1 Anuario 2005 IMTA.indb - Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
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1. E E B on Equipo P i f l 4 AR AE Y ES Referencia A E i 2 2 E A ud i i i f H Pa F par de i 1 A y dea PE ES INSI Y Y 2 0 Hd zi 1 8 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 3127 128 129 130 Tiempo dias ilustraci n 11 Comparaci n entre el tirante medido por el equipo y el tirante de referencia durante el paso de una lluvia peque a septiembre de 2005 31 ANUARIO IMTA 2005 1000 100 Gasto m3 5 10 56 64 112 140 168 280 308 3316 364 196 224 252 Tiempo dias Ilustraci n 12 Comparaci n entre el gasto estimado por el equipo desde el 6 de junio 2005 a las 17 00 y el gasto de referencia datos de aforo de la Conagua El valo indica un periodo donde no fue posible estimar el gasto paso del hurac n Emily con los gastos medidos en forma independiente por el personal de la Conagua ilustraci n 12 aunque que da pendiente analizar en forma exhaustiva las diferen cias entre estos gastos se espera tener m s datos para poder hacerlo Conclusi n Hasta donde sabemos es la primera vez que en el pa s se pone en operaci n un equipo capaz de mo nitorear el gasto de un cauce natural en tiempo real Un an lisis preliminar de los resultados obtenidos en la estaci n hidrom trica Los Aldamas indica que es importante dar mantenimiento al equipo instalado aproximadamente cada cuatro meses sobre todo con el fin de controlar las incrustaciones de sarr2. de la Conagua Las flechas indican cu ndo se tuvo que calibrar el sensor de presi n del equipo En su mayor a 65 de los valores registrados las diferencias entre el tirante registrado por el equi po y el tirante medido con base a la escala marina de la Conagua fueron inferiores a 25 mm lo que es bastante satisfactorio Sin embargo se debe reco nocer que las diferencias alcanzaron a veces los 40 mm tal como se coment en el inciso anterior esta situaci n se debe sobre todo a una descalibraci n del sensor de presi n causada por incrustaciones de sarro Como se puede apreciar en la ilustraci n 10 ave nida grande durante el paso del hurac n Emily y en la ilustraci n 11 avenida peque a causada por las Ilu vias el equipo es capaz de monitorear con una muy buena resoluci n temporal los cambios de tirante en el r o San Juan Esto hace del equipo una herramienta til para enviar alertas en caso de avenida Estimaci n del gasto Un an lisis gr fico de los datos tambi n sugiere que los gastos estimados por el equipo son consistentes Tirante m Tirante m ANUARIO IMTA 2005 Equipo p ol el rl A iesti TETEE e a adan idolo ed SEA y ro Ad y Referencia 4 inaa A 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Tiempo dias ilustraci n 10 Comparaci n entre el tirante medido por el equipo y el tirante de referencia durante el paso del hurac n Emily junio de 2005 26 ETIR Ge
3. n 4 En 2004 se recopilaron los datos de aforo obteni dos en los a os anteriores por la Conagua con el fin de establecer la relaci n tirante gasto a la altura de la estaci n Los Aldamas Tambi n se utilizaron un veloc metro y un perfilador ultras nicos basados en el efecto Doppler para verificar esta relaci n Arroyo Correa et al 2004 Los datos experimentales se ajustaron por medio de un polinomio de octavo grado ilustraci n 5 27 ANUARIO IMTA 2005 Ilustraci n 4 Vertedor natural aguas abajo de la estaci n Los Aldamas Selecci n de un sensor para monitorear el tirante En la actualidad se utilizan com nmente cinco catego r as de sensores para monitorear el tirante en los cuerpos de agua flotadores sensores de presi n sumergibles sensores de presi n con sistema de burbujeo sensores ultras nicos y radar La literatura IOC 1994 ISO 1995 1996 ITRC 1999 sugiere que todos estos pueden usar se para monitorear el tirante con una precisi n mejor que 20 mm Por lo tanto se tuvieron que analizar las venta jas y los inconvenientes de cada uno tabla 1 Finalmen te se propuso utilizar un sensor de presi n sumergible la teor a de operaci n y las condiciones de manejo de este tipo de sensor se describen en Tamari et al 2005 Si bien existen en el mercado equipos de medici n con sensor de presi n sumergible y sistema de adqui E Batan de a EHA ja H 5 HH Aja bra el A C t s d
4. y calibrarlo de nuevo ilustraci n 8 Sensor de presi n con incrustaciones de sarro nota se limpi la parte media del sensor e Paso del hurac n Emily Cuando pas el hurac n Emily el tirante en el r o alcanz valores tan altos que durante tres d as se tuvieron gastos mayores al m ximo gasto que pod a estimar el equipo o sea 580 m s A causa de este evento extraordinario el equipo probable mente subestim el volumen de agua que pas por el r o San Juan en 3 Mm dicha estimaci n se basa en una modelaci n hidrol gica de la relaci n tirante gasto Monitoreo del tirante Durante el a o que sigui a la puesta en operaci n del equipo 6 de junio 2005 el tirante en el r o San Juan 30 super los 6 m en tres ocasiones durante el paso del hurac n Emily 19 de junio 2005 d a N m 44 en la ilustraci n 9 durante un periodo de lluvias fuertes a partir del 14 de octubre 2005 d a N m 130 y duran te un periodo de trasvases programados desde la pre sa Solidaridad El Cuchillo a partir del 22 de febrero 2006 d a N m 261 n ES if a eT i piei 1 f f i n Futi i pia Arriya T ga E A i I hi a l gt i gt s My hn Iita z E G Wu Le r ikki E h a F M mi 41 i ia A A mi A a a Hi Timmpo diss j Ilustraci n 9 Comparaci n entre el tirante medido por el equipo desde el 6 de junio 2005 a las 17 00 y el tirante de referencia datos de aforo
5. Instrumentaci n de la estaci n hidrom trica Los Aldamas Nuevo Le n S Tamari A Aguilar V Mej a A L pez R lvarez y S Ortega Resumen Se presenta el desarrollo de un equipo para conocer en tiempo real el gasto en el r o San Juan a la altura de la es taci n hidrom trica Los Aldamas N L Bas ndose en una relaci n experimental entre el gasto y el tirante en el r o se propuso estimar el gasto por medio de un equipo capaz de medir el tirante Dicho equipo consta de un sensor de presi n sumergible y un sistema de adquisici n de datos Los datos fecha tirante gasto estimado volumen de agua acumulado alertas se despliegan cada minuto en una pantalla ubicada dentro de una caseta de la Comisi n Nacional del Agua Conagua Tambi n son enviados a Internet por medio de una antena satelital cada dos horas El equipo empez a operar en junio del 2005 Se verific durante un a o que sus datos fueron consistentes con los de aforo cl sico realizados por el personal de la Conagua Hasta donde sabemos es la primera vez que en el pa s se pone en operaci n un equipo automatizado para monitorear el gasto en un r o Introducci n Seg n se establece en el art culo 7 de la Ley de Aguas Nacionales Semarnat 2004 es de utilidad p blica la instalaci n de los dispositivos necesarios para medir la cantidad y la calidad de las aguas nacionales En este mbito la Conagua ha realizado varias acciones para mejorar la medici n de
6. a Actualmente es especialista en hidr ulica en la Subcoordinaci n de Obras y Equipos Hidr ulicos Ricardo lvarez Bret n Maestro en Hidr ulica por la UNAM Ocup el cargo de Subcoordinador de Obras y Equipos Hidr ulicos por siete a os Ha coordinado equipos de trabajo dedicados a la evaluaci n de proyec tos Actualmente es especialista en hidr ulica del Instituto Mexicano de Tecnolog a del Agua Sebasti n Ortega Briones Ingenie ro en Electr nica y Comunicaciones Trabaja en la compa a MovilTrack S A de C V
7. ational Organization for Standardiza tion ISO Gen ve 1996 Measurement of liquid flow in open channels Part 1 Establishment and operation of a gauging station ISO 1100 1 1996 E International Organization for Standardization ISO Gen ve 1997 Measurement of liquid flow in open channels General guidelines for selection of method ISO TR 8363 1997 E International Organization for Standardization ISO Gen ve 1998 Measurement of liquid flow in open channels Part 2 Determination of the stage discharge relation ISO 1100 2 1998 E International Organiza tion for Standardization ISO Gen ve Autores Serge Tamari Doctor en Agrono m a Ciencia del Suelo por el Ins tituto Nacional Agron mico de Pa ris Grignon Francia Actualmente es especialista en hidr ulica en la Subcoordinaci n de Obras y Equipos Hidr ulicos Ariosto Aguilar Ch vez Licen ciado en Ingenier a Civil por la Universidad Michoacana de San Nicol s de Hidalgo Maestro y doctor en Ingenier a Hidr ulica por la UNAM Actualmente es Subcoordinador de Obras y Equi pos Hidr ulicos 2004 Hydrometry Measurement of dischar ge by the ultrasonic acoustic method ISO 6416 2004 E International Organization for Standardiza tion ISO Gen ve ITRC 1999 Water level sensor and datalogger testing and demonstration ITRC Report R99 002 Irrigation Training and Research Center ITRC San Luis O
8. bispo California Ruiz V M Navarro J Paredes M Andrade B Anguiano J Delgado F Begovich O iguez J y Ram rez J 2004 Medici n y operaci n remota en el distrito de riego 014 R o Colorado Baja California y Sonora En G mez Balandra M A et al ed Anua rio IMTA 2004 pp 112 120 Semarnat 2004 Decreto por el que se reforman adicionan y derogan diversas de disposiciones de la Ley de Aguas Nacionales Diario Oficial de la Federa ci n Primera Secci n jueves 29 de abril de 2004 Tamari S Aguilar Ch vez A Mej a Astudillo V l varez Bret n R L pez V zquez A Ortega Briones S y D Egremy Gonz lez O 2005 Instrumentaci n de la estaci n de aforo Los Aldamas Manual del usuario Vers 1 2 dicembre de 2005 IMTA MovilTrack Jiu tepec Mor M xico V ctor G Mej a Astudillo Pasante de Ingenier a Industrial por la UAEM reas de investigaci n pruebas de velocidad con sensores ultras nicos de tiempo de tr nsito en tuber as de gran di metro medici n del gasto en cauces naturales con perfiladores ac sticos Actualmente es especia lista en hidr ulica en la Subcoordina ci n de Obras y Equipos Hidr ulicos 33 34 ANUARIO IMTA 2005 Alejandro L pez V zquez Inge niero en Electr nica por el Instituto Tecnol gico de Celaya Maestro en Ciencias Sistemas Digitales por la Universidad de las Am ricas Puebla Becario del Centro Nacional de Me trolog
9. cha y hora ti rante en el r o m gasto estimado m s y volumen de agua totalizado desde el inicio del a o agr cola Mm Cada dos horas se ten a que almacenar los datos re gistrados en una unidad de respaldo y enviarlos por telemetr a hac a un sitio Internet donde se encuentra una base de datos de la Comisi n Nacional del Agua Rango de las mediciones Por un lado resulta que el gasto del r o San Juan es casi nulo cuando el tirante es menor a 1 7 m en la estaci n Los Aldamas Por otro lado el tirante es casi siempre menor a 8 m alcanz excepcionalmente los 16 m durante el paso del hurac n Gilberto Por lo tanto se ten a que consi derar un equipo capaz de medir un tirante entre 1 5 y 10 m y que pudiera soportar un tirante extremo de hasta 15 m e Precisi n de las mediciones Para poder esti mar adecuadamente el gasto a partir de una relaci n tirante gasto es deseable medir el tirante con una precisi n del orden de 10 mm cuando la escala m xima de medici n es de 10 m ISO 1995 e Robustez del equipo Un requisito importante de los equipos de medici n que se instalan en el campo es que sean robustos ISO 1995 Deben ser adecuadamente protegidos contra los agentes de la intemperie humedad luz solar altas tempera turas rayos corrosi n y cualquier otro agente que ponga en riesgo su funcionamiento insectos polvo vandalismo e Suministro de energ a Como no era posible ten der
10. el TA ron i WH A r de E E 7H Fag Wj EEE P lt gt h 4 a 3 i z L T A Ilustraci n 5 Relaci n tirante gasto obtenida con datos hist ricos de aforo para la estaci n Los Aldamas sici n o transmisi n de datos no se encontr ningu no que cumpliera con todos los requisitos espec ficos para Los Aldamas o sea equipo suficientemente pre ciso despliegue de los datos en una pantalla y env o de los mismos a Internet Por lo tanto se opt por se leccionar el sensor de presi n m s adecuado y luego dise ar un sistema de adquisici n de datos En cuanto al sensor de presi n se eligi un sensor manom trico y piezorresistivo que es el modelo PTX 1830 de la marca GE Druck USA porque era una buena alternativa entre costo precisi n y disponibili dad en el pa s Bas ndose en las especificaciones del constructor dicho sensor era a priori capaz de me dir el nivel del agua en un rango de 0 hasta 10 m y con una precisi n de 16 mm mientras se estuviera calibrando cada seis meses y mientras la temperatu Tabla 1 Comparaci n entre sensores de nivel Sensor Inconvenientes para Los Aldamas Flotador e Dif cil de encontrar un encoder cuyo rango de medici n sea mayor a 3 m con encoder e Las partes mec nicas del sensor encoder pueden trabarse Sensor e Se tendr a que instalar el sensor entre dos pilas del puente pero aparecen restos de ultras nico un andamio por debajo c
11. l gasto del agua en obras de toma de las presas pozos agr colas canales de riego y zonas de abastecimiento urbano Arroyo et al 2004 Ruiz et al 2004 Sin embargo cuando se trata de medir el gasto en los cauces naturales del pa s se sigue utilizando la t cnica cl sica que consiste en determinar perfiles de velocidad con un molinete y aplicar el m todo de nominado rea velocidad ISO 1997 Esta soluci n es laboriosa y no permite hacer mediciones en forma continua Hasta donde sabemos en el pa s todav a no se han puesto en operaci n otras alternativas para medir el gasto en cauces naturales En 2004 la Subgerencia de Operaci n de la Ge rencia de Distritos y Unidades de Riego de la Conagua encarg al IMTA un sistema que estime en tiempo real el gasto para poder determinar el volumen de agua acumulado que pasa por la estaci n hidrom trica Los Aldamas Problem tica a atender Importancia de la estaci n Los Aldamas La estaci n hidrom trica Los Aldamas se encuentra en Nuevo Le n sobre el r o San Juan ilustraci n 1 Dicha estaci n ayuda a determinar las principa les aportaciones que ingresan a la presa Marte R G mez El Az car Tiene dos tipos de r gimen de descarga el periodo de lluvias que son aportacio nes de toda la cuenca y el periodo de estiaje que s lo tiene aportaciones de la ciudad de Monterrey y trasvases programados desde la presa Solidaridad El Cuchillo Desde hace varios a
12. o que tien den a formarse sobre el sensor de presi n sumergi ble Bajo esta condici n el equipo parece ser capaz de monitorear adecuadamente el tirante y el gasto en el r o San Juan 32 Todav a falta analizar en forma exhaustiva las dife rencias entre los datos registrados por el equipo y los datos de aforo cl sico obtenidos por la Conagua Tam bi n ser a interesante investigar el siguiente punto con que resoluci n temporal se debe monitorear el gasto para poder estimar adecuadamente el volumen acumulado de agua que pasa por el r o San Juan Agradecimientos Los datos de aforo que sirvieron de referencia para evaluar el equipo instalado en Los Aldamas fueron ob tenidos por Roel Palomares Quintanilla Conagua Bibliograf a Arroyo Correa V M Aguilar Ch vez A lvarez Bret n R A Bonola Alonso G mez Lugo L L pez V zquez A Mej a Astudillo V G Mill n Barrera C Pe ANUARIO IMTA 2005 droza Gonz lez E y Santana Sep lveda S 2004 Me joramiento de la medici n en presas de almacenamiento y pozos agr colas Informe Final del Proyecto HC 0411 IMTA SEMARNAT Jiutepec Mor M xico 130 p IOC 1994 Manual on sea level measurement and interpretation Vol Il Emerging technologies UNES CO Manuals and Guides no 14 Intergovernmental Oceanographic Commission IOC UNESCO ISO 1995 Measurement of liquid flow in open channels Water level measuring devices ISO 4373 1995 E Intern
13. os el personal de la Cona gua utiliza molinetes para estimar el gasto del r o San 25 ANUARIO IMTA 2005 Juan a la altura de la estaci n Los Aldamas Tambi n utiliza una escala marina ubicada en la pila de un puente de ferrocarril para medir el tirante en el r o Fogaa Llano R mar Monterrey Riis sed pete Ilustraci n 1 Croquis de ubicaci n de la estaci n hidrom trica Los Aldamas Selecci n de un m todo para monitorear el gasto Se contemplaron tres alternativas para instrumentar la estaci n Los Aldamas e Instalar un aforador de garganta en el cauce del r o Se descart esta primera alternativa ISO 1997 porque se tendr a que hacer una gran inversi n Sensor de presi n a Elocironica Radio m dem Equipo en el puente Monitorear el flujo en el cauce del r o Esta segun da alternativa est basada en el m todo rea velocidad ISO 1997 Requiere instalar en el cauce del r o un me didor autom tico de flujo como son los medidores que utilizan sensores ultras nicos de tiempo de tr nsito ISO 2004 o sensores basados en el efecto Doppler Sin em bargo la secci n de aforo de la estaci n Los Aldamas no es muy adecuada para la instalaci n de estos medido res porque es bastante irregular ISO 1997 Monitorear el tirante en el r o San Juan Esta ter cera alternativa se basa en el m todo denominado tiran te gasto ISO 1996 1998 el cual requiere tener
14. s del equipo tienen una autonom a de al me nos cinco d as En la pila del puente de ferrocarril se tiene un tablero con componentes electr nicos terminal remo ta con convertidor anal gico digital de 16 bits y radio m dem y una escala peque a para poder calibrar f cilmente el sensor de presi n en sitio Dicho tablero est protegido por un blindaje de acero Ilustraci n 6 Colocaci n del equipo de medici n sobre la pila de un puente de ferrocarril En la caseta de la Conagua se tiene un gabi nete con componentes electr nicos terminal maes tra con m dem satelital memoria no vol til y pan talla El sistema de adquisici n de datos procesa la informaci n b sica o sea determina el nivel del agua estima el gasto y calcula el volumen acumula do Asimismo es capaz detectar ciertos problemas tirante alto en el r o nivel de las bater as bajas tem peratura alta en los gabinetes del equipo y enviar la alerta correspondiente El sistema de adquisici n de datos est dise a do para bloquearse sin opci n a restablecimiento au tom tico cuando ocurre una falla en su alimentaci n el ctrica o si se intenta alterar su configuraci n sin tener el c digo de acceso El equipo de medici n se prob en el laboratorio durante tres meses Despu s se instal en Los Alda mas ilustraci n 6 donde empez a operar a partir de junio del 2005 ilustraci n 7 Resultados Problemas con el manejo del eq
15. uando el tirante en el r o es bajo Radar Sensor de presi n manom trico con sistema de burbujeo e Dif cil de proteger contra el vandalismo e A priori se debe monitorear la temperatura del aire para tener mediciones precisas Dif cil de conseguir un sensor que pueda conectarse a un sistema de adquisici n de datos cualquiera e Las partes mec nicas del sensor bomba pueden trabarse En teor a debe de ser menos preciso que un sensor de presi n sumergible Sensor de presi n sumergible manom trico Puede presentarse un problema de corrosi n debido a que el sensor esta en con tacto con el agua e Para tener mediciones precisas debe cuidarse de que no haya burbujas de aire en contacto con la parte sensible del sensor y que no haya condensaci n en el tubo que conecta el sensor a la atm sfera A priori se debe calibrar el sensor en sitio para tener mediciones precisas 28 ANUARIO IMTA 2005 ra del agua en el r o no variara m s de 5 grados cent grados Construcci n del equipo e instalaci n en campo Despu s de haber elegido un sensor para medir el nivel del agua se dise un sistema de adquisici n de datos que cumpliera con los requisitos de la instru mentaci n Algunas particularidades del equipo cons truido son las siguientes Tamari ef al 2005 La alimentaci n el ctrica de todo el equipo est asegurada con paneles solares En caso de falla las bater a
16. uipo Hasta la fecha el equipo ha trabajado durante m s de 55 semanas lo que corresponde a m s de 550 000 lecturas Ilustraci n 7 Equipo colocado sobre la pila del puente de fe rrocarril El blindaje negro protege la electr nica El sensor de presi n sumergible esta dentro del tubo vertical de pl stico La escala marina que sirve de referencia para medir el tirante se encuentra a la derecha del tubo 29 ANUARIO IMTA 2005 de tirante en el r o San Juan A lo largo de un a o se tu vieron tres tipos de problemas con el manejo del equipo e Fallas del equipo El sistema de adquisici n de datos se bloque una sola vez en diciembre del 2005 todav a no se sabe bien por qu Sin embargo el equipo volvi a funcionar normalmente despu s de haber sido restablecido e Necesidad de volver a calibrar el sensor de presi n Se pensaba que ser a suficiente verificar la calibraci n del sensor de presi n instalado en Los Aldamas cada seis meses sin embargo nuestra ex periencia indica que es necesario hacerlo cada cuatro meses Esto se debe a que el agua del r o San Juan contiene muchos sulfatos durante el periodo de estiaje hasta 580 mg l los cuales provienen probablemente de la ciudad de Monterrey Dichos sulfatos tienden a formar una capa de sarro alrededor del sensor de pre si n ilustraci n 8 Cuando la capa es demasiado grue sa es necesario limpiar el sensor con un detergente a base de cido fosf rico
17. un cable el ctrico desde la caseta de la Conagua hacia la pila del puente de ferrocarril la comunicaci n entre el sensor de nivel y el sistema de adquisici n de datos ten a que ser inal mbrica La alimentaci n el ctrica del sensor de nivel tambi n deb a de ser por medio de un panel solar Necesidades de mantenimiento Excepto en ca sos muy particulares p e cuando se tiene que enviar un equipo al espacio no se puede dejar un equipo de medici n automatizado trabajando solo todo el tiem po De hecho la mayor a de los sensores tienden en descalibrarse a un punto tal que es necesario volver a calibrarlos de vez en cuando Tambi n puede ser necesario dar mantenimiento a los sistemas de ad quisici n de datos p e cambio de bater as limpieza de paneles solares reemplazo de los cartuchos de secantes Considerando que el equipo que se iba a instalar en Los Aldamas tuviera una vida til de por lo menos cinco a os se plante como requisito no tener que darle mantenimiento m s de dos veces al a o Soluci n propuesta Determinaci n de la relaci n tirante gasto en Los Aldamas Para aplicar el m todo basado en la relaci n tiran te gasto es deseable tener una secci n de control aguas abajo de la estaci n hidrom trica ISO 1996 Esta condici n se cumple para la estaci n Los Alda mas ya que se tiene una secci n de control natural aguas abajo donde el cauce hace un viraje hacia la derecha ilustraci
18. una relaci n confiable entre el tirante y el gasto a la altura de la estaci n hidrom trica y un equipo para monitorear el nivel del agua Como se ver a continuaci n es factible implementar esta alternativa para Los Aldamas Principales requisitos para la instrumentaci n Considerando que se iba a monitorear el tirante en el r o San Juan y estimar el gasto a partir de una relaci n tirante gasto los requisitos para instrumentar la es taci n Los Aldamas ser an ilustraci n 2 e Lugar para realizar las mediciones Se ten a que colocar el sensor de nivel cerca de la escala ma rina que se utiliz para determinar la relaci n tirante gasto Dicha escala se encuentra a un costado de la pila de un puente de ferrocarril que mide m s de 16 m de alto ilustraci n 3 Equipo en la caseta Aduccion de datos lt Pamala Radio an dem M dem satelital Ilustraci n 2 Esquema del equipo para monitorear el tirante y estimar el gasto en la estaci n Los Aldamas 26 ANUARIO IMTA 2005 e Lugar para adquirir los datos Se ten a que ins talar el sistema de adquisici n de datos en una caseta de la Conagua la cual se encuentra a una distancia de 300 m del puente de ferrocarril Ilustraci n 3 Puente de ferrocarril a la altura de la estaci n Los Aldamas e Mediciones requeridas Cada minuto se ten a que desplegar en la pantalla del sistema de adquisi ci n de datos la siguiente informaci n fe
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