AFORADOR PARSHALL
Contenido
INTRODUCCION ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2 OBJETIVOS .................................................................................................... ..................................................................................................................................... ................................. 3 MARCO TEORICO.................................................................... ........................................................................................................................... ....................................................... 3 AFORADOR ............................................................. ................................................................................................................................ ................................................................... 3 MEDIDOR PARSHALL: P ARSHALL: ................................................................................................................ ................................................................................................................ 3 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA ............................................................................................ ............................................................................................ 4 Entrada: .................................................................................................... ..................................................................................................................................... ................................. 4 Garganta: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 4 Salida: .................................................................................................................. ........................................................................................................................................ ...................... 4 PROPIEDADES HIDRÁULICAS ..................................................................................................... ..................................................................................................... 7 Descarga libre ................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................ 7 Sin salto hidráulico: ........................................................................................................... ................................................................................................................... ........ 8 Descarga sumergida .............................................................................................................. .............................................................................................................. 8 Con salto hidráulico:.................................................................. .............................................................................................................. ............................................ 8 MEDICIÓN DE DESCARGA............................................................. ........................................................................................................ ........................................... 10 Condiciones de descarga libre.............................................................. ............................................................................................. ............................... 10 Sumergencia ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ 10 APLICACIÓN: ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 11 Ventajas y desventajas .................................................................. ............................................................................................................ .......................................... 11 Ejercicios: ............................................................... ................................................................................................................................ ................................................................. 11
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INTRODUCCION
La precisión de un sistema de medida de caudal en canal abierto está determinada por la totalidad del sistema. Por ello hay que tener en cuenta: a) El elemento que produce la variación de nivel (en este caso Canal Parshall). b) LA unidad electrónica que convierte la variación de nivel en medida de caudal. c) La instalación. Este trabajo se refiere exclusivamente al Canal Parshall. El canal Parshall es uno de los elementos primarios existentes que es empleado para canales abiertos conocidos como canales Ventura de flujo crítico. El canal Parshal es una estructura monolítica que garantiza mayor resistencia y presión en el tamaño mientras que se reduce el tiempo de instalación, este aforador es de mucha importancia por ello se estudiara a continuación.
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OBJETIVOS El objetivo de la práctica es aprender a identificar y utilizar las estructuras hidráulicas que comúnmente se utilizan para medir el caudal que está pasando por un determinado canal, aprendiendo las características del aforador Parshall y conociendo el funcionamiento y medición de los parámetros que permitan el cálculo del gasto aforado.
MARCO TEORICO AFORADOR: Dispositivo que sirve para determinar el caudal de una corriente de agua, el aforador suele estar montado en el lecho de un rio o de una conducción hidráulica.
MEDIDOR PARSHALL:
Es una estructura de aforo diseñada por el Ing. R. L. Parshall quien ideo algunas modificaciones para el medidor de Venturi para no tener azolves y cuya precisión de aforo es tan buena como la de un vertedor. El medidor consta de tres partes fundamentalmente: 1. La entrada.- formada por dos paredes verticales simétricas y convergentes y de una plantilla horizontal. 2. La garganta (W).- que está formada por dos paredes verticales y paralelas con la plantilla inclinada hacia abajo. 3. La salida.- que está formada también por dos paredes verticales pero divergentes y la plantilla ligeramente inclinada hacia arriba. Las arista formada por la unión de las plantillas de la entrada y de la garganta se llama “Cresta de Medidor” y a su longitud, o sea, la distancia entre las paredes de la garganta se le llama “Tamaño del Medidor”. La estructura tiene dos pozos amortiguadores para medir las cargas “Ha” y “Hb”, antes y después de la cresta, colocados en los lados de la estructura y
comunicados a ella por tubería que se conecta a puntos bien definidos de la entrada y la garganta. Si el medidor trabaja a descarga libre basta medir únicamente la carga “Ha” para calcular el gasto, utilizando la siguiente expresión:
0.036 1. 5 22 =[4∗ ()() ]
Siendo Q en m3/s, W y H en cm, a =30.48; y b=0.02831685 (Ambos factores son para cambiar unidades).
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DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA La conducción consta de tres secciones principales:
Entrada: Consta de dos paredes verticales simétricas convergentes o de contracción, de inclinación 5:1 con fondo o plantilla horizontal.
Garganta: Consta de dos paredes verticales y paralelas. El fondo inclinado hacia abajo con pendiente 2.67:1.
Salida: Son dos paredes laterales divergentes (creciente) con el fondo ligeramente inclinado hacia arriba.
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AFORADOR PARSHALL Los aforadores se clasifican en forma general según el ancho de la garganta (W) como sigue:
Tamaño
Ancho de la garganta
Capacidad
Muy pequeño
1, 2, y 3 pulgadas
0.9 a 32 lps
Pequeño
6 pulgadas a 8 pies
1.5 lps a 3.95 m3/seg
Grande
10 a 50 pies
0.16 a 93 m³/seg
Los tamaños pequeños pueden ser portátiles y fabricados de hierro, lámina, galvanizada, fibra de vidrio, o madera para instalaciones permanentes y para los tamaños grandes, concreto es el material más común. Las dimensiones de los aforadores Parshall se determinan según el ancho de la garganta, W Clasificación de aforador Parshall según el ancho de garganta (w)
Dimensiones de los aforadores Parshall en milímetro
La selección del tamaño de conducción elevada depende de la gama de descargas que haya que medir. Ha de tenerse cuidado de construir los dispositivos con arreglo a las dimensiones estructurales que se dan para cada uno de ellos, ya que las conducciones elevadas no son geométricamente similares. Por ejemplo, no se puede suponer que una dimensión en la conducción elevada de 6 pies sea tres veces la dimensión correspondiente en la conducción de 2 pies.
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AFORADOR PARSHALL PROPIEDADES HIDRÁULICAS En el canal Parshall se tienen dos puntos de medición de carga hidráulica: uno aguas arriba, situado en la sección convergente (designado con Ha), y otro situado en la salida de la garganta (designado con Hb). Tanto Ha como Hb se miden utilizando el piso horizontal de la sección convergente como nivel de referencia.
La descarga por la conducción elevada Parshall puede tener lugar en condiciones descarga libre o descarga sumergida Cuando se elige la relación correcta entre la anchura de la garganta y la descarga, la velocidad de aproximación queda automáticamente controlada. Este control se realiza eligiendo una anchura de garganta que sea suficiente para adaptarse al caudal máximo que haya que medir, aunque debe ser lo suficientemente estrecha para hacer que se produzca un aumento en la profundidad de la corriente aguas arriba. Esto da como resultado una superficie mayor de sección transversal de la corriente de aproximación y, por ende, una reducción de la velocidad.
Descarga libre En este tipo de medidor la descarga es libre como en los vertederos, y la medición siempre debe efectuarse en la sección a 2/3 del inicio del estrangulamiento.
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Se denomina operación modular del canal Parshall a aquella en que la descarga a la salida es libre. En condiciones de descarga libre, el régimen de descarga depende únicamente de la longitud de la coronación, W, y de la profundidad del agua en el punto en que se halle situado el limnímetro, Ha, en la sección convergente. La corriente que pasa por la garganta y las secciones divergentes de la conducción elevada puede fluir en dos maneras:
Sin salto hidráulico: Este caso se presenta cuando el tirante aguas abajo del medidor es muy pequeño
Descarga sumergida En relación al nivel de la cresta del medidor y físicamente se manifiesta con una circulación libre del agua en el medidor, sin producir ninguna turbulencia o cambio brusco del tirante de agua.
Con salto hidráulico: Este caso se presenta, cuando el tirante aguas abajo del medidor es lo suficientemente grande con respecto al nivel de la cresta y por lo tanto el agua trata de recuperar el nivel de aguas abajo, lo cual se hace bruscamente, produciendo el salto hidráulico, siempre y cuando el salto hidráulico se produzca fuera de la garganta el escurrimiento será libre.
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Cuando la descarga es sumergida se le llama operación no modular. Cuando el caudal aguas abajo de la estructura obstaculiza la descarga por la garganta, se tiene escurrimiento sumergido, y en este caso la carga Hb difiere poco de la carga Ha siendo el caudal función de dos cargas: Ha y Hb Es decir, cuando la mira en “b” marca una altura de agua
(Hb) se dice que el medidor funciona con cierto grado de sumergencia. Se le conoce como grado de sumergencia o de sumersión y es la que determina si en un momento dado, el medidor trabaja libre o con sumersión; estas características de escurrimiento están determinadas con los siguientes valores:
Parshall demostró que cuando la sumergencia es mayor de 0.95 la determinación del gasto se vuelve muy incierta debiendo adoptarse S= 0.95 como valor máximo.
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AFORADOR PARSHALL MEDICIÓN DE DESCARGA Condiciones de descarga libre Normalmente se recomienda que el medidor trabaje en descarga libre, ya que para el cálculo del gasto, será suficiente conocer la altura de carga Ha constituyéndola en la expresión
= Donde: Q Ha
= caudal en m³ /seg. = Carga medida aguas arriba de la garganta en metros
n
= exponente que varía de 1.52 a 1.60
K
= factor que depende del ancho de la garganta
A continuación se dan los valores de K y n para gargantas de 1 pulgada hasta 8 pies.
Sumergencia A la relación:
= ℎℎ
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AFORADOR PARSHALL APLICACIÓN: El canal Parshall es recomendado para aquellas aplicaciones en las que se tengan concentraciones moderadas de arena, grava u otros solidos pesados y en donde las velocidades del fluido al ingresar al canal son subcriticas. El canal opera con una pequeña perdida de energía o cambio en el grado del canal, cerca de un cuarto con respecto a otros vertederos con la misma longitud de cresta. El canal es ideal para la medición de fluidos en canales de riego o alcantarillado.
Ventajas y desventajas: Este tipo de aforador tiene las ventajas siguientes:
Opera con pérdidas de carga relativamente bajas. Para un gasto dado, la perdida de carga es de 75% más pequeña que para otros medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre. El aforador es poco sensible a la velocidad de llegada. Se logran buenas mediciones sin sumergerencia. Aproximadamente construido mantiene una precisión de ±2% para descarga libre y ±5% bajo condiciones de sumergencia considerable. La velocidad del flujo en el interior del aforador es lo suficientemente alta para evitar el azolve.
Su principal desventaja es que debe construirse de acuerdo a medidas estándar, lo que dificulta y encarece su construcción. Además, no puede combinarse con estructuras de derivación o control. Aunque esta última desventaja ocurre para todos los aforadores
Ejercicios:
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