Medición de agua

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La medición del agua es la práctica de medir el uso del agua . Los medidores de agua miden el volumen de agua que utilizan las unidades de edificios residenciales y comerciales que reciben agua de un sistema de suministro público de agua . También se utilizan para determinar el caudal que pasa por una parte particular del sistema.

En la mayor parte del mundo, los medidores de agua se calibran en metros cúbicos (m3 ⁾ o litros, ^[1] pero en los Estados Unidos y algunos otros países, los medidores de agua se calibran en pies cúbicos (ft3 ⁾ o galones estadounidenses en un registro mecánico o electrónico. Los medidores modernos suelen poder mostrar el caudal además del volumen total.

Existen varios tipos de medidores de agua de uso común, que pueden caracterizarse por el método de medición de flujo, el tipo de usuario final, los caudales requeridos y los requisitos de precisión.

En América del Norte, las normas para la fabricación de medidores de agua las establece la American Water Works Association . Fuera de América del Norte, la mayoría de los países utilizan las normas ISO .

Existen dos enfoques comunes para la medición del caudal : desplazamiento y velocidad, cada uno de los cuales utiliza una variedad de tecnologías. Los diseños de desplazamiento más comunes incluyen medidores de pistón oscilante y de disco nutante. Los diseños basados ​​en la velocidad incluyen medidores de chorro único y múltiple y medidores de turbina.

También existen diseños no mecánicos, por ejemplo, medidores electromagnéticos y ultrasónicos, y medidores diseñados para usos especiales. La mayoría de los medidores en un sistema típico de distribución de agua están diseñados para medir únicamente agua potable fría . Los medidores especiales de agua caliente están diseñados con materiales que pueden soportar temperaturas más altas. Los medidores para agua recuperada tienen tapas de registro especiales de color lavanda para indicar que el agua no debe usarse para beber.

Además, existen medidores electromecánicos, como los medidores de agua prepago y los medidores de lectura automática de contadores. Estos últimos integran un componente de medición electrónico y una pantalla LCD con un medidor de agua mecánico. Los medidores de agua mecánicos normalmente utilizan un interruptor de láminas, un registro de codificación Hall o fotoeléctrico como salida de señal. Después de ser procesados ​​por la unidad de microcontrolador (MCU) en el módulo electrónico, los datos se transmiten a la pantalla LCD o se envían a un sistema de gestión de información.

Los medidores de agua generalmente son propiedad de un proveedor público de agua , como una ciudad, una asociación de agua rural o una empresa de agua privada, que se encarga de su lectura y mantenimiento . En algunos casos, el propietario de un parque de casas móviles, un complejo de apartamentos o un edificio comercial puede recibir una factura de una empresa de servicios públicos en función de la lectura de un medidor, y los costos se comparten entre los inquilinos en función de algún tipo de clave (tamaño del apartamento, número de habitantes o mediante el seguimiento por separado del consumo de agua de cada unidad en lo que se denomina submedición ).

Los medidores de desplazamiento se conocen comúnmente como medidores de desplazamiento positivo o "PD". Dos tipos comunes son los medidores de pistón oscilante y los medidores de disco nutante. Ambos métodos se basan en el agua para desplazar físicamente el elemento de medición móvil en proporción directa a la cantidad de agua que pasa a través del medidor. El pistón o disco mueve un imán que impulsa el registro.

Los medidores de desplazamiento suelen ser muy precisos en caudales bajos a moderados, típicos de los usuarios residenciales y comerciales pequeños, y suelen tener un tamaño que va de 5/8" a 2". Debido a que los medidores de desplazamiento requieren que todo el agua fluya a través del medidor para "empujar" el elemento de medición, generalmente no son prácticos en aplicaciones comerciales grandes que requieren caudales altos o pérdida de presión baja. Los medidores de desplazamiento normalmente tienen un filtro incorporado para proteger el elemento de medición de rocas u otros desechos que podrían detenerlo o romperlo. Los medidores de desplazamiento normalmente tienen cuerpos de bronce, latón o plástico con cámaras de medición internas hechas de plástico moldeado y acero inoxidable.

Un medidor de velocidad mide la velocidad del flujo a través de un medidor de capacidad interna conocida. La velocidad del flujo se puede convertir luego en un volumen de flujo para determinar el uso. Existen varios tipos de medidores que miden la velocidad del flujo de agua, incluidos los medidores de chorro (de chorro único y de chorro múltiple), los medidores de turbina, los medidores de hélice y los medidores magnéticos. La mayoría de los medidores basados ​​en velocidad tienen una paleta de ajuste para calibrar el medidor con la precisión requerida.

Los medidores de chorro múltiple son muy precisos en tamaños pequeños y se utilizan comúnmente en tamaños de 5 ⁄ 8  in (16 mm) a 2 in (51 mm) para usuarios residenciales y comerciales pequeños. Los medidores de chorro múltiple utilizan múltiples puertos que rodean una cámara interna para crear múltiples chorros de agua contra una turbina , cuya velocidad de rotación depende de la velocidad del flujo de agua. Los medidores de chorro múltiple son muy precisos a caudales bajos, pero no hay medidores de gran tamaño ya que no tienen la ruta de flujo directa necesaria para los altos caudales utilizados en diámetros de tubería grandes. Los medidores de chorro múltiple generalmente tienen un elemento de filtro interno que puede proteger los puertos de chorro para que no se obstruyan. Los medidores de chorro múltiple normalmente tienen cuerpos o carcasas exteriores de aleación de bronce , con piezas de medición internas hechas de termoplásticos modernos y acero inoxidable.

Los medidores de turbina son menos precisos que los medidores de desplazamiento y de chorro a caudales bajos, pero el elemento de medición no ocupa ni restringe severamente todo el recorrido del flujo. La dirección del flujo generalmente es recta a través del medidor, lo que permite caudales más altos y menos pérdida de presión que los medidores de desplazamiento. Son el medidor preferido para grandes usuarios comerciales, protección contra incendios y como medidores maestros para el sistema de distribución de agua. Por lo general, se requiere instalar filtros delante del medidor para proteger el elemento de medición de la grava u otros desechos que podrían ingresar al sistema de distribución de agua. Los medidores de turbina generalmente están disponibles para 1+ Tamaños de tubería de 1 ⁄ 2 in (38 mm) a 12 in (300 mm) o más. Los cuerpos de los medidores de turbina suelen estar hechos de bronce, hierro fundido o hierro dúctil . Los elementos internos de la turbina pueden ser de plástico o aleaciones metálicas no corrosivas. Son precisos en condiciones normales de trabajo, pero se ven muy afectados por el perfil de flujo y las condiciones del fluido.

• Los medidores de incendios son un tipo especializado de medidor de turbina que cumple con los requisitos de caudales elevados para la protección contra incendios. Suelen estar aprobados por Underwriters Laboratories (UL) o Factory Mutual (FM) para su uso en protección contra incendios.
• Los medidores de hidrantes contra incendios son un tipo especial de medidor portátil de turbina que se conecta a un hidrante contra incendios para medir el agua que sale del hidrante. Los medidores normalmente están hechos de aluminio para mantener su peso bajo y suelen tener una capacidad de 3 pulgadas (76 mm). Las empresas de servicios públicos suelen requerirlos para medir el agua que se utiliza en obras, para llenar piscinas o donde aún no se ha instalado un medidor permanente.

Un medidor compuesto se utiliza cuando se necesitan caudales altos, pero a veces también hay caudales más pequeños que se deben medir con precisión. Los medidores compuestos tienen dos elementos de medición y una válvula de retención para regular el flujo entre ellos. Con caudales altos, el agua normalmente se desvía principalmente o completamente al elemento de caudal alto. El elemento de caudal alto es típicamente un medidor de turbina. Cuando los caudales caen a un punto en el que el elemento de caudal alto no puede medir con precisión, una válvula de retención se cierra para desviar el agua a un elemento más pequeño que puede medir los caudales más bajos con precisión. El elemento de caudal bajo es típicamente un medidor de chorro múltiple o PD. Al sumar los valores registrados por los elementos alto y bajo, la empresa de servicios públicos tiene un registro del consumo total de agua que fluye a través del medidor.

Los medidores de flujo magnéticos , comúnmente denominados "medidores magnéticos", son técnicamente un medidor de agua de tipo de velocidad, excepto que utilizan propiedades electromagnéticas para determinar la velocidad del flujo de agua, en lugar de los medios mecánicos utilizados por los medidores de chorro y turbina. Los medidores magnéticos utilizan el principio físico de la ley de inducción de Faraday para la medición y requieren electricidad de CA o CC de una línea eléctrica o batería para operar los electroimanes . Dado que los medidores magnéticos no tienen ningún elemento de medición mecánico, normalmente tienen la ventaja de poder medir el flujo en cualquier dirección y utilizan la electrónica para medir y totalizar el flujo. Los medidores magnéticos también pueden ser útiles para medir agua cruda (sin tratar/sin filtrar) y aguas residuales, ya que no hay ningún elemento de medición mecánico que se obstruya o dañe por los desechos que fluyen a través del medidor. No se requieren filtros con los medidores magnéticos, ya que no hay ningún elemento de medición en la corriente de flujo que pueda dañarse. Dado que la energía eléctrica perdida que fluye a través del tubo de flujo puede causar lecturas inexactas, la mayoría de los medidores magnéticos se instalan con anillos de conexión a tierra o electrodos de conexión a tierra para desviar la electricidad perdida de los electrodos utilizados para medir el flujo dentro del tubo de flujo.

Los medidores de agua ultrasónicos utilizan uno o más transductores ultrasónicos para enviar ondas sonoras ultrasónicas a través del fluido para determinar la velocidad del agua. Dado que el área de la sección transversal del cuerpo del medidor es un valor fijo y conocido, cuando se detecta la velocidad del agua, el volumen de agua que pasa a través del medidor se puede calcular con gran precisión. Debido a que la densidad del agua cambia con la temperatura, la mayoría de los medidores de agua ultrasónicos también miden la temperatura del agua como un componente del cálculo del volumen.

Existen dos tecnologías principales de medición ultrasónica utilizadas en la medición de agua:

• Medidores de efecto Doppler que utilizan el efecto Doppler para determinar la velocidad del agua que pasa a través del medidor.
• Medidores de tiempo de tránsito que miden la cantidad de tiempo necesario para que la señal ultrasónica pase entre 2 o más puntos fijos dentro del medidor.

Los medidores ultrasónicos pueden ser de diseño de flujo continuo o de "abrazadera". Los diseños de flujo continuo son aquellos en los que el agua pasa directamente a través del medidor y se encuentran típicamente en aplicaciones residenciales o comerciales. Los diseños de "abrazadera" se utilizan generalmente para diámetros más grandes donde los sensores se montan en el exterior de las tuberías, etc.

Los medidores de agua ultrasónicos suelen ser muy precisos (si están integrados) ^{[ aclaración necesaria ]} , y los medidores residenciales pueden medir hasta 0,01 galones o 0,001 pies cúbicos. Además, tienen amplios rangos de medición de caudal, requieren poco mantenimiento y tienen una larga vida útil debido a la falta de componentes mecánicos internos que se desgasten. Si bien son relativamente nuevos en el mercado estadounidense de servicios de agua, los medidores ultrasónicos se han utilizado en aplicaciones comerciales durante muchos años y están ganando amplia aceptación debido a sus ventajas sobre los diseños mecánicos tradicionales.

Los medidores pueden ser de prepago o pospago, dependiendo del método de pago. La mayoría de los medidores de agua de tipo mecánico son de pospago, al igual que los medidores electromagnéticos y ultrasónicos. Con los medidores de agua de prepago, el usuario compra y paga por adelantado una cantidad determinada de agua en una estación de venta. La cantidad de agua acreditada se ingresa en un medio como una tarjeta de tipo IC o RF. La principal diferencia es si la tarjeta necesita contacto con la parte de procesamiento del medidor de agua de prepago. En algunas áreas, un medidor de agua de prepago utiliza un teclado como interfaz para ingresar el crédito de agua.

Existen varios tipos de registros en los medidores de agua. Un registro estándar normalmente tiene un dial similar a un reloj, con gradaciones alrededor del perímetro para indicar la unidad de medida y la cantidad de agua utilizada; si es menor que el dígito más bajo en una pantalla similar a las ruedas del odómetro de un automóvil, su suma es el volumen total utilizado. Los registros modernos normalmente son accionados por un acoplamiento magnético entre un imán en la cámara de medición unido al elemento de medición y otro unido a la parte inferior del registro. Los engranajes en el registro convierten el movimiento del elemento de medición en el incremento de uso adecuado para la visualización en la manecilla de barrido y las ruedas de estilo odómetro. Muchos registros también tienen un detector de fugas. Este es un pequeño disco o manecilla visible que está engranado más cerca de la velocidad de rotación del imán de accionamiento, de modo que se pueden ver flujos muy pequeños que serían visualmente indetectables en la manecilla de barrido regular.

Con la lectura automática de contadores , los fabricantes han desarrollado registros de pulsos o codificadores para producir una salida electrónica para transmisores de radio, dispositivos de almacenamiento de lectura y dispositivos de registro de datos. Los contadores de pulsos envían un pulso electrónico digital o analógico a un dispositivo de registro. Los registros codificadores tienen un medio electrónico que permite que un dispositivo externo interrogue al registro para obtener la posición de las ruedas o una lectura electrónica almacenada. Se pueden utilizar transmisiones frecuentes de datos de consumo para brindar funcionalidad de contador inteligente .

También existen algunos tipos especializados de registros, como medidores con una pantalla LCD en lugar de ruedas mecánicas, y registros para enviar datos o pulsos a una variedad de dispositivos de registro y control. Para aplicaciones industriales, la salida suele ser analógica de 4-20 mA para registrar o controlar diferentes caudales además de la totalización.

Los medidores de distintos tamaños indican distintas resoluciones de la lectura. Una rotación de la manecilla de barrido puede ser equivalente a 10 galones o a 1000 galones (1 a 100 pies ³ , 0,1 a 10 m ³ ). Si una rotación de la manecilla representa 10 galones, el medidor tiene un barrido de 10 galones. A veces, los últimos números de la pantalla de la rueda no giran o están impresos en la esfera. Los números de cero fijo están representados por la posición de la manecilla de barrido giratoria. Por ejemplo, si una rotación de la manecilla es de 10 galones, la manecilla de barrido está en 7 y la pantalla de la rueda muestra 123456 más un cero fijo, el uso total real sería de 1234567 galones.

En los Estados Unidos, la mayoría de las empresas de servicios públicos facturan solo hasta los 100 o 1000 galones más cercanos (10 a 100 pies ^cúbicos , 1 a 10 m ^cúbicos ) y, a menudo, solo leen los 4 o 5 números más a la izquierda en las ruedas de la pantalla. Usando el ejemplo anterior, leerían y facturarían 1234, redondeando a 1234 000 galones en función de una resolución de facturación de 1000 galones. El redondeo más común para un medidor de tamaño particular a menudo se indica mediante ruedas numéricas de diferentes colores: las que se ignoran son negras y las que se usan para la facturación son blancas.

La medición del agua es común para el suministro de agua potable residencial y comercial en muchos países, así como para el autoabastecimiento industrial de agua. Sin embargo, es menos común en la agricultura de regadío , que es el principal usuario de agua en todo el mundo. La medición del agua también es poco común para el suministro de agua potable por tuberías en áreas rurales y pequeñas ciudades, aunque hay ejemplos de medición exitosa en áreas rurales de países en desarrollo, como en El Salvador. ^[2]

La medición del agua suministrada por las empresas de servicios públicos a usuarios residenciales, comerciales e industriales es común en la mayoría de los países desarrollados, excepto en el Reino Unido , donde solo alrededor del 52% de los usuarios tienen medidores. ^[3] En algunos países en desarrollo, la medición es muy común, como en Chile , donde se sitúa en el 96%, mientras que en otros sigue siendo baja, como en Argentina .

El porcentaje de medición de agua residencial en ciudades seleccionadas de países en desarrollo es el siguiente: ^[4]

• 99% en Santiago de Chile (1998)
• 96% en Abiyán , Costa de Marfil (1987)
• 62% en ciudades de Guatemala (2000)
• 30% en Lima , Perú (1991)
• 28% en Katmandú , Nepal (2001)
• 2% en Buenos Aires , Argentina (1992)

Casi dos tercios de los países de la OCDE miden más del 90% de las viviendas unifamiliares. Algunos también están ampliando la medición de los departamentos (por ejemplo, Francia y Alemania). ^[5]

Los beneficios de la medición son que:

• Junto con la fijación de precios volumétricos, proporciona un incentivo para la conservación del agua,
• ayuda a detectar fugas de agua en la red de distribución, proporcionando así una base para reducir la cantidad de agua no contabilizada ;
• Es una condición previa para focalizar la cantidad de subsidios al agua para los pobres.

Los costos de medición incluyen:

• Costos de inversión para comprar, instalar y reemplazar medidores,
• Costos recurrentes para leer medidores y emitir facturas basadas en el consumo en lugar de facturas basadas en tarifas fijas mensuales.

Si bien el costo de adquirir medidores residenciales es bajo, los costos totales del ciclo de vida de los medidores son altos. Por ejemplo, modernizar los departamentos en edificios grandes con medidores para cada departamento puede implicar obras de plomería importantes y, por lo tanto, costosas. ^[6]

Los problemas asociados con la medición surgen particularmente en el caso del suministro intermitente , que es común en muchos países en desarrollo. Los cambios repentinos de presión pueden dañar los medidores hasta el punto de que muchos medidores en las ciudades de los países en desarrollo no funcionan. Además, algunos tipos de medidores se vuelven menos precisos a medida que envejecen, y el registro insuficiente del consumo conduce a menores ingresos si los medidores defectuosos no se reemplazan regularmente. Muchos tipos de medidores también registran flujos de aire, lo que puede conducir a un registro excesivo del consumo, ^[7] especialmente en sistemas con suministro intermitente, cuando se restablece el suministro de agua y el agua entrante empuja el aire a través de los medidores.

Los medidores de agua no distinguen entre aire y agua, ambos se cuentan como fluidos. Existen dos regulaciones que las compañías de agua y los fabricantes de medidores no cumplen y cobran aire por agua. Un sistema de medición debe estar equipado con un eliminador de aire/vapor efectivo u otro medio automático para evitar el paso de aire/vapor a través del medidor. ref.[Manual 44 – 2019 3.30. S.2.1.] ^{[ especificar ]} Los sistemas de medición deben incorporar un dispositivo de eliminación de gas para la eliminación adecuada de cualquier aire o gases no disueltos que puedan estar contenidos en el líquido antes de que ingrese al medidor. ^{[8] [9] [ verificación fallida ]}

Existe desacuerdo sobre el efecto de la medición y la tarificación del agua en el consumo de agua. La elasticidad precio de la demanda de agua medida varía mucho según las condiciones locales. El efecto de la tarificación volumétrica del agua en el consumo tiende a ser mayor si la factura del agua representa una parte significativa de los gastos del hogar.

Existen pruebas de que en el Reino Unido se produce una caída instantánea del consumo de alrededor del 10% cuando se instalan medidores, aunque en la mayoría de los casos el consumo no se mide directamente antes de la instalación del medidor, por lo que los beneficios son inciertos. ^[6] Si bien los usuarios de agua con medidor en el Reino Unido consumen menos que los usuarios sin medidor, en la mayoría de las áreas la medición no es obligatoria para las viviendas construidas antes de 1990, ^[10] por lo que los clientes con medidor son en cierta medida un grupo que se autoselecciona. También existe la preocupación de que la medición del agua pueda ser socialmente regresiva, ya que los hogares con bajos ingresos tienen menos capacidad para invertir en medidas de eficiencia hídrica y pueden sufrir pobreza hídrica (definida como cuando un hogar gasta más del 3% de los ingresos netos en servicios de agua y alcantarillado). ^[11]

En Hamburgo , Alemania , el consumo doméstico de agua en apartamentos con medidor (112 litros/habitante/día) fue un 18% menor que en apartamentos sin medidor (137 litros/habitante/día) en 1992.

• Infraestructura de medición avanzada
• Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas
• Lectura automática de contadores
• Caja de acera
• Agua potable
• Contador de electricidad
• Medición de caudal
• Medidor de gas
• Gestión de datos de medidores
• Utilidad pública
• Uso residencial del agua
• Submedidor de servicios públicos
• Conservación del agua

• Manual de prácticas de suministro de agua de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas Manual M6, Medidores de agua: selección, instalación, prueba y mantenimiento, ISBN 1-58321-017-2 
• Normas de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas C700-02: Medidores de agua fría: tipo de desplazamiento, caja principal de bronce
• Normas C701-02 de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas: Medidores de agua fría, tipo turbina
• Normas de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas C702-01: Medidores de agua fría, tipo compuesto
• Normas C703-96 de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas: Medidores de agua fría, tipo servicio contra incendios
• Normas C707-05 de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas: Sistemas de registro remoto de tipo codificador para medidores de agua fría
• Normas de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas C708-05: Medidores de agua fría de tipo multichorro

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Medidor de agua.

Medidores de agua manuales http://watflux.in/manual-water-meters/

• Manual de medición del agua de la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos
• Cómo leer medidores de agua de distintos tamaños (archivo PDF)
• Cómo un medidor lleva la cuenta del agua que utiliza, Popular Science, julio de 1950, artículo muy detallado con buenas ilustraciones
• Introducción típica de medidor de agua prepago (archivo PDF)
• Medidores de agua inteligentes kosher
• Pautas de instalación para caudalímetros electromagnéticos según normas CGWA