Nivel de agua de Bubbler: principio de trabajo, requisitos de instalación

Medidor de nivel de agua de burbujas METRAVON: principio de trabajo, requisitos de instalación y aplicaciones hidrológicas

Un medidor de nivel de agua de burbujas es un sistema de medición de nivel hidrostático indirecto ampliamente utilizado en ríos, embalses, canales, sistemas de riego, estanques y otras aplicaciones hidrológicas.

El sensor de presión y el equipo electrónico pueden permanecer en la orilla o dentro de una estación de monitoreo, mientras que sólo un tubo de gas y orificio sumergido están expuestos al agua. Este arreglo facilita la protección, el mantenimiento y la sustitución de los componentes electrónicos principales.

El sistema suministra aire u otro gas adecuado a un orificio fijo en una elevación conocida debajo de la superficie del agua. La presión necesaria para descargar gas a través del orificio sumergido corresponde estrechamente a la presión hidrostática sobre el orificio. Esta presión se convierte en profundidad del agua y luego en elevación de la superficie del agua.

1. ¿Cómo funciona un sistema de nivel de agua de burbujas?

Gas Supply

Una bomba, fuente de aire comprimido u otra fuente de gas adecuada suministra gas a la línea.

Orificio Sumergido

El gas fluye por el tubo a un orificio fijado debajo de la superficie del agua en una elevación conocida.

Medición de presión

Cuanto más profunda sea el agua sobre el orificio, mayor será la presión necesaria para descargar el gas.

Conversión Water-Level

La presión medida se convierte en profundidad de agua y se combina con la elevación orificio conocida.

2. ¿Cómo se convierte la presión en profundidad de agua?

Bajo condiciones hidrostáticas ideales, la presión correspondiente a la columna de agua sobre el orificio se puede expresar como:

P = ρgh

donde:

• P= presión hidrostática;

• ρ= densidad de agua;

• g= aceleración gravitacional local;

• h= profundidad de agua por encima del orificio.

Por lo tanto:

h = P / (ρg)

Si la elevación del orificio fijo esZ₀, la elevación de la superficie del agua es:

Z = Z₀ + h

Si se utiliza un sensor de presión absoluta, también se debe considerar la presión atmosférica. Medición de Gauge o diferencial puede proporcionar la presión de agua-column relativa a la atmósfera más directamente.

Nota de ingeniería:Los sistemas de burbujas reales pueden incluir pequeñas pérdidas de presión causadas por el flujo de gas, la fricción de tubos y la formación de burbujas en el orificio. Las instalaciones de alta precisión deben seguir el instrumento plaga#39; s compensación y procedimiento de verificación de campo en lugar de asumir que la presión de línea siempre es exactamente igual a la presión hidrostática teórica.

3. ¿Qué es un Bubbler Constant-Flow?

Un burbujador de flujo constante suministra continuamente gas a un caudal bajo y controlado. A medida que el nivel del agua cambia, la presión hidrostática en el orificio cambia, y la presión del gas se ajusta en consecuencia.

Las principales características son:

• Seguimiento continuo del nivel del agua;

• Flujo continuo de gas exterior que ayuda a reducir la entrada de agua en el tubo;

• Adecuación para estaciones hidrológicas fijas y depósitos a largo plazo o monitoreo de ríos;

• Necesidad de un control de flujo estable y un sistema de gas sin fugas.

4. ¿Cómo funciona un Bubbler intermitente?

Algunos sistemas de burbujas de baja potencia permanecen en espera entre las mediciones. Cuando se requiere una lectura, la bomba comienza, presuriza y purga el tubo, restaura la descarga normal de gas en el orificio sumergido, y luego registra la presión después del período de estabilización requerido.

El instrumento puede entonces volver a la espera para reducir el consumo de energía promedio en estaciones de batería o energía solar.

Por lo tanto, es más preciso describir este proceso comopresurización intermitente, purga, estabilización y mediciónen lugar de simplemente “stopping the pump and waiting until all bubbling stops. ”

5. ¿Por qué es crítica la posición del orificio?

El orificio sumergido es el punto de referencia físico del sistema. Cualquier cambio en su elevación crea un error correspondiente a nivel de agua.

Por lo tanto, el orificio debe:

• Se fijan con seguridad contra los escombros actuales, flotantes e inundaciones;

• Tener una elevación conocida y documentada;

• Normalmente se mantiene por debajo del nivel mínimo previsto de agua;

• Evitar lugares sujetos a entierro grave de sedimentos;

• Evite la exposición directa al flujo de alta velocidad cuando sea posible.

6. ¿Por qué Fast River Flow requiere atención especial?

Un sistema de burbujas está destinado a medirPresión hidrostática estática. Si el agua de movimiento rápido actúa directamente en un orificio expuesto, la presión dinámica puede crear un error de medición.

Ubicación de flujo estable

Elija una ubicación representativa con nivel de agua relativamente estable y menor perturbación de flujo cuando sea posible.

Arreglos de Presión Estática

Los canales de alta velocidad pueden requerir una configuración adecuada de orificio de presión estática.

Evite las Bias Dinámicas de Presión

Una apertura expuesta frente o opuesta al flujo puede producir errores de presión de velocidad positiva o negativa.

7. ¿Por qué debería la pendiente de la línea de gas continuamente hacia el orificio?

El tubo de gas debe, cuando sea práctico, mantener una pendiente descendente continua desde la estación de instrumentos hacia el orificio sumergido. El objetivo es principalmente evitar puntos bajos donde se puede acumular condensado o agua.

El agua acumulada puede:

• Aumentar la pérdida de presión;

• Causar lecturas inestables o de alto nivel;

• Congelar y bloquear la línea en clima frío;

• Restringir el flujo de gas;

• Aumenta la carga de la bomba.

Por lo tanto, la ruta debe evitar secciones innecesarias.

8. ¿El tubo de gas y el conducto protector son la misma cosa?

No.

Por lo tanto, no es apropiado indicar que el tubo de medición en sí debe ser galvanizado o tubo de acero inoxidable. El tubo de gas y su conducto protector son a menudo componentes separados.

9. ¿Se puede enterrar la Línea de Gas?

Sí. Dependiendo de las condiciones del sitio, la línea puede ser enterrada, enrutada a través del conducto, o fijada a lo largo de una estructura estable.

Las consideraciones importantes incluyen:

• Evitar el asentamiento de tierra que tire o tritura el tubo;

• Prevenir el agua permanente a largo plazo dentro del conducto protector;

• Evitar curvas afiladas y tubos aplanados;

• Mantener el acceso para inspección o sustitución;

• Proteger la ruta de vehículos, obras de construcción y animales.

10. ¿Cómo se evita el bloqueo de sedimentos?

Los sitios de ríos y embalses pueden contener barro, algas, crecimiento biológico y sedimentos finos. Si el orificio sumergido se bloquea, la presión de la línea puede aumentar y causar lecturas de nivel incorrecto.

Entre las medidas posibles cabe citar:

• Evitar zonas de sedimentación obvias;

• Utilizar un orificio adecuado o un arreglo de cámara de burbujas;

• Inspección periódica del orificio;

• Utilizar funciones de purga de alto flujo o de alta presión cuando se apoya;

• Reubicar el orificio si se produce un entierro persistente de sedimentos.

11. ¿Qué se debe considerar en las condiciones de congelación?

Las instalaciones de frío-climate deben considerar no sólo el hielo superficial, sino también la congelación de condensados dentro del tubo de gas.

El hielo dentro de la línea puede causar:

• Bloqueo de tubos;

• Presión anormalmente alta de la línea;

• Aumento de la carga de la bomba;

• No descarga burbujas normalmente.

Por lo tanto, la pendiente de la línea, la sequedad del gas, la ubicación del orificio y la protección de la congelación deben considerarse para sitios de baja temperatura.

12. ¿Cómo debe protegerse el sistema durante las inundaciones?

El equipo electrónico principal se puede colocar por encima del nivel de inundación esperado o protegido de otro modo, pero la estructura de tuberías subacuáticas, orificios y fijación permanecen expuestos a alta velocidad, escombros, sedimentos y erosión bancaria.

La instalación debe considerar:

• Localizar la estación por encima del nivel de inundación de diseño o proporcionar protección equivalente;

• Protección mecánica para las rutas de tuberías críticas;

• Fijación fuerte del orificio sumergido;

• Evitar bancos inestables o fácilmente erosionados;

• Comprobando el punto de referencia y la elevación del orificio después de los principales eventos de inundaciones cuando sea necesario.

13. ¿Requiere un sistema de burbujas la compensación de presión atmosférica?

Depende del método de detección de presión. Un sensor de presión de calibre hace referencia a la presión atmosférica local directamente.

Si se utiliza un sensor de presión absoluta, la presión atmosférica normalmente necesita ser medida o compensada para que se pueda determinar la presión real del agua-column.

Algunos sistemas de burbujas miden la presión atmosférica y la presión de la línea de burbujas y calculan la diferencia.

14. ¿Cuáles son las ventajas principales de la medición del nivel de burbujas?

Electrónicos permanecen secos

El sensor de presión, la bomba y el registrador pueden permanecer en la estación en lugar de bajo el agua.

Mantenimiento conveniente

Los componentes electrónicos principales pueden ser atendidos sin recuperar un sensor electrónico sumergido.

Adecuado para la hidrología a largo plazo

Los sistemas de burbujas pueden integrarse con loggers, RTUs y telemetría para estaciones de monitoreo permanentes.

Sencillo Hardware submarino

La parte sumergida puede permanecer mecánicamente simple y puede mantenerse purgando.

15. ¿Cuáles son las limitaciones de los sistemas de burbujas?

• Se requiere una fuente de bomba o gas comprimido;

• Las fugas de gas pueden causar errores de medición;

• El condensado, la congelación o el bloqueo pueden afectar el rendimiento;

• El movimiento del orificio crea error de nivel directo;

• La presión dinámica de flujo rápido puede afectar a un orificio expuesto;

• Es posible que sea necesario realizar inspecciones y purgar periódicamente.

Para superficies de agua abierta accesibles, medición de nivel de radar o transmisores hidrostáticos sumergibles también se pueden evaluar dependiendo de las condiciones del sitio.

16. ¿Cómo se integra un sistema de burbujas en monitoreo remoto?

Según el sistema, las interfaces comunes incluyen:

• 4–20 mA;

• RS485/Modbus RTU;

• SDI-12;

• Otras interfaces hidrológica-data.

Un registrador de datos o RTU pueden transmitir los datos a nivel de agua a través de 4G, LoRaWAN, Ethernet u otra red de telemetría a SCADA, una plataforma hidrológica o una base de datos de usuario.

17. Parámetros técnicos típicos

Los siguientes valores son unreferencia general de selección industrial e hidrológicay no son una especificación universal para cada modelo METRAVON.

FAQ: Medición del nivel de agua de burbujas

P1: ¿El instrumento mide directamente presión o nivel de agua?

R: El sensor de presión mide directamente la presión de la línea de gas. El instrumento convierte entonces esa presión en la profundidad del agua y el nivel del agua.

Q2: ¿La presión de la línea siempre es exactamente igual a la presión hidrostática teórica?

R: No perfectamente. La fricción, el flujo de gas y la formación de burbujas pueden crear pequeños componentes de presión adicionales.

P3: ¿Por qué un sistema de flujo constante sigue produciendo burbujas?

R: Un flujo de gas externo controlado permite la presión de la línea para rastrear la cabeza hidrostática mientras ayuda a evitar que el agua entre en el tubo.

P4: ¿Un burbujador intermitente simplemente espera hasta que el bubbling se detenga completamente?

R: No necesariamente. Los sistemas típicos presionan y purgan la línea y luego miden durante una condición estable definida según la lógica del control de instrumentos.

P5: ¿Por qué la pendiente de los tubos debería descender continuamente?

R: Principalmente para evitar que el condensado se coleccione en puntos bajos y crear presión adicional o bloqueo.

P6: ¿Qué se debe hacer si el sedimento bloquea el orificio?

R: Es posible que sea necesario limpiar, limpiar o reubicar. La sedimentación persistente significa que la ubicación de la instalación debe ser reevaluada.

Q7: ¿Puede la velocidad del río afectar la medición?

R: Sí. Alto flujo actuando directamente en el orificio puede crear error de presión dinámica. Debe usarse una ubicación o estructura que represente presión estática.

Q8: ¿Es un burbujador adecuado para estaciones de energía solar?

R: Sí, pero el panel solar y la batería deben ser tamaño para la corriente de arranque de la bomba, intervalo de muestreo, registrador de datos y equipo de comunicación.

Q9: ¿Cuál es la diferencia entre un burbujador y un transmisor de nivel de presión sumergible?

R: Un sensor sumergible coloca el sensor de presión bajo el agua. Un burbujador mantiene el sensor de presión y la electrónica a orillas y mide el nivel de agua indirectamente a través de una línea de gas.

Q10: ¿Qué información necesita METRAVON para la selección de burbujas?

A: Proporcione un nivel mínimo y máximo de agua, variación total, ubicación orificio propuesta, velocidad del río, condiciones de sedimento, longitud de tubo, temperatura ambiente mínima, fuente de alimentación, intervalo de muestreo, interfaz de comunicación y requisitos de protección de inundaciones.

Conclusión

Un medidor de nivel de agua de burbujas mide la presión de gas necesaria para superar la presión hidrostática en un orificio de referencia sumergido. Esa presión se convierte en profundidad del agua y se combina con la conocida elevación del orificio para determinar el nivel del agua.

La precisión a largo plazo depende no sólo del sensor de presión, sino también deelevación del orificio estable, condiciones de presión estática, sellado con gas, pendiente de tubería descendente continua, control de sedimentos, protección de congelación e instalación resistente a inundaciones.

Los sistemas de burbujas METRAVON pueden configurarse según el rango de nivel de agua, longitud de tubería, alimentación, frecuencia de muestreo y requisitos de comunicación. La instalación correcta del orificio y la integridad del gas a largo plazo son esenciales para un monitoreo hidrológico fiable.