Aforo de Sólidos

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.

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 (Q l) 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.

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.

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

generalmente

seco

por

está

sales

formado 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:

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