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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICAFACULTAD DE
INGENIERIA CIVIL - OBRAS HIDRAULICAS
AFORADOR PARSHALL
MARCO TEORICO
RALF PARSHALLProfesor y alumno destacado de la Universidad
Estatal de Colorado, empez a trabajar en la medicin de flujo en
1915.Seis aos ms tarde present una patente para su "Canal de flujo
de Parshall", un dispositivo de medicin basado enel efecto
Venturi.
DEFINICIONEs un elemento primario de flujo con una amplia gama
de aplicaciones para medir el flujo en canales abiertos. Usado para
medir el flujo en ros, canales de irrigacin y/o de desage, salidas
de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fabricas, etc.
FORMA:
La canaleta Parshall presenta tres zonas o secciones
principales: Seccin de convergencia. Seccin de la garganta. Seccin
de divergencia.
FUNCIONAMIENTOSu funcionamiento esta basado en la asuncin de que
el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta
de la canaleta y levantando la base; este efecto obliga al agua a
elevarse o a remansarse, proceso que debido a la aceleracin del
flujo permite establecer una relacin matemtica entre la elevacin
del agua y el gasto.
Debido a que la principal funcin de la Canaleta Parshall es
medir el caudal. Es importante tener una expresin matemtica que
relacione esta variable con el resto de magnitudes medibles en el
dispositivo. Dicha expresin en trminos generales es:
Donde:Q: Caudal.Ha: Profundidad del agua en una posicin dada.C y
n: Constantes que dependen de las dimensiones del canal.
Las relaciones profundidad-caudal para canaletas Parshall de
diferentes tamaos, tal como se calibraron empricamente, se
presentan mediante las siguientes ecuaciones:
En las ecuaciones anteriores Q es el caudal libre en pies3/s, W
es el ancho de la garganta en pies y Ha es la lectura de la mira de
aforo en pies.
SUMERGENCIA:
Es un parmetro que clasifica la descarga en libre o ahogada.
Cuando la sumergencia excede el limite de 0.6 para canaletas de
3, 6 y 12 pulgadas, respectivamente, de 0.7 para canaletas de 1 a 8
pies y de 0.8 para canaletas de 10 a 50 pies, el flujo se vuelve
sumergido. El efecto de la sumergencia es de reducir el caudal. En
este caso el caudal calculado mediante las ecuaciones anteriores
debe corregirse mediante una cantidad negativa. Diagrama para el
clculo de la tasa de flujo sumergido, en pies3/s, a travs de una
canaleta Parshall de un pie de ancho. La correccin para la canaleta
de un pie obtenida a travs del grfico anterior se hace aplicable a
canaletas mayores multiplicando la correccin de la canaleta de un
pie por el factor dado a continuacin, de acuerdo con el tamao
particular de la canaleta que se utilice.Tamao de la canaleta W, en
piesFactor de correccin
11.0
1.51.4
21.8
32.4
43.1
64.3
85.4
Diagrama para el clculo de la tasa de flujo sumergido, en pies
3/s, a travs de una canaleta Parshall de 10 pies de ancho. De
manera similar, la correccin para la canaleta de 10 pies se hace
aplicable a canaletas mayores multiplicando la correccin para la
canaleta de 10 pies por el factor dado a continuacin para la
canaleta particular que est utilizndose.Tamao de la canaleta W, en
piesFactor de correccin
101.0
121.2
151.5
202.0
252.5
303.0
404.0
505.0
Requerimientos para la instalacin fsica Velocidad de llegada de
la corriente, la cual debe ser mayor igual a 0.3m/s para que esta
no permita el crecimiento de la maleza. Caractersticas del flujo
del canal y necesidades operacionales: conocer el Qmax y Qmin,
erosin y seguridad, evitar la sedimentacin, tramo recto mnimo antes
del medidor, tomar en cuenta el azolve*.
Caudalimetro de Parshall Es el instrumento que permite llevar un
control del caudal que entra en la planta depuradora o canal, con
un medidor de canal de ultrasonidos.
DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURAEl medidor parshall est constituido
por 3 partes fundamentales que son: la entrada, la garganta y la
salida. La primera est formada por 2 pareces verticales simtricas y
convergentes, y de un fondo o plantilla que es horizontal la
garganta esta formada por 2 paredes tambin verticales pero
paralelas, y el fondo es inclinado hacia abajo con una pendiente de
2.67:1; la salida, por 2 paredes verticales divergentes y el fondo
es ligeramente inclinado hacia arriba. Se debe notar que tanto el
fondo y las paredes son planos, y a la arista que se forma por la
unin del fondo de la entrada y el de la garganta se llama creta del
medidor y a su longitud (o sea la distancia entre las paredes de la
garganta) se le llama tamao del medidor y e le designa por la letra
W.La estructura tiene 2 pozos amortiguadores que sirven para medir
con precisin las cargas Ha y Hb antes y despus de la creta, estn
colocados en los lados de la estructura y comunicados a ella por
tubera que se conecta a los puntos buen definidos de la entrada y
la garganta. En estas cmaras se alojan los flotadores de los
limnigrafos en el caso que se dote a la estructura de estos
aparatos y su caseta de albergue. Conviene aclarar que las cargas
Ha y Hb son a partir de la cota de la creta y por lo tanto el cero
de las escaleras est al nivel del piso de la entrada y dichas
escalas se pueden colocar o dibujar directamente sobre las paredes
de la estructura cuando es pequea y se desea suprimir las cmaras de
reposo.
Figura 1.- Vista de planta y elevacin, del medidor Parshall, se
representa las dimensiones con letras
VENTAJAS: Solo existe una pequea perdida de carga a travs del
aforador No necesita condiciones especiales de acceso o una poza de
amortiguacin No necesita correcciones para una sumersin de hasta el
70%
DESVENTAJAS: Son costosos debido a la fabricacin requerida La
fabricacin e instalacin es critica para que funcionen como se
debe
DATOSSE PLANTEA DIMENSIONAR Y CALCULAR UN MEDIDOR PARSHALL EN EL
TRAMORECTO DE UN CANAL TRAPEZOIDAL REVESTIDO EN CONCRETO CON TALUD
1.5:1,ANCHO DE LA BASE B=., PENDIENTE S=0.0005 Y ALTURA TOTAL DEL
CANAL DE1.20M, SE DESEA SABER LAS DIMENSIONES DE LA GARGANTA W Y A
QUEELEVACION X DE LA BASE SE COLOCARA LA CRESTA.DEBE CONSIDERAR EL
PRE CLCULO DE LA CAPACIDAD VARIABLE DEL CANAL, PARATRES (3)
TIRANTES ADECUADOS A ELEGIR.SE DESEA SABER CON QUE CAUDAL MAXIMO LA
ESTRUCTURA TRABAJA A DESCARGALIBRE.RESUMEN DE DATOSTALUDES1.51
BASE (B)0.76
PENDIENTE (S)0.0005
ALTURA DE LOS BORDE (H)1.2
n=0.014Concreto
PROCEDIMIENTO
Seleccin del caudal maximo
Q=1.427
con los valores de m,n, St y del cadal maximo, se apica la
ecuacion
Q=(m*Ha)^n
Hb = St*Ha
WHaHb
1.2190.770.54
1.5240.770.55
Para el aforador W=0.914, se tiene:
El valor de X1, se calcula aplicando la siguiente relacion:
X1=Y-Hb
X1=0.25
Y aguas arriba=1.05
Calculo del borde libre aguas arriba:
Borde Libre= H-Yaguas arriba
Borde Libre =2.25
A continuacion se presenta el resumen para los 2 tipos de
aforadores:
WHaHbX1Yaguas arribaBL nuevo
1.2190.770.540.261.12.3
1.5240.770.550.251.052.25
Para la ubicacin altimetrica del aforador se debe determinar los
niveles topograficos
E1: Elevacion de piso del canal a la salida del medidor
E2: Elevacion del medidor en el piso de la cresta
E3: Elevacion del piso del canal a la entrada del medidor
E1: Dato Topografico450
E2: E1 + X1
E2=450.25
E3= E2-(Y-Ha)
E3=450.21
Resultados:
WE1E2E3
1.219450450.26450.23
1.524450450.25450.21
CONCLUSION
Ambos aforadores cumplen con las caractersticas tcnicas
requeridas, ha excepcin de la primera W= 1.219, que solo registra
un caudal mximo de 1.926 m3/s, que es e inferior al caudal mximo de
diseo.En este caso se asume como diseo el medidor Parshall de
W=1.524 m
Calculo de la curva de calibracinDiseo de la
reglaQ(m3/s)h(m)
0.050.0656
0.100.1017
0.150.1315
0.200.1577
0.250.1817
0.300.2039
0.350.2248
0.400.2446
0.450.2635
0.500.2817
0.550.2992
0.600.3162
0.650.3326
0.700.3486
0.750.3641
0.800.3793
0.850.3941
0.900.4086
0.950.4229
1.000.4368
1.050.4505
1.100.464
1.150.4772
1.200.4903
1.250.5031
1.300.5157
1.350.5282
1.400.5405
1.450.5526
1.500.5646
1.550.5765
1.600.5882
1.650.5997
1.700.6112
1.750.6225
1.800.6337
1.850.6448
1.900.6557
1.950.6666
2.000.6774
2.050.688
2.100.6986
2.150.7091
2.200.7195
2.250.7298
2.300.74
2.350.7502
2.400.7602
2.450.7702
CONCLUSIONES
Opera con prdidas de carga relativamente bajas. Se logran buenas
mediciones sin sumergencia, o inclusive, con sumergencia moderada.
Es menos caro que el aforador de garganta larga para la misma
capacidad. Debe construirse de acuerdo a medidas estndar, lo que
dificulta y encarece su construccin.
PALOMINO TAMAYO, CSAR AUGUSTOPgina 15