TESIS
"ERROR DE INDICACIÓN POR DESCARGAS INTERMITENTES EN EL MEDIDOR DE AGUA DE CHORRO MÚLTIPLE"
PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO SANITARIO
ELABORADO POR
DIEGO MANUEL MORALES MORALES ASESOR
Ing. ROGER SALAZAR GAVELÁN LIMA - PERÚ
2022
DEDICATORIA
A
Rosa Salas Cabrera Q. E. P. D.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Nacional de Ingeniería.
A los Profesores de la Especialidad de Ingeniería Sanitaria de la Facultad.
RESUMEN
El presente estudio se inicia con una exposición de las características del flujo de agua en las conexiones domiciliarias, porque en las conexiones domiciliarias se instalan Medidores de Agua.
Se muestra que en las conexiones domiciliarias de agua se presentan descargas de diversas características en términos del volumen, caudal y tiempo que, a su vez, pasan por un medidor de agua, y a partir de allí se formula una propuesta de evaluación de los medidores en esas condiciones. Para tal fin se diseña un esquema para evaluar los medidores de agua con un enfoque desde el perfil del uso en las condiciones domiciliarias que están caracterizadas por descargas y estos por su duración y caudal del flujo.
Luego, se analiza la relación entre el tiempo que demora un volumen de agua en pasar sin interrupción (duración) por un Medidor de Agua de Chorro Múltiple, con los Errores Relativos de Indicación generados en este instrumento.
Los resultados del ensayo aplicado con diversas condiciones de caudal y duración muestran que el Error Relativo de Indicación aumenta cuando la duración de descarga disminuye. Las razones de este fenómeno se encuentran en la dinámica del rotor producto del pulso del flujo; se halla que es factible la desproporción entre, por una parte, el torque resultante durante la aceleración del rotor, y por otra, el torque luego de finalizado el pulso del flujo.
Se recomienda realizar estadísticas para caracterizar los diversos tipos de descargas en los sistemas de instalaciones interiores de agua en distintas edificaciones. Porque dichas estadísticas, en comparación con la respuesta de determinados medidores a diversas descargas, puede constituir criterios para la selección de Medidores de Agua.
ABSTRACT
The present study begins with an exposition of the characteristics of the water flow in the household connections, because Water Meters are installed in the household connections.
It is shown that in the household water connections there are discharges of various characteristics in terms of volume, flow and time that, in turn, pass through a water meter, and from there a proposal for evaluating the meters is formulated in those conditions. For this purpose, a scheme is designed to evaluate water meters with a focus from the profile of use in home conditions that are characterized by discharges and these by their duration and flow rate.
Then, the relationship between the time it takes for a volume of water to pass without interruption (duration) through a Multiple Jet Water Meter is analyzed, with the Relative Errors of Indication generated in this instrument.
Test results applied with various flow and duration conditions show that the Relative Error of Indication increases as the discharge duration decreases. The reasons for this phenomenon are found in the dynamics of the rotor, which is the product of the flow pulse; It is found that the disproportion between, on the one hand, the torque produced during the acceleration of the rotor, and on the other hand, the torque after the end of the flow pulse is feasible.
It is recommended to carry out statistics to characterize the different types of discharges in the systems of indoor water installations in different buildings.
Because these statistics, in comparison with the response of certain meters to various discharges, can constitute criteria for the selection of Water Meters.
PRÓLOGO
El suministro de agua potable en las ciudades permite atender los requerimientos de salud pública, higiene, limpieza, alimentación, actividades domésticas, así como la producción industrial y el comercio, etc.; sin embargo, la producción de agua potable es limitada por (entre otros motivos) la disponibilidad de recursos naturales, la capacidad del ciclo hidrológico y sistemas ecológicos, y la infraestructura de producción instalada. De allí la necesidad de controlar racionalmente la distribución de agua potable; esta necesidad demanda llevar una contabilidad de los volúmenes de agua en los sistemas de producción y distribución de agua potable, lo suficientemente precisa y efectiva para detectar y evitar el desperdicio de agua.
Llevar la contabilidad del agua potable en un sistema de distribución, exige determinar los volúmenes de agua potable que ingresan y salen en ese sistema de distribución, y poder así determinar, también, un adecuado balance entre ingresos y salidas, y por lo tanto perdidas de volúmenes de agua potable.
En un sistema de distribución de agua potable, gran parte de las salidas de agua potable están constituidas por las conexionas domiciliarias (que son consideradas como el tramo de tuberías que permite abastecer a predios, donde finalmente se consume el agua). Es común que en estas conexiones domiciliarias sean instalados Medidores de Agua.
Los Medidores de Agua registran el volumen de agua que ha pasado a través de ellos desde el inicio de su funcionamiento. De esta manera, constituye un dispositivo para realizar balances de agua en los sistemas de distribución, que luego permitirá conocer las pérdidas de agua en un periodo determinado.
Para realizar esos balances de agua en los sitemas de distribución se requiere conocer los Errores de Indicación de los Medidores de Agua allí instalados. Por consecuencia, importa averiguar los Errores de Indicación, en determinado tipo de Medidor de Agua, producidos por flujos semejantes a los que ocurren en las conexiones domiciliarias. De esa manera, se podrá lograr más criterios de selección y evaluación de Medidores de Agua.
INDICE
Pág.
1. INTRODUCCIÓN 1
1.1 GENERALIDADES Y ANTECEDENTES 1
1.1.1 Errores de medición en Medidores de Agua 1
1.1.2 Observaciones a la turbina de un Medidor de Agua 2
1.2 PROBLEMÁTICA 2
1.2.1 Diferencias entre tipos de descargas 3
1.2.1.1 Descargas de consumo de agua en los aparatos sanitarios 3 1.2.1.2 Descargas de consumo de agua en las conexiones domiciliarias 5 1.2.1.3 Descargas para determinar los errores de indicación 7 1.2.2 Errores de indicación y la duración de descargas 8
1.3 OBJETIVOS 9
1.3.1 Objetivo general 9
1.3.2 Objetivos específicos 9
1.4 HIPÓTESIS 9
1.4.1 Hipótesis general 9
1.4.2 Hipótesis específicas 9
2 FUNDAMENTO TEÓRICO 11
2.1 MEDICIÓN E INSTRUMENTO MEDICIÓN 11
2.1.1 Medición 11
2.1.1.1 Variable Física 11
2.1.1.2 Medición 11
2.1.1.3 Unidad de Medida 11
2.1.2 Instrumento de Medición 11
2.1.2.1 Principio de Medición 11
2.1.2.2 Instrumento de medición 11
2.2 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE MEDIDORES DE AGUA 12
2.2.1 Definición de un Medidor de Agua 12
2.2.2 Clasificación de los Medidores de Agua 13
2.3 UBICACIÓN Y SELECCIÓN DE MEDIDORES DE AGUA 13
2.3.1 Ubicación típica 13
2.3.2 Criterios de selección 14
2.4 ESTADÍSTICAS DE MEDIDORES DE AGUA 17 2.5 ERROR DE MEDICIÓN EN LOS MEDIDORES DE AGUA 18
2.5.1 Volumen Real 18
2.5.2 Volumen Indicado 18
2.5.3 Error Relativo de Indicación 18
2.5.4 Curva de Errores 19
2.5.4.1 Error Máximo Permitido (EMP) 20
2.5.4.2 Caudal Permanente (Q3) 20
2.5.4.3 Caudal Mínimo (Q1) 20
2.5.4.4 Caudal de Transición (Q2) 21
2.5.4.5 Caudal de Sobrecarga (Q4) 21
2.5.4.6 Alcance de Caudal 21
2.5.5 Resolución 21
2.6 MEDIDOR DE AGUA EN OPERACIÓN 21
2.6.1 Condiciones de Instalación 21
2.6.2 Condiciones de Funcionamiento 22
2.7 MÉTODO PARA DETERMINAR ERRORES DE INDICACIÓN 22
2.7.1 Fundamento del método de recolección 22
2.7.2 Procedimiento del método de recolección 22
2.7.3 Condiciones adicionales 23
2.8 MEDIDOR DE AGUA TIPO CHORRO MÚLTIPLE 23
2.8.1 Descripción del Funcionamiento 23
2.8.2 Despiece 24
2.8.2.1 Dispositivo de Medida 24
2.8.2.2 Transmisión 25
2.8.2.3 Registrador 27
2.9 FUERZA POR IMPACTO DE FLUJOS EN SUPERFICIES 27
2.9.1 Corriente estacionaria de partículas 27
2.9.2 Fuerza de arrastre 29
2.9.3 Relaciones de movimiento e impacto entre flujos y rotores 31
2.9.3.1 Rotores-sensores y fluidos gaseosos 31
2.9.3.2 Torques en rotores-sensores y fluidos líquidos 32
2.10 CONCEPTO DE DESCARGA INTERMITENTE 37
3 APLICACIÓN, CÁLCULOS Y OBTENCIÓN DE RESULTADOS 38
3.1 APLICACIÓN 38
3.1.1 Planteamiento del experimento 38
3.1.2 Instrumentos y aparatos 39
3.1.3 Diseño de la disposición de instrumentos y aparatos 40 3.1.4 Dimensiones de la instalación y selección de los instrumentos 41
3.1.5 Procedimiento 42
3.2 CALCULOS 44
3.3 RESULTADOS 107
4 ANÁLISIS DE RESULTADOS 110
5 CONTRASTACIÓN DE HIPÓTESIS 117
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 118
6.1 CONCLUSIONES 118
6.2 RECOMENDACIONES 119
7 BIBLIOGRAFÍA 121
8 ANEXOS 126
1 INTRODUCCIÓN
Una forma de distribuir agua potable dentro de las ciudades es mediante una red o conjunto de tuberías. Las redes públicas de tuberías hacen un conjunto que permite conducir agua potable desde el almacenamiento hasta la proximidad de los predios o domicilios a lo largo de las calles.
De la red pública al perímetro de un predio existe un tramo de tubería y dispositivos que conducen agua potable. A este tramo se denomina conexión domiciliaria. Uno de los dispositivos que es posible encontrar instalado en una conexión domiciliaria es el medidor de agua.
El medidor de agua es un instrumento que registra el volumen de agua que atraviesa este dispositvo desde el inicio de su funcionamiento y, así, es posible establecer el consumo de agua en determinado domicilio o edificación.
1.1 GENERALIDADES Y ANTECEDENTES
Se exponen dos antecedentes que muestran indicios de errores de indicación de los medidores de agua originados por la duración del flujo que los atraviesa.
1.1.1 Errores de medición en Medidores de Agua
Dentro de las actividades experimentales desarrolladas por Lajos Hovany1 se puso a prueba un medidor de agua del tipo Chorro Múltiple de Resolución 2.5 centilitros; bajo las condiciones de un caudal de 0.03 m3/h (correspondiente al Caudal Mínimo, Qmin) durante 0.5 minutos, fueron hallados errores relativos hasta el 32%. Para alcanzar errores dentro de los Errores Máximos Permitidos, la Duración de la descarga debió ser prolongada, con el mismo caudal, hasta 3 minutos.
Asimismo, para hallar Errores Relativos del mismo Medidor de agua dentro del intervalo de los Errores Máximos Permitidos, la Duración del Flujo (bajo la
1 Cf. Hovany, Lajos. Error in water meter measuring due to shorter flow and consumption shorter than the time the meter calibrated. En Avi Ostfed ed. Water supply system analysis. Select topics. pp. 131-149.
condición del caudal 1.5 m3/h) tuvo que prolongarse como mínimo hasta 5 minutos; para tiempos inferiores, el Medidor de agua desarrollaba Errores Relativos diferentes a los previstos en el intervalo de Errores Máximos Permisibles.
1.1.2 Observaciones a la turbina de un Medidor de Agua
Francisco Arregui inspeccionó el caudal registrado por la velocidad de giro de la turbina de un Medidor de agua del tipo Chorro Único, desde el reposo, hacia una velocidad de giro estable y, luego, desde dicha velocidad de giro estable hacia el reposo. Sus observaciones fueron las siguientes2: (i) el tiempo que tarda la turbina cuando se inicia un consumo para pasar desde el reposo a una velocidad de giro estable es prácticamente instantánea; (ii) el tiempo que tarda la turbina (después de que se cierra el consumo de agua) hasta alcanzar el reposo, es apreciable; y (iii) el volumen de agua registrado por los Medidores de agua inspeccionados, durante el tiempo que tarda la turbina en detenerse (después del cierre del consumo) fluctúa entre 0.07 litros y 0.08 litros.
1.2 PROBLEMÁTICA
De acuerdo con los antecedentes, es probable que la duración del flujo que atraviesa ciertos medidores de agua condicione los Errores Relativos o de Indicación. Sin embargo, no se ha hallado investigaciones que se orienten a estudiar en particular la explicación de la relación entre la duración del flujo y la generación de errores.
En cuanto a la especificación del problema, bajo el presente numeral se analiza las características de los Flujos de Uso y los Flujos de Ensayo para estimar Errores Relativos, con el fin de mostrar y sustentar la diferencia entre estos. Se concluye con observaciones halladas en la bibliografía sobre la relación entre la duración del flujo que traviesa un Medidor de agua y la generación de errores.
2 Cf. Arregui, Francisco. Propuesta de una metodología para el análisis y gestión del parque de contadores de agua en un abastecimiento. p. 33 del Cap. 2.
En los tipos de Medidores de agua usados, el Flujo de Uso y el Flujo de Ensayo para estimar Errores Relativos difieren en su duración.
1.2.1 Diferencias entre tipos de descargas
Los medidores de agua, usados para estimar el consumo de agua en predios, son sometidos a descargas con determinadas características que no coinciden con las características de las descargas establecidas en ensayos normados para determinar Errores Relativos de Indicación.
Los flujos de uso son los flujos que atraviesan los medidores durante su operación, es decir, son los flujos en las conexiones domiciliarias que ocurren por el consumo de agua en los predios. Mientras tanto, los flujos en ensayos son los flujos que son aplicados a los medidores de agua, de acuerdo a normas establecidas para determinar errores de medición.
En los siguientes numerales (1.2.1.1 y 1.2.1.2) se muestra las características de los flujos por el consumo predial, y en el numeral 1.2.1.3 se muestra las características de los flujos en ensayos para determinar Errores de Indicación.
1.2.1.1 Descargas de consumo de agua en los aparatos sanitarios
En este numeral se exponen los parámetros (duración del flujo y caudal) y sus valores correspondientes, con los que se caracterizó el flujo de agua en aparatos sanitarios según consideraciones de tres investigaciones (a, b, y c):
(a) Marina S. de Oliveira Ilha, Lúcia Helena de Oliveira, y Orestes M. Gonçalves aplicaron una Función de Distribución Gamma para la estimación del caudal probable de consumo de agua en departamentos; para lo cual, adoptan las condiciones de uso expresadas en la tabla 1; los valores registrados en la tabla fueron producto de la experiencia de los autores citados y estudios de medición3.
3 Cf. Ilha, Marina, et al. Sistemas de medição individualizada de água: como determinar as vazões de projeto para a especificação dos hidrómetros? p. 182
Tabla 1: Valores de duración de descargas y de caudal en los aparatos sanitarios Aparato sanitario Duración de descarga (s) Gasto (l/s)
Mín. Más probable Máx. Mín. Más probable Máx.
Lavatorio 15 25 30 0.05 0.07 0.10
Retrete 45 68 85 0.08 0.10 0.15
Ducha 300 480 900 0.05 0.09 0.12
Lavadero de cocina 15 30 60 0.10 0.12 0.20
Máquina para lavar ropa 480 720 960 0.10 0.13 0.19
Lavadero de Ropa 20 30 40 0.10 0.15 0.20
Tabla 1. Adaptado de: Ilha, M., et al. Sistemas de medição individualizada de água: como determinar as vazões de projeto para a especificação dos hidrómetros? p. 183.
(b) D. Barreto cita un estudio realizado en oficinas del IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas de Brasil), en el que se midieron 14 tomas de agua de aparatos sanitarios, la tabla 2 muestra los resultados encontrados4.
Tabla 2: Resumen de resultados de medición del consumo en aparatos sanitarios Aparato Sanitario Duración de
consumo (s)
Intervalo entre usos (min)
Volumen promedio (l)
Caudal promedio (l/s)
Retrete con fluxómetro 5.9 21.9 7.19 1.57
Retrete con tanque 187.0 21.7 8.85 0.06
Lavatorio 11.1 18.2 1.02 0.06
Lavadero de cocina 6.1 2.7 1.07 0.12
Lavadero de ropa 25.5 6.3 5.4 0.19
Lavadero de servicio 4.2 6.3 0.57 0.07
Tabla 2. Adaptado de: Barreto, D. Perfil do consumo residencial e usos finais da agua. p. 26.
D. Barreto, mediante el mismo documento, refiere otro estudio5 que concierne a mediciones realizadas en las instalaciones de la Compañía de Saneamiento Básico del Estado de São Paulo (SABESP), a mediados de los años noventa.
Los resultados se muestran en la tabla 3.
Tabla 3: Valores medios resultantes para cuatro campañas de medición Aparato Sanitario Duración de uso
(s)
Intervalo entre usos (min)
Volumen (l)
Caudal (l/s)
Retrete con fluxómetro 6.15 35.66 7.90 1.24
Retrete con tanque 78.32 56.77 5.87 0.06
Lavatorio 20.40 23.17 1.38 0.08
Caño, accionamiento hidromecánico 8.86 9.24 0.72 0.07
Caño, accionamiento fotoeléctrico 3.93 10.63 0.42 0.05 Tabla 3. Adaptado de: Barreto, D. Perfil do consumo residencial e usos finais da agua. p. 27.
(c) M. Blokker recopiló numerosos datos estadísticos de diferentes fuentes (principalmente de EE. UU.), que le permitió elaborar una tabla con duración,
4 Cf. Barreto, Douglas. Perfil do consumo residencial e usos finais da agua. p. 25.
5 Cf. Barreto, Douglas. loc. cit.
caudal y frecuencia de usos de agua, en residencias domiciliarias6. La tabla 4 es, con adaptaciones, la tabla que publicó Blokker.
Tabla 4: Frecuencia, duración e intensidad de uso de los aparatos sanitarios en residencias domiciliarias
Aparato Uso final Frecuencia (1/día) Promedio
Duración Promedio
Caudal (l/s) Promedio
Bañera 0.13 10 min 0.200
Lavatorio Lavado y afeitado
4.10 40 s
0.08
Cepillado de dientes 15 s
Grifo de cocina
Consumo
12.7
15 s 0.083
Platos 45 s 0.125
Lavado de manos 13 s 0.083
Ducha 0.7 8.5 min 0.139
Retrete 5.05 1.8 min 0.125
Tabla 4. Adaptado de: Blokker, Mirjam. Stochastic water demand modelling for a better understanding of hydraulics in water distribution networks. p. 79.
En consecuencia, al observar los registros de duración y caudal de los flujos presentes en los aparatos sanitarios (tablas 1, 2, 3, y 4), está dado que es posible que se desarrolle flujos de duración corta, estimable en escala de segundos, hasta flujos estimables a escala de minutos. Representados en un hidrograma (tiempo y caudal), quedarían representados en forma de pulsos.
1.2.1.2 Descargas de consumo de agua en las conexiones domiciliarias Las siguientes tablas (5, 6 y 7) corresponden a datos registrados por Tzachcov y otros. Los registros presentados son mediciones a tres hogares de diferente nivel social y económico7 en los que se «registró el consumo de agua con resolución temporal de un segundo»8.
Las mediciones se ejecutaron en las conexiones domiciliarias de agua de las viviendas9. En cuanto a las referidas viviendas, se encuentran abastecidas durante las 24 horas del día; ninguna de las viviendas en ese estudio tiene
6 Cf. Mirjam Blokker. Stochastic water demand modelling for a better understanding of hydraulics in water distribution networks. p. 78.
7 Tzatchcov, V., et al. Medición y caracterización estocástica de la demanda instantánea de agua potable. p. 67
8 Ibíd.
9 Cf. Tzatchcov, V., et al. óp. cit. p. 69.
depósitos de agua potable10; y, asimismo, la cantidad de habitantes en los domicilios P1, P2, y P3 son dos, cinco, y tres personas, respectivamente11. Tzachcov et al., mediante las mediciones realizadas, advierten que «la demanda real de agua potable en un domicilio se presenta con pulsos instantáneos de consumo, generalmente de poca duración, seguidos por periodos prolongados sin consumo»12.
Tabla 5: Parámetros estadísticos del volumen de los pulsos de consumo Domicilio Promedio (litro:
l) Mínimo (l) Máximo (l) Desviación estándar (l) Varianza (l2)
P1 1.94 0.018 213.60 7.05 49.78
P2 1.19 0.018 80.86 4.33 18.72
P3 1.33 0.018 123.90 4.42 19.55
Tabla 5. Fuente: Tzatchcov, V., et al. Medición y caracterización estocástica de la demanda instantánea de agua potable. p. 74.
Tabla 6: Parámetros estadísticos para la intensidad de los pulsos de consumo Domicilio Promedio
(litro/minuto: l/min)
Mínimo (l/min)
Máximo (l/min)
Desviación estándar (l/min)
Varianza (l2/min2)
P1 4.40 1.08 18.36 2.56 6.54
P2 4.04 1.08 37.44 3.29 10.80
P3 5.57 1.08 17.43 3.56 12.67
Tabla 6. Fuente: Tzatchcov, Velitchko, et al. Medición y caracterización estocástica de la demanda instantánea de agua potable. p. 74.
Tabla 7: Parámetros estadísticos para la duración de los pulsos de consumo Domicilio Promedio
(segundo: s) Mínimo (s) Máximo (s) Desviación estándar
(s) Varianza (s2)
P1 21.22 1 3086 74.16 5500
P2 12.23 1 1148 36.27 1316
P3 12.38 1 993 33.97 1154
Tabla 7. Fuente: Tzatchcov, Velitchko, et al. Medición y caracterización estocástica de la demanda instantánea de agua potable. p. 75.
Según las estimaciones reproducidas en las tablas 5, 6, y 7, se observa que en una conexión domiciliaria (de manera similar que en los estimados para los aparatos sanitarios) aparecen regularmente flujos de duración con escala de segundos y minutos.
10 Cf. Tzatchcov, V., et al. óp. cit. p. 71.
11 Cf. Ibíd.
12 Cf. Ibíd.
Asimismo, se puede deducir que los flujos en la conexión domiciliar de una vivienda (sin almacenamiento de agua en sus instalaciones sanitarias), al abastecer a un conjunto de aparatos sanitarios, equivale a los mismos pulsos generados por los aparatos sanitarios, y ocasionalmente, superpuestos si su uso es smultaneo. Es decir, en un hidrograma, los flujos pueden representarse como una serie de pulsos y superposición de pulsos.
1.2.1.3 Descargas para determinar los errores de indicación
En referencia con las exigencias al ensayo de Error de Indicación, exigidos por la Norma Metrológica Peruana NMP 005-2:2018 y el «Procedimiento para la verificación inicial de medidores de agua con diámetro nominal de 15mm a 25 mm» (PV003), sostiene que, para la verificación inicial de los Medidores de agua, deberán ser los siguientes volúmenes mínimos de ensayo (tabla 8) los que permitirán probar los errores máximos permisibles.
Tabla 8: Volúmenes mínimos para verificación inicial de medidores de 15 mm a 25 mm Caudal División de escala del
medidor de agua (l)
Volumen nominal mínimo
(L) EMP (%)
Entre 0.9*Q3 y Q3 0.02 100
0.05 100 2.0
Entre Q2 y 1.1*Q2 0.02 5
0.05 10 2.0
Entre Q1 y 1.1*Q1 0.02 2
0.05 5 5.0
Tabla 8. Fuente: INACAL. PV-003 Procedimiento para la verificación inicial de medidores de agua con diámetro nominal de 15mm a 25 mm. p. 12. (Adaptación).
Aquí: Q3 es el caudal permanente; Q2, caudal de transición; Q1, caudal mínimo;
y EMP, Error Máximo Permitido.
La tabla 8 indica caudales y sus respectivos volúmenes de ensayo para determinar los correspondientes Errores de Indicación. Por consecuencia, dado caudal y volumen, se deduce un tiempo de descarga del flujo para el ensayo. En particular, siguiendo la tabla 8, si se trata de un Medidor de Agua con Q3 = 2500 litros/hora se deberá hacer pasar un volumen total de 100 litros; para completar dicho volumen el paso del flujo demandará un tiempo de 2 minutos con 24 segundos. De ese modo, la tabla 9 resume los tiempos necesarios que demandará los flujos de paso, en un ensayo para un Medidor de Agua con Q3=2.5 m3/h, Q1=25 l/h, Q2=40 l/h, y división de escala 0.02 L.
Tabla 9: Duración mínima de descarga para verificación inicial (mediante el PV 003), con Q3=2.5 m^3/h y división de escala 0.02 L
Caudal Duración mínima de descarga Error Máximo Permisible (%)
Q3 144 s 2.0
Q2 450 s 2.0
Q1 288 s 5.0
Tabla 9. Fuente: Elaboración propia.
1.2.2 Errores de indicación y la duración de descargas
Si se realiza un ensayo para determinar errores de indicación con el método de recolección13, partiendo de un medidor de agua en reposo instalado en un banco de prueba, existen dos observaciones y una sugerencia en relación a la duración del flujo, expresadas en la Norma Metrológica Peruana NMP 005-2:2018.
La primera observación se refiere a los efectos de la inercia de las partes móviles del medidor de agua y del movimiento rotacional del agua en los errores de indicación: «la combinación de la inercia de las partes móviles del medidor y el movimiento rotacional del agua dentro del medidor puede causar un error apreciable que debe tomarse en cuenta en determinados tipos de medidor y para determinados caudales de ensayo»14.
La segunda observación advierte que (en relación a la primera): «en este caso, no ha sido posible determinar una regla empírica simple que establezca las condiciones de modo que este error pueda ser siempre despreciable»15.
En ese sentido, la sugerencia expresada en la Norma Metrológica Peruana NMP 005-2:2018, (como consecuencia de las dos observaciones antes citadas) para hacer despreciable los errores de indicación, se formula así: «incrementar el volumen y la duración del ensayo»16.
Considerando que el Medidor de agua del tipo Chorro Múltiple se encuentra bajo el campo de aplicación de la Norma Metrológica Peruana NMP 005:2018; se puede concluir, de estas dos observaciones y sugerencia citadas, que es posible que los Medidores de agua del tipo Chorro Múltiple se encuentra en los tipos de medidor en los que la duración del flujo altera los errores de indicación. En ese
13 Cf. Infra. sección 2.6
14 INACAL. NMP 005-2:2018. Sección 7.4.2.2.5.2.
15 Ibíd.
16 Ibíd.
sentido, el presente trabajo de investigación busca aportar en el estudio de la relación entre duración de flujo y errores de indicación; dado que (como se vio en la sección 1.2.1 del presente trabajo) la diferencia entre el flujo de uso, y el flujo de los ensayos para determinar errores de indicación, es la duración.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Analizar la relación entre el Error de Indicación y la Duración de Descarga de agua que pasa por el Medidor de Agua tipo Chorro Múltiple.
Precisión: el Objetivo general se formula en el contexto de la Problemática (expuesto en la sección 1.2). En la Problemática se considera que entre el Medidor de Agua instalado en una conexión domiciliaria y los aparatos sanitarios no hay estructura de almacenamiento.
1.3.2 Objetivos específicos
(i) Desarrollar un arreglo de dispositivos y aparatos que permitan estimar la variación del Error de Indicación de un Medidor de agua del tipo Chorro Múltiple, conforme se controle la duración de la descarga.
(ii) Investigar las fuerzas que interactúan entre el rotor de un Medidor de agua del tipo Chorro Múltiple, y el flujo que acompaña su movimiento.
(iii) Registrar y analizar los datos obtenidos mediante los ensayos a un Medidor de agua tipo Chorro Múltiple, de la presente investigación.
1.4 HIPÓTESIS
1.4.1 Hipótesis general
El Error de Indicación resulta positivo y se incrementa conforme disminuye la duración de la descarga que atraviesa un Medidor de Agua de tipo Chorro Múltiple.
1.4.2 Hipótesis específicas
(i) Descargas de poca duración son capaces de generar Errores de Indicación positivos excesivos en los Medidores de agua de Chorro Múltiple, pese a que el caudal desarrollado se encuentra dentro del intervalo del alcance de caudal.
(ii) La Curva de Error de los Medidores de agua debe ser interpretada considerando la duración de las descargas que permitieron estimar los Errores de Indicación.
2 FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1 MEDICIÓN E INSTRUMENTO DE MEDICIÓN 2.1.1 Medición
2.1.1.1 Variable Física
Una Variable Física es una propiedad de la materia sujeta a cantidad o gradualidad17.
2.1.1.2 Medición
La Medición es «una técnica»18, mediante la cual se «asigna un valor específico a una variable física»19.
2.1.1.3 Unidad de Medida
Una Unidad de Medida es una determinada cantidad de Variable Física20, que se establece como referencia para llevar a cabo una medición21. Así, por ejemplo, la unidad de medida kilogramo está asociada a la masa.
2.1.2 Instrumento de Medición 2.1.2.1 Principio de Medición
El principio de medición es el efecto aprovechable de una Variable Física para su medición; por ejemplo, la medición de la temperatura por la dilatación térmica en cuerpos22.
2.1.2.2 Instrumento de Medición
Instrumento de Medición es el dispositivo usado para efectuar una medición23; mediante el dispositivo se aprovecha el Principio de Medición.
17 Cf. R. Figliola y D. Beasley. Mediciones Mecánicas. Teoría y diseño, p. 2.
18 M. Alonso y E. J. Finn, Física, Vol. I: Mecánica, p. 15.
19 R. Figliola y D. Beasley. Op. cit., p. 2.
20 Cf. Id, p. 25.
21 Cf. Id, p. 25.
22 Cf. INACAL. VIM. p. 33.
2.2 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE MEDIDORES DE AGUA 2.2.1 Definición de un Medidor de Agua
El Medidor de Agua es un Instrumento de Medición destinado a registrar el volumen de agua que ha pasado por él24. El Medidor de agua es, genéricamente, un sistema con tres componentes: dispositivo de medida, transmisión, y registrador, los cuales se observan en la figura 1. El dispositivo de medida (M), es el que, en contacto con el flujo, produce un movimiento cíclico25. La transmisión (T), traslada el movimiento generado en el dispositivo de medida26 (la transmisión consiste en engranajes o similar, capaz de conducir movimientos cíclicos hacia el registrador). Y el registrador (R), lleva la cuenta del volumen que ha pasado; reacciona a las señales mecánicas generadas en el dispositivo de medida, que llegan a través de la transmisión27.
Figura 1: Componentes genéricos de un Medidor de agua
Figura 1. Fuente: Gómez, Bernardo. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p. 85.
23 Cf. INACAL. VIM. p. 56.
24 Cf. INACAL. NMP 005-1:2018. p. 2.
25 Cf. Gómez, Bernardo. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p. 84.
26 Cf. ibíd.
27 Cf. ibíd.
2.2.2 Clasificación de los Medidores de Agua
Los Medidores de agua, de acuerdo a su principio de medida, se agrupan en Volumétricos y De Velocidad; en los Volumétricos se halla los siguientes tipos:
Disco Nutativo, Pistón Oscilante, Pistón Alternativo, y Pistón Rotativo; dentro de los de velocidad, se halla: Chorro Único, Chorro Múltiple, Woltmann, y De Hélice28. El principio de medición de los Medidores de agua volumétricos se basa en la ocupación y desocupación de cavidades con paredes móviles. Los De Velocidad, se basan en el movimiento de una turbina por acción de la fuerza de impacto del flujo. La clasificación se resume en tabla 10:
Tabla 10: Clasificación de los tipos de Medidores de agua
Aparato Conjunto Tipo
Medidor de agua
Volumétrico
Disco Nutativo Pistón Oscilante Pistón Alternativo Pistón Rotativo
De Velocidad
Chorro Único Chorro Múltiple Woltmann De Hélice
Tabla 10. Fuente: B. Gómez. Medidores de agua domiciliarios. Principios de funcionamiento y tipos de funcionamiento. En CEPIS-DTIAPA. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. pp. 83-148.
2.3 UBICACIÓN Y SELECCIÓN DE MEDIDORES DE AGUA 2.3.1 Ubicación típica
Asimismo, los Medidores de Agua en operación tienen una ubicación habitual.
De acuerdo con la Figura 2, se ubican entre la red de agua potable de uso público y el límite predial.
28 Cf. B. Gómez. Medidores de agua domiciliarios. Principios de funcionamiento y tipos de funcionamiento. En CEPIS DTIAPA. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. pp. 83-148.
Figura 2: Ubicación de los medidores de agua
Figura 2: Elaboración propia. Adaptado de: SEDAPAL. Especificación CTPS-ET-005. p. 8 de 12 (anexo 1).
De esta manera, los Medidores de Agua registran el volumen de agua que ingresa a un domicilio u de otro tipo.
2.3.2 Criterios de selección
En diversas publicaciones, vinculadas al abastecimiento de agua potable, se han expresado múltiples criterios de selección de Medidores de Agua. Esos criterios se exponen a continuación.
La tabla 11 muestra el criterio recomendado mediante la Especificación GC-ET- 001-2014.06.06 del Servicio de Agua Potable y Alcantarillado de Lima S.A.
(SEDAPAL), para determinar el tipo de medidor de agua.
Tabla 11: Criterios de selección Diámetro
(mm)
Consumo por mes (m^3/mes) Medidor Propuesto
Mínimo Máximo Tipo Q3 (m^3/h) R (Q3/Q1)
15 0 20 Chorro Único 2.5 125
15 21 50 Chorro Múltiple 2.5 100
15 51 120 Volumétrico 2.5 160
15 51 180 Electromagnético 2.5 160
20 121 180 Chorro Único 4.0 160
20 121 180 Chorro Múltiple 4.0 160
20 181 270 Volumétrico 4.0 160
25 271 350 Chorro Único 6.3 160
25 271 350 Chorro Múltiple 6.3 160
25 351 420 Volumétrico 6.3 160
25 421 600 Electromagnético 6.3 160
40 421 600 Chorro Único 16.0 160
50 601 900 Chorro Único 25.0 160
50 901 9000 Woltmann 25.0 160
80 901 9000 Chorro Único 63.0 160
80 9001 330000 Woltmann 63.0 160
100 23001 120000 Electromagnético 250.0 250
150 100001 más de 100001 Electromagnético 630.0 250 Tabla 11. Fuente: SEDAPAL. Especificación GC-ET-001. p. 12. (Adaptación).
Tal como puede observarse, de acuerdo a la tabla 11, las características del medidor se determinan a partir de dos datos: consumo por mes (m^3/mes) y diámetro de la conexión domiciliaria.
Por otro lado, para el CEPIS, la selección de un Medidor de Agua se determina sobre del flujo que pasará por el Medidor de Agua, en base a «del conocimiento de las características del flujo en la conexión domiciliaria y de la extensión del rango de medición dentro del cual funciona el medidor para patrones aceptables de errores»29. También se afirma: «La regla básica que se busca en la selección del medidor es que se debe obtener un aparato que mida con precisión satisfactoria y en la mayor extensión posible del rango de flujo»30. Es decir, la selección de un Medidor de Agua, para el CEPIS, está sustentando en los valores que pueda asumir el caudal que pase por él.
En forma similar, para C. Palau, la selección de un Medidor de Agua «debe estar basada únicamente en los caudales que circulan por él, es decir en la demanda del usuario»31. C. Palau, considera que el caudal mínimo de consumo deberá ser mayor al caudal transitorio del Medidor de Agua y el caudal de máximo consumo
29 CEPIS. Selección, evaluación y dimensionamiento de medidores domiciliarios de agua. p. 6.
30 Íd. p. 27.
31 Palau, Carmen. Aportaciones a la gestión de los sistemas de medición de caudal en redes de distribución de agua a presión. p. 190.
inferior al caudal máximo del Medidor de Agua32; es decir, los caudales de consumo que pasen por el medidor deberán estar dentro del intervalo de caudales donde la exactitud del Medidor de Agua sea mejor. Para estimar el caudal de máximo y mínimo consumo, C. Palau, propone realizar mediciones de caudales instantáneos en las conexiones domiciliarias de las edificaciones, por periodos prolongados de tiempo, incluso en distintas estaciones del año33.
En el mismo sentido, en el artículo "Bemessung, Einbau und Betrieb von Wasserzählern", se sugiere que, para seleccionar un Medidor de Agua, se requiere estimar la frecuencia de los caudales que pasarán por el Medidor de Agua. El valor más frecuente de caudal se deberá situar entre el caudal nominal y caudal transitorio del Medidor de Agua34; es decir, dentro del intervalo de caudales donde la exactitud del Medidor de Agua es mejor. Asimismo, se advierte que existe la posibilidad que se presenten caudales por debajo del caudal mínimo y por encima del caudal máximo, pero el criterio de selección propone tratar de reducir al máximo esa probabilidad35.
La Agencia Alemana de Cooperación Técnica (GTZ, por sus siglas en alemán), presentó una publicación que expone experimentos que tienen como objetivo determinar qué mecanismo (chorro único o chorro múltiple) de Medidor de Agua es el indicado para determinadas condiciones. Las condiciones son: volumen mensual de consumo, presión y horas de abastecimiento en la red pública de agua potable. La superioridad del mecanismo se presenta como: primero, aquel que contabilice mayor volumen36, y segundo, si luego del periodo de uso, se verifica que no se perjudicó sus propiedades metrológicas37. Como conclusión se llegó a que, para consumos hasta 10 m3/mes, un Medidor de Agua de caudal nominal 1.5 m3/h que sea de chorro único o múltiple da los mismos resultados38. Finalmente, se considera el siguiente criterio para la selección del diámetro de un Medidor de Agua: dado que «las tuberías de conexión deben tener un
32 Cf. íd. p. 190
33 Cf. íd. p. 194.
34 Cf. Büschel, Klaus. Bemessung, einbau und betrieb von wasserzählern. p. 64.
35 Cf. ibíd.
36 Cf. GTZ, Metodología de Evaluación de Medidores y su Aplicación en Diversas Condiciones Operativas y de Consumo. p. 64. Conclusión i).
37 Cf. id. p. 65. Conclusión k).
38 Cf. id. pp. 64 y 66. Conclusión g) y cuadro de resultados.
diámetro interno que se ajuste a la conexión pertinente del medidor»39, se puede deducir que un Medidor de Agua debe presentar un diámetro lo más cercano posible a las tuberías que están conectadas a él.
2.4 ESTADÍSTICAS DE MEDIDORES DE AGUA
En SEDAPAL, las conexiones (al año 2013) para fines domésticos y comerciales representan el 93.1% y 5.2% respectivamente del total40. Del total de las conexiones, las que cuentan con Medidor de Agua son el 82.1%41. Asimismo, los Medidores de Agua instalados para fines domésticos y/o comerciales, de acuerdo con el diámetro, se distribuyen de la siguiente manera: 90.63% de 15 mm, 8.17% de 20 mm, 0.94% de 25 mm, y 0.25 % mayores a 25 mm42. Así, del total de Medidores de Agua instalados, los del tipo Chorro Único representan el 63.1 %; los del tipo Chorro Múltiple, 36.1%; los del tipo Volumétricos, 0.6%; y otros, 0.2%43.
Por otro lado, mediante la tabla 12, se muestra la proporción de los tipos de Medidores de agua instalados en seis (de un total de 50) empresas prestadoras de servicios de saneamiento del Perú. Como se aprecia, los del tipo Chorro único y Chorro Múltiple son los de instalación más frecuente.
39 INACAL. NMP 005-1:2018. p. 22. (Sección 7.4.2.2.4.2 parte b).
40 Vega, Miguel. Gestión de micromedición en SEDAPAL. 10ª diapositiva. Expuesta en el Taller de Gestión de la micromedición en las EPS. Lima 22 de noviembre de 2013. En la exposición se indicó que son 1’400,900 aproximadamente la cantidad total de conexiones domiciliarias bajo responsabilidad de SEDAPAL.
41 Id. 2ª diapositiva.
42 Id. 4ª diapositiva.
43 Id. 6ª diapositiva.
Tabla 12: Tipos de Medidores de agua Instalados en algunas Empresas Prestadoras de Servicios de Saneamiento en Perú
Empresa Prestadora de Servicios de Saneamiento
Chorro Único (Unid.)
Chorro Múltiple (Unid.)
Volumétrico u otros (Unid.)
Total instalados (Unid.)
EMPSSAPAL S.A. 6465 2595 0 9060
EMUSAP ABANCAY 218 9370 75 9663
SEDA HUANUCO S.A. 33884 132 36 34052
EPS CHAVIN S.A. 17346 1790 16 19152
SEDACAJ S.A. 18261 14102 2 32365
EPS SEDALORETO S.A. 36186 1572 0 37758
Total 112360 29561 129 142050
Total porcentual 79.1% 20.8% 0.1% 100%
Tabla 12. Fuente: Hidrantal. Consultoría para verificar el desempeño, mantenimiento y renovación del parque de medidores de SEDAPAL, segundo informe. p. 4. (Adaptación).
2.5 ERROR DE MEDICIÓN EN LOS MEDIDORES DE AGUA 2.5.1 Volumen Real
Volumen Real es el Volumen de agua que pasa por el medidor44. 2.5.2 Volumen Indicado
Volumen Indicado es el volumen marcado en el medidor por consecuencia del volumen real45.
2.5.3 Error Relativo de Indicación
El Error Relativo de Indicación (𝜀) es la diferencia del incremento del volumen indicado (Vi) menos el incremento del volumen real (Va), dividido entre Va, y se expresa como porcentaje46. Se halla mediante la siguiente ecuación:
ε=Vi-Va Va 100%
De acuerdo a la norma NMP 005-1 2018, el Error de Indicación se calcula y se expresa de manera igual al Error Relativo de Indicación; esto puede verificarse en las secciones 3.2.4 y 4.2.6 de la mencionada norma.
44 Cf. INACAL. NMP 005-1 2018, sección 3.2.1.
45 Cf. Id. Sección 3.2.2.
46 Cf. INACAL, PV 003 Procedimiento para la verificación de medidores de agua con diámetro nominal de 15mm a 25 mm en laboratorio, pp. 12-13. Véase también: INACAL.
NMP 005-1 2018, sección 3.2.4 y sección 4.2.6.
2.5.4 Curva de Errores
La representación gráfica de los pares «Caudal» y «Error de Indicación», se le conoce como Curva de Errores. Para medidores del tipo velocidad, la representación gráfica es similar a la figura 3.
Figura 3: Curva de Errores
Figura 3. Fuente: Gómez, B. Curvas características de los medidores. En CEPIS DTIAPA.
Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p. 150.
En referencia a la figura 3, el caudal (o gasto, en la figura) capaz de accionar el medidor de agua es el que se simboliza con la letra A. El caudal A, presenta elevados errores de indicación negativos; caudales menores constituyen el espacio muerto del medidor. Caudales mayores al caudal A, dan como resultado errores cada vez más cercanos a un error relativo cero. El caudal B es el caudal más cercano al caudal A, tal que proporcione un error relativo igual a cero. Para caudales mayores al caudal B, se incrementa el error relativo, hasta el caudal C.
El caudal C es el caudal que genera el mayor error relativo positivo en el Medidor. Luego del caudal C, los siguientes caudales de prueba reportan cada vez menos errores relativos, hasta el caudal de prueba D. El caudal de prueba D reporta un error relativo cero. Para caudales de prueba mayores al de D, los errores relativos se encuentran cerca a cero47.
47 Cf. Gómez, B, Curvas características de los medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p.149.
Mediante la figura 4 se muestra que el Error Máximo Permitido (EMP) es determinado por las regiones que fijan los Caudales de Ensayo Q1, Q2, Q3 y Q4. Al intervalo entre Q1 y Q2 le corresponde un EMP; y entre Q2 y Q4 otro EMP. El EMP y los Caudales de Ensayo se definen a continuación.
Figura 4: Curva de Errores
Figura 4. Fuente: Elaboración propia.
2.5.4.1 Error Máximo Permitido (EMP)
El Error Máximo Permisible (EMP) es el valor extremo permitido para el Error de Relativo de Indicación, para un determinado caudal de funcionamiento48.
2.5.4.2 Caudal Permanente (Q3)
El Caudal Permanente, o “Q3”, o caudal nominal, es el mayor caudal con el cual un Medidor de Agua funciona «dentro de los límites del EMP»49.
2.5.4.3 Caudal Mínimo (Q1)
El Caudal Mínimo, o “Q1”, es el caudal mínimo de funcionamiento, en el cual un Medidor de Agua debe funcionar «dentro de los límites del EMP»50.
48 Cf. INACAL, NMP 005-1:2018, sección 3.2.5.
49 INACAL, NMP 005-1:2018, sección 3.3.2.
2.5.4.4 Caudal de Transición (Q2)
El Caudal de Transición, o “Q2”, es mayor que el Q1 y menor que Q3. Así, se fija dos intervalos (de Q1 a Q2, y de Q2 a Q4): a cada uno de esos intervalos le corresponde un EMP51.
2.5.4.5 Caudal de Sobrecarga (Q4)
El Caudal de Sobrecarga es el caudal máximo de los caudales superiores a Q3, en el cual un Medidor de Agua funciona dentro de los EMP pero brevemente52. 2.5.4.6 Alcance de Caudal
El Alcance de caudal es el Intervalo de Q1 a Q3, incluyendo extremos53. El resultado de dividir Q3 entre Q1 debe coincidir con uno de los números contenidos en la línea R 10 de ISO 354.
Como se sabe, la línea R 10 es una serie numérica. Esa serie numérica constituye una lista de números para ser usada en el diseño industrial. Dicha lista de números se encuentra en la sección 4.1.4 de la NMP 005-1 2018.
2.5.5 Resolución
Resolución es el incremento más pequeño que puede distinguirse en la indicación del Medidor de Agua55.
2.6 MEDIDOR DE AGUA EN OPERACIÓN 2.6.1 Condiciones de Instalación
Entre las condiciones requeridas para la instalación de un Medidor de Agua se requiere: (a) que las instalaciones estén en las condiciones de llenar el Medidor de Agua, (b) que el Medidor esté nivelado, (c) que cuente con suficientes tramos
50 INACAL, NMP 005-1:2018, sección 3.3.5.
51 Cf. INACAL, NMP 005-1:2018, sección 3.3.4.
52 INACAL, NMP 005-1:2018, sección 6.4.
53 Cf. INACAL, NMP 005-1:2018, sección 6.4.
54 Cf. INACAL, NMP 005-1:2018, sección 4.1.4.
55 R. Figliola y D. Beasley, Mediciones Mecánicas, Teoría y diseño, p. 17.
rectos según las especificaciones del fabricante, y (d) que en algunos casos se cuente con filtros56.
2.6.2 Condiciones de Funcionamiento
Fundamentalmente, las variables físicas que deben considerarse para no alterar el funcionamiento del Medidor de Agua, son: (a) el caudal que pasa por el medidor, (b) la temperatura del ambiente, (c) la temperatura del agua, y (d) la presión del agua57. Cada una de esas variables físicas cuenta con intervalos en los que un Medidor de Agua funciona correctamente. En el caso del caudal, se espera que un Medidor de Agua funcione correctamente entre Q1 y Q3 incluyendo esos extremos; las otras variables físicas señaladas también están reguladas por normas y determinadas por las especificaciones de cada fabricante58.
2.7 MÉTODO PARA DETERMINAR ERRORES DE INDICACIÓN 2.7.1 Fundamento del Método de Recolección
Fundamento del Método de Recolección: para hallar el error de indicación de un Medidor de Agua, una cierta cantidad de agua se hace pasar por ese Medidor de Agua y se recolecta en uno o más recipientes59. Esa cantidad de agua (mediante algún dispositivo) «se determina volumétricamente o por pesaje»60. La cantidad de agua determinada (mediante el dispositivo), y las indicaciones del volumen dadas por el Medidor de Agua, permiten hallar el error de indicación61.
2.7.2 Procedimiento del método de recolección
Dado un Medidor de Agua instalado con suficientes tramos rectos de tubería con agua a presión sin aire ni fugas, en reposo, el Método de Recolección consiste
56 Cf. INACAL, NMP 005-1:2018, sección 6.3.
57 Cf. INACAL, NMP 005-1:2018, sección 6.4.
58 Cf. Ibíd.
59 Cf. INACAL, NMP 005-2:2018, sección 7.4.2.1.
60 INACAL, NMP 005-2:2018, sección 7.4.2.1.
61 Cf. INACAL, NMP 005-2:2018, sección 7.4.2.1.
en: (i) establecer el flujo «abriendo una Válvula situada aguas abajo»62, y detenerlo «cerrando esa misma Válvula»63; (ii) medir el tiempo «entre el momento del comienzo del movimiento de apertura de la Válvula y el comienzo del movimiento de cierre»64; (iii) recolectar el agua que sale por continuidad de la tubería65.
2.7.3 Condiciones adicionales
Al aplicar al medidor de agua el Método de Recolección se debe cumplir con las Condiciones de Instalación y también con las Condiciones de Funcionamiento66.
2.8 MEDIDOR DE AGUA TIPO CHORRO MÚLTIPLE 2.8.1 Descripción del Funcionamiento
El Medidor de Agua tipo Chorro Múltiple consta de un rotor que, al ser impactado por múltiples chorros de agua (distribuidos uniformemente por su perímetro, como se muestra en la figura 5), gira a una velocidad de rotación que se proyecta como directamente proporcional a la velocidad del flujo que le impacta67.
Figura 5. Chorros sobre un rotor de un Medidor de Chorro Múltiple
Figura 5. Fuente: CEPIS, Subsistemas de medición, catastro, facturación y cobranza, p. 28.
62 INACAL, PV-003. p. 12.
63 Ibíd.
64 Ibíd.
65 Cf. INACAL, PV-003. p. 12.
66 Supra, sección 2.6.1 y 2.6.2.
67 La proporción directa entre velocidad de rotación y velocidad de flujo se aproxima para cierto intervalo de velocidad de flujo, según diseño del Medidor de Agua (Cf. patente ES- 0045274. Autor: Thió Rodés, Luis. Un medidor de velocidad para agua. p. 4). Asimismo, la proporción directa se aproxima para caudales constantes, y no en flujos transitorios (Cf. Sollman. Banc’s d’essai pour compteurs d’eau. IWSA congress 1976, p. S-16).
2.8.2 Despiece
Un Medidor de Agua del tipo Chorro Múltiple está constituido (figura 6) por: (i) una Carcasa; (ii) una Cámara, con orificios de ingreso y salida (por los orificios el flujo ingresa y sale); (iii) un Rotor (o Paleta en la figura 6) dentro de la cámara (sostenido por un pivot); (iv) la Transmisión; y (v) un Registrador.
Figura 6. Despiece de un Medidor de Agua del tipo Chorro Múltiple
Figura 6. Fuente: Cavalcanti, Cohelo. Análisis sobre la utilización de un nuevo medidor domiciliario de agua más adecuado a los pequeños consumidores. p. 14.
2.8.2.1 Dispositivo de Medida
El dispositivo de medida es la composición de: (i) la cámara con orificios de entrada y salida distribuidos uniformemente en su perímetro, y (ii) el rotor. Los orificios de entrada se encuentran en la parte inferior de la cámara, mientras que los orificios de salida en la parte superior. La figura 7 muestra la disposición de los orificios en la cámara.
Figura 7. Vista de perfil de las líneas de corriente en un Medidor de Agua del tipo chorro múltiple
Figura 7. Fuente: Gómez, B. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p.
110.
Mediante la figura 8 se representan las líneas de corriente teóricas, confinadas por el dispositivo de medida y orientadas por los orificios de entrada y salida, formadas durante el funcionamiento.
Figura 8. Vista de las líneas de corriente en un Dispositivo de Medida del tipo chorro múltiple
Figura 8. Fuente: Gómez, B. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p.
108.
En referencia a la figura 8, el rotor del dispositivo de medida del Medidor de Agua del tipo chorro múltiple se acciona cuando los múltiples chorros inciden en cada de sus aletas, según esto, se espera que la velocidad periférica del rotor sea igual a la velocidad de los chorros que le impactan68.
2.8.2.2 Transmisión
En cuanto a la transmisión, su objetivo consiste en trasladar el número de giros del dispositivo móvil hacia el registrador. En la actualidad, para los medidores de
68 Cf. patente ES-0333857-A1, de Pueyo Massy, J. Contador Mecánico de agua. p. 2.
agua de velocidad, es común la transmisión magnética69. La transmisión magnética se establece por dos elementos: uno de ellos (P en la Figura 9) sumergido en el fluido, llamado propulsor; el otro (S en la Figura 9) hecho de un material magnético, ubicado en un espacio sin contacto con el fluido. Las fuerzas y sus pares correspondientes, en un Medidor de Agua, son representados mediante la figura 9.
Figura 9. Fuerzas presentes en la transmisión
Figura 9. Fuente: Gómez, B. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p.
125.
Vale advertir que el torque M, generado por la corriente del fluido sobre la turbina, y R, el par de resistencia del registrador, deberán ser inferiores al par I, donde I es el par máximo que hace no resbalar a los imanes70.
69 Cf. Gómez, B. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua.
p. 121.
70 Cf. Gómez, B. Medidores de agua domiciliarios, principios de funcionamiento y tipos de medidores. En CEPIS. Manual sobre evaluación de medidores domiciliarios de agua. p. 123.
