más para medir flujos de flujo libre. La esencia del método es convertir un flujo sin presión en uno con presión, es decir como caudalímetro se utiliza un caudalímetro electromagnético convencional para sistemas a presión. El diseño especial de las tuberías de entrada y salida del medidor de flujo le permite aumentar el nivel de flujo de agua en la sección de medición.

Las mediciones de caudal con flotadores de superficie tienen una precisión significativamente menor que las mediciones con la ayuda de paletas, por lo tanto, los flotadores de superficie se utilizan para estudios de reconocimiento de ríos, cuando fallan las paletas. Durante la deriva intensa del hielo, cuando las mediciones con platos giratorios se vuelven imposibles, los témpanos de hielo individuales pueden servir como flotadores.

Arroz. 31

AB - sitio de lanzamiento; yo- base; 2 - cima; 3 - principal;

4 - la parte baja del río

Las mediciones de flotación se realizan en calma o con viento ligero de 2-3 m/s. Para medir velocidades con flotadores de superficie en una sección del río que cumpla con los requisitos para secciones hidrométricas, se coloca una línea principal a lo largo de la costa paralela a la dirección principal del flujo, y se selecciona una base en ella: yo(Figura 31). Se rompen tres secciones perpendiculares a ella: la superior - 2, la principal - 3 (medio) e inferior - 4. La distancia entre las puertas se asigna de manera que la duración de los flotadores entre ellas sea de al menos 20 s. Objetivo principal 3 se divide aproximadamente en el medio de la base.

Si se utiliza un puente para simplificar y acelerar el trabajo hidrométrico, entonces la alineación principal se combina con la alineación del puente.

La posición de la base y las alineaciones en el suelo se fija con clavijas y hitos. En los alineamientos se pueden tirar sobre el agua cables marcados cada 1 m. En todas las alineaciones, se clavan estacas a lo largo de la orilla del agua; su distancia a la base se mide con una cinta métrica. Para lanzar los flotadores, el campo de lanzamiento AB se divide adicionalmente 5-10 m por encima del campo superior.

Se realizan mediciones de profundidad y se determina el área de la sección libre a lo largo de la alineación principal. Las mediciones se realizan debajo de cada marca del cable marcado, comenzando desde el "comienzo permanente" (estaca de corte). Los resultados de la medición se introducen en una tabla. En ausencia de un cable marcado en la alineación, la distancia desde la vertical de medición hasta la orilla se determina mediante el método serif, es decir midiendo el ángulo horizontal entre la línea de base y la línea de visión (ver Fig. 15). La ubicación del punto de sondeo en la alineación está controlada por hitos establecidos en la orilla.

La medición de caudales de agua por flotadores se realiza en el siguiente orden. En el sitio de lanzamiento, 15-25 flotadores se lanzan sucesivamente al agua, distribuidos aproximadamente uniformemente a lo largo del ancho del río. Cuando el flotador pasa por las alineaciones, los observadores dan señales con un visto bueno o una voz. En estos momentos, el lugar de paso (distancia desde la costa) del flotador en cada alineación se fija por el método de serifas o por un observador en el puente a lo largo de los cables de señalización. Al mismo tiempo, el cronómetro mide el tiempo de paso del flotador desde la alineación superior a la inferior.

Arroz. 32.

Los resultados de las mediciones de la velocidad de los flotadores se registran en una tabla. Además, se excluyen los registros de flotadores arrastrados a tierra. En la fig. 32 muestra la distribución de la duración de los flotadores a lo largo del ancho del río. En el gráfico, las distancias desde el comienzo constante hasta el lugar donde los flotadores pasan por la sección central se trazan a lo largo del eje horizontal, y la duración del viaje de los flotadores entre las secciones superior e inferior se traza a lo largo del eje vertical. De acuerdo con los puntos graficados, se realiza un diagrama promedio de la distribución de la duración del golpe del flotador a lo largo del ancho del río. Se dibujan verticales de alta velocidad a distancias iguales y en lugares de inflexión del diagrama. Se asignan al menos 5-6 verticales de alta velocidad que, para facilitar el procesamiento, se combinan con verticales de medición. Para cada vertical de alta velocidad, la velocidad de la corriente superficial se calcula dividiendo la distancia entre las secciones superior e inferior por la duración de la carrera del flotador tomada del diagrama. Se mantiene en una tabla un registro de los resultados de las mediciones del flujo de agua por flotadores.

Multiplicando las áreas de los compartimentos entre verticales de alta velocidad por la mitad de la suma de las velocidades superficiales sobre ellos, se obtienen descargas parciales de agua ficticias. Su suma, teniendo en cuenta los coeficientes de contorno, da el flujo de agua ficticio total (2f:

donde vi, v„ son velocidades superficiales en verticales de alta velocidad; coi, ..., co „ - áreas de secciones vivas entre verticales de alta velocidad; para- coeficiente para la sección del borde, igual a 0,7.

El caudal real se calcula mediante la fórmula:

donde Para- factor de conversión, de consumo ficticio a consumo real.

El valor del coeficiente de transición A^i se puede encontrar en las tablas o determinado por la fórmula 5.6 si q- caudal, determinado simultáneamente por mediciones con plato giratorio y flotadores. También puede definir Para según la fórmula:

donde Con- Coeficiente de Chezy, que se recomienda calcular según la fórmula N.N. Pavlovski:

donde R 1m y en R> 1 metro; PAG- coeficiente

rugosidad, determinada a partir de tablas en manuales hidráulicos.

Si es imposible lanzar flotadores en todo el ancho del río, por ejemplo, en ríos con una corriente rápida, donde los flotadores se llevan a la mitad de la corriente, el flujo de agua está determinado por la velocidad superficial más alta. En este caso, se lanzan de 5 a 10 flotadores sobre la parte de varilla del flujo. De todos los flotadores lanzados, se seleccionan tres con la mayor duración de carrera, difiriendo entre sí en el tiempo en no más del 10%; con una mayor desviación en la duración del golpe, se lanzan otros 5-6 flotadores.

Si la velocidad superficial más alta se mide usando los flotadores, entonces se usa para calcular el flujo de agua

donde K naib - el valor promedio de las velocidades de los tres flotadores más rápidos; coeficiente Para

donde Y- profundidad de flujo promedio; g - aceleración de caída libre; w es el área de la sección de agua.

La medición del flujo de agua mediante flotadores profundos se utiliza para medir velocidades de flujo relativamente bajas (hasta 0,15-0,20 m/s), cuando las mediciones del rotor no son confiables y para determinar los límites del espacio muerto. Las velocidades de corriente se miden desde un bote, equipo

con tres rieles de guillotina paralelos rígidamente sujetos a una distancia de 1 m entre sí Con la ayuda de un poste a una distancia de 0,5 m del listón (superior) ubicado más cerca de la proa del bote, se lanza un flotador profundo. El cronómetro determina el tiempo que tarda el flotador en recorrer la distancia desde la alineación superior a la inferior. En cada punto, el flotador se lanza al menos tres veces. La velocidad en un punto se calcula dividiendo la longitud de la base - la distancia entre las lamas por la duración media del flotador. Se tiene en cuenta el valor medio. El caudal de agua se calcula analíticamente de la misma forma que el caudal de agua medido con un contador.

SNiP 2.04.01-85*

Construyendo regulaciones

Fontanería interior y alcantarillado de edificios.

Sistemas de suministro interno de agua fría y caliente

11. Dispositivos para medir la cantidad y el caudal de agua.

11.1.* Para edificios de nueva construcción, reconstruidos y revisados ​​con sistemas de suministro de agua fría y caliente, así como solo suministro de agua fría, se deben proporcionar dispositivos de medición del consumo de agua: medidores de agua fría y caliente, cuyos parámetros deben cumplir con las normas aplicables. .

Los medidores de agua deben instalarse en las entradas de la tubería de suministro de agua fría y caliente a cada edificio y estructura, a cada departamento de edificios residenciales y en las ramas de las tuberías a tiendas, comedores, restaurantes y otros locales integrados o adjuntos a residenciales, industriales. y edificios públicos.

No se requiere la instalación de medidores de agua en sistemas de suministro de agua contra incendios separados.

En las sucursales a locales individuales de edificios públicos e industriales, así como en conexiones a aparatos sanitarios individuales y equipos tecnológicos, se instalan medidores de agua a pedido del cliente.

Los medidores de agua caliente (para temperaturas del agua de hasta 90 ° C) deben instalarse en las tuberías de suministro y circulación del suministro de agua caliente (para redes de dos tuberías) con la instalación de una válvula de retención en la tubería de circulación.

11.2. El diámetro del paso nominal del medidor de agua debe seleccionarse en base al consumo de agua promedio por hora para el período de consumo (día, turno), que no debe exceder el operativo, tomado de acuerdo con la Tabla. 4*, y comprobar según las instrucciones del apartado 11.3*.

11.3.* El medidor con el diámetro nominal aceptado debe ser revisado:

a) pasar el segundo flujo de agua máximo estimado, mientras que la pérdida de presión en los medidores de agua no debe exceder: 5,0 m - para paletas y 2,5 m - para medidores de turbina;

b) omitir el segundo caudal de agua máximo (calculado), teniendo en cuenta el suministro del caudal de agua estimado para la extinción de incendios internos, mientras que la pérdida de presión en el medidor no debe exceder los 10 m.

11.4. La pérdida de presión en metros, m, en el segundo flujo de agua estimado, l / s, debe determinarse mediante la fórmula

donde es la resistencia hidráulica del medidor, tomada según Tabla. 4*.

Si es necesario medir el flujo de agua y es imposible usar medidores de agua para este propósito, se deben usar otros tipos de medidores de flujo. La elección del diámetro nominal y la instalación de caudalímetros debe realizarse de acuerdo con los requisitos de las especificaciones técnicas correspondientes.

Mesa 4*

11.5.* Los medidores de agua fría y caliente deben instalarse en un lugar conveniente para la toma de lecturas y el mantenimiento por parte del personal operativo, en una habitación con iluminación artificial o natural y una temperatura del aire de al menos 5 ° С.

11.6. A cada lado de los medidores, se deben proporcionar secciones rectas de tuberías, cuya longitud se determina de acuerdo con los estándares estatales para válvulas de medidores de agua (paleta y turbina) o válvulas de compuerta. Se debe instalar una llave de drenaje entre el medidor y la segunda válvula o válvula (en términos de movimiento de agua).

11,7*. Se debe proporcionar una línea de derivación en los medidores de agua fría si:

hay una entrada de suministro de agua al edificio;

el medidor de agua no está diseñado para pasar el flujo de agua de extinción de incendios.

Se debe instalar una válvula de compuerta sellada en la posición cerrada en la línea de derivación. La válvula de compuerta para el paso del caudal de agua de extinción debe ser de accionamiento eléctrico.

La línea de derivación debe diseñarse para el flujo de agua máximo (incluido el de incendio).

La válvula de compuerta eléctrica debe abrirse automáticamente desde los botones instalados en los hidrantes o desde los dispositivos de automatización contra incendios. La apertura de la válvula debe enclavarse con la puesta en marcha de las bombas contra incendio en caso de presión insuficiente en la red de abastecimiento de agua.

No se debe proporcionar una línea de derivación en el medidor de agua caliente.

11.8. Para áreas residenciales, está permitido no proporcionar suministro de agua al sistema de suministro de agua caliente durante el período de extinción del incendio. En este caso, es necesario garantizar el cierre automático del suministro de agua a este sistema.

Nuestra empresa mide caudales de agua, tanto caudales con presión como sin presión. Dependiendo del método, se utiliza el equipo apropiado para la medición.

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El flujo de presión está limitado en todos los lados por las paredes del conducto, por lo que la presión en cualquier punto difiere significativamente de la presión atmosférica. El flujo sin presión, a su vez, tiene una superficie libre que se encuentra bajo la influencia de la presión atmosférica.

Métodos para medir los flujos de presión

El caudal de agua en los flujos a presión depende directamente de la velocidad del líquido que fluye y del área de la sección de paso. En este caso, el área de la sección transversal está limitada por las paredes del conducto y, por lo tanto, siempre se conoce. Para determinar el caudal, se requiere multiplicar el área de la sección transversal por la velocidad del flujo.

método taquimétrico. Es utilizado por medidores de flujo mecánicos y se basa en determinar la velocidad de rotación de un elemento en movimiento bajo la influencia de un líquido que fluye en un conducto.

Método de presión diferencial variable. Independientemente del medio de medición, este método se basa en la dependencia de la caída de presión, que se forma con la ayuda de un convertidor primario, en el flujo de fluido.

Método ultrasónico de pulso de tiempo. Se basa en medir la velocidad de la señal ultrasónica entre dos sensores instalados en el conducto, que funcionan alternativamente como emisor y receptor.

Método de inducción magnética. Se basa en determinar la magnitud de la fuerza electromotriz que se produce en el flujo de agua cuando fluye a través de un campo magnético creado artificialmente por electroimanes.

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Métodos para medir flujos sin presión

Actualmente, dos métodos para medir los flujos de flujo libre son los más utilizados: el acústico y el Doppler de dos canales.

método acústico. Se basa en la determinación acústica del nivel del líquido, cuyos indicadores se recalculan mediante tablas de calibración según la función "nivel-caudal".

Método Doppler de doble canal. Se basa en la medición simultánea no solo del caudal, sino también de su nivel. En este caso, el método Doppler se usa solo para determinar la velocidad del flujo.