FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA
AFORADORES CHAMBERLAIN CURSO
:
HIDRÁULICA.
PROFESOR
:
ING. TOLEDO CASANOVA LUIS.
ALUMNO
:
BAUTISTA GÓMEZ DEINER. CARLOS VILLAR ELOISA. LOZANO VENTURA CINTHIA. SIESQUEN ROJAS MARCO. YOVERA CHOZO CHOZO DARWIN.
CICLO
:
2017 – II
INDICE
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INTRODUCCIÓN Este tema tiene por finalidad explicar los principios fundamentales relativos a la evaluación de las características del flujo en los vertederos y aforadores, ya que son éstas las que determinan las relaciones existentes entre la altura de carga y el caudal y el límite modular en dichos dispositivos de medida. Conocer el caudal de ingreso y en su caso, el escurrido de la parcela bajo riego, es un dato fundamental para el diseño y optimización de la operación de los sistemas de riego por superficie. Existen una amplia variedad de dispositivos para monitorear en forma continua el caudal en cada una de las fases de operación del riego. Para el monitoreo y evaluación del riego a nivel parcelario los más utilizados son los aforadores y vertederos (Kindsvater y Carter, 1957; Robinson y Chamberlain, 1960; Shen, 1960; Israelsen y Hansen, 1965; Skogerboe et al, 1967; Withers, B and Vipond, S., 1974; Bos et al, 1986). En cada caso para conseguir valores aceptables en las mediciones del caudal es de suma importancia que el dispositivo seleccionado sea instalado adecuadamente a campo y se encuentre hidráulicamente calibrado. Samani y Magallanez (1993) investigaron el aforo de un canal trapezoidal mediante la instalación de una tubería colocada axialmente. Ammari (2002) determinó la posibilidad de medir el flujo en un canal rectangular utilizando un cilindro portátil. Wahl (2005) presentan para una gran variedad de dispositivos de aforo, que incluyen métodos de aforo en tuberías circulares, tablas de fácil utilización que incluyen las dimensiones para su c onstrucción, requerimientos de carga y sus correspondientes ecuaciones de gasto. Shamel I. Al-Kadhi (2006) analizaron los aforadores tubulares con una técnica simple y portátil de bajo costo, desarrollando un factor de corrección de flujo que considera el efecto de las curvaturas de líneas de flujo.
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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Conocer el funcionamiento de los aforadores Chamberlain.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Conocer los parámetros de construcción del aforador Chamberlain.
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AFORADOR CHAMBERLAIN Este es otro aforador de profundidad crítica de un diseño similar al Parshall, que resulta particularmente útil como aforador portátil para mediciones eventuales de pequeños caudales en corrientes o canales sin revestir (Chamberlain 1952). Se puede prefabricar en fibra de vidrio o en láminas finas de metal e instalarse en unos pocos minutos. Existen muchas versiones de mayor tamaño y variaciones del principio del aforador. Por lo común se suelen construir in situ en lugar de prefabricarse y son particularmente útiles para corrientes rápidas de montaña (Goodell 1950) o en condiciones semitropicales en las que pueden ocurrir inundaciones repentinas con mucha carga (Gwinn 1964). Una dimensión intermedia de un aforador de tipo Washington, diseñado para ser utilizado en Nuevo México, puede medir caudales de hasta 6 m³/s con un fuerte arrastre de fondo (Aldon y Brown 1965). No existen aforadores estandarizados y se tienen que calibrar utilizando el método velocidad/superficie examinado en la sección Método velocidad/superficie.
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UTILIZACIÓN DE ESTRUCTURAS EXISTENTES Las estructuras existentes se pueden a veces utilizar como secciones de control para dar una estimación de los caudales máximos a través de las alcantarillas de las carreteras o de las aperturas de los puentes. Para alcantarillas rectangulares, se puede calcular un valor aproximado a partir de la fórmula general del caudal que atraviesa un vertedero rectangular:
Efecto de la sumersión en la calibración de un aforador en H (de USDA-ARS 1979)
Un aforador del Washington State College para medir caudales pequeños ( M. G. K ay )
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Las características de estos aforadores, de acuerdo con los estudios de Robinson y Chamberlain (1958) son las siguientes: Parece ser que las condiciones de acceso afectan grado mínimo la relación altura-
gasto El material depositado en el acceso no modifica la relación anterior de un modo
considerable Se pueden medir toda una serie de cursos de agua por medio de esta estructura,
con pequeñas variaciones de la altura Los aforadores actúan en mayores condiciones de sumersión que aquellos
rectangulares, sin que sea necesario realizar correcciones para determinar el caudal exacto La forma trapezoidal se adapta mejor a la forma normal de los canales que la
rectangular Los detalles de construcción tales como la transición son más simples Por el contrario, la relación entre la altura y el caudal no puede ser expresada en
forma de ecuación tan simple como en el caso del aforador rectangular Teniendo en cuenta que una variación pequeña de la altura origina una
modificación relativamente mayor del caudal, la sensibilidad del aforador a los cambios de caudal es menor que los rectangulares.
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AFORADOR CUTLER FLOW (Sin cuello o desgargantado) El aforador "sin cuello," es un nombre que se ha adaptado del original en inglés "Cutthroat Flume." A pesar de que varios expertos no consideran el aparato digno de confianza como un medidor de agua, hay otros que dicen que si da buenos resultados. Se da a continuación una breve descripción de ello y su uso para medir el agua en los canales abiertos. Ha resultado de una serie de trabajos de G.V. Skogerboe, M.C. Hyatt, R.K. Anderson, y K.O. Eggleston. El aforador ofrece unas ventajas sobre el Parshall, tales como una fácil construcción e instalación con mayor economía.
El aforador sin cuello tiene la forma que se muestra en la figura 5.16 y consiste de la sección de entrada convergente, la garganta de ancho, "W," y la sección de salida divergente. El fondo del aforador es plano en contraste con el aforador Parshall. La descarga o caudal se obtiene midiendo las profundidades de flujo, o carga, aguas arriba,
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Ha, y aguas abajo, H b, de la garganta. Estas cargas se pueden medir con escalas en las posiciones indicadas en la figura o bien con pozos tranquilizadores.
La descarga en el aforador sin cuello bajo condiciones de flujo libre depende únicamente por la carga aguas arriba, Ha. Se calcula por la ecuación:
(5.10)
Donde:
Q = descarga o caudal en m 3 /s
Ha = Carga en m
n = exponente del flujo libre
C = coeficiente del flujo libre
La relación entre la longitud del aforador (L), la sumersión transitoria (St) y los Coeficientes y Exponentes para el cálculo de la descarga de Condiciones de Flujo libre y Sumergido son mostrados en la tabla 5.4.
Tabla 5.4. Parámetros para aforadores sin cuello
L (Metros)
St(%)
Flujo (n)
Libre(K)
Flujo(ns)
Sumergido(Ks)
0.5
60.7
2.080
6.15
1.675
3.50
0.6
62.0
1.989
5.17
1.600
2.90
0.7
63.0
1.932
4.63
1.550
2.60
0.8
64.2
1.880
4.18
1.513
2.35
9
0.9
65.3
1.843
3.89
1.483
2.15
1
66.4
1.810
3.60
1.456
2.00
1.2
68.5
1.756
3.22
1.427
1.75
1.4
70.5
1.712
2.93
1.407
1.56
1.6
72.0
1.675
2.72
1.393
1.45
1.8
73.8
1.646
2.53
1.386
1.32
2
75.5
1.620
2.40
1.381
1.24
2.2
77.0
1.600
2.30
1.378
1.18
2.4
78.4
1.579
2.22
1.381
1.12
2.6
79.5
1.568
2.15
1.386
1.08
2.7
80.5
1.562
2.13
1.390
1.06
Figura 5.16. Planta del aforador sin cuello
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El valor de la exponente n depende de la longitud, L, del aforador. El valor del coeficiente de flujo libre, C, depende de la longitud y el ancho de 1a garganta, W.
El valor de esta se da por:
C = KH l.025 (5.11)
El valor de K depende de la longitud del aforador. El cuadro da valores de estos factores.
Para determinar e1 caudal cuando el aforador funciona bajo condiciones de flujo sumergido, tiene que medirse la profundidad aguas arriba, H a y aguas abajo, H b, Con estas condiciones el caudal se determina por:
(5.12)
Donde:
Q = descarga en m /seg.
Ha = profundidad aguas arriba en m
H b = profundidad aguas abajo en m
n = exponente de flujo libre
nS = exponente de flujo sumergido
S = la sumersión H b/Ha en forma decimal
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CS = coeficiente de flujo sumergido – K S W 1.025
Los valores de K S y NS se pueden tomar de la tabla 5.4. También en el cuadro aparece un St, que es la sumersión transitoria o sea el límite de sumersión entre el flujo libre y el flujo sumergido.
La determinación del caudal en un aforador sin cuello se muestra por medio de los siguientes ejemplos:
1. W = < 20 cm" >20 cm, L = < 180 cm" >180 cm Ha = 0.25 m, Hb = 0.10 m
Entonces
De la tabla el valor de S t = 73.7%, y como S es menor que S t hay flujo libre en el aforador y se pueden usar las ecuaciones para obtener la descarga.
C = KW1.025
Y por lo tanto C = 2.53 (0.20)
1.025
= 0.486
De la tabla 5.4 el valor de la exponente n es 1.65 y el caudal se calcula por la ecuación:
2. W= < 10 cm" >10 cm, L = < 90 cm" >90 cm Ha= < 30 cm" >30 cm H b = < 27 cm" >27 cm
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La sumersión
De la tabla St = 65.3% Como S es mayor que S t tenemos flujo sumergido y se calcula la descarga por medio de la ecuación:
De la tabla 5.4 el valor de K S = 2.15, n = 1.843 y n S = 1.483 entonces C = 2.15 (.10)1.025=0.203
Cabe mencionar que el colog S = - log S o en nuestr o caso el colog (0.9) = 0.0458
Por medio de las calculadoras programables, es rápido y fácil calcular los caudales. Una vez construidos los aforadores y conociendo las dimensiones, se puede preparar tablas de caudales bajo condiciones de flujo libre si se desea.
El aforador debe instalarse en un tramo recto del canal, cerca de la toma del agua, pero a una distancia suficiente para evitar que el agua llegue sin turbulencia al aforador. Siempre es preferible que los aforadores sin cuello operen bajo condiciones de flujo libre. Es necesario tener datos de los flujos máximos y mínimos a medirse con sus respectivos tirantes y las dimensiones del canal.
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El tirante aguas abajo será prácticamente lo mismo después de la instalación del aforador, pero la profundidad aguas arriba aumentará según las pérdidas de carga. Estas pérdidas se consideran igual a la diferencia de elevación entre las superficies de agua en la entrada y salida del aforador. En la determinación de las dimensiones del aforador, que es semejante al proceso para el aforador Parshall, se deben considerar estás pérdidas y su efecto en el borde libre del canal. Si son excesivas hay que escoger un tamaño mayor o dejarlo funcionar bajo condiciones de flujo sumergido. Se recomienda que la relación de la amplitud de garganta a la longitud sea entre 0.1 y 0.4, o sea W/L= 0.1 hasta 0.4.
CONCLUSIONES Se puede concluir que el aforador Chamberlain resulta útil como aforador portátil
para mediciones eventuales de pequeños caudales en corrientes o canales sin revestir. También se puede decir que el aforador sin cuello sirve para medir el agua en los
canales abiertos. Además de ofrecer ventajas sobre el Parshall, tales como una fácil construcción e instalación con mayor economía.
RECOMENDACIONES
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Al realizar mediciones de caudal con vertederos, es importante que el flujo sobre
la cresta sea libre y no presente escurrimientos en sus paredes, ya que esto afectará la precisión de las formulas, dando resultados no confiables. Cuando se proceda a tomar lecturas de carga H, en vertederos se debe esperar a
que se estabilice el flujo de agua en el canal hidrodinámico, para obtener medidas precisas. Los canales Chamberlain son apropiados para regular y medir caudales que
trasladen desechos sólidos. El aforador “sin cuello” o Cutlerflow debe instalarse en un tramo recto del canal,
cerca de la toma del agua, pero a una distancia suficiente para evitar que el agua llegue sin turbulencia al aforador. Siempre es preferible que los aforadores sin cuello operen bajo condiciones de flujo libre. Efectuar un mantenimiento periódico a los vertederos, canal Chambelain y canal
Cutlerflow, utilizados en los ensayos de laboratorio a efecto de obtener medidas precisas y confiables.
LINKOGRAFÍA N. W. Hudson. Medición sobre el terreno de la erosión del suelo y de la
escorrentía
(1997).
Recuperado
de:
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https://books.google.com.pe/books?id=m1DFcx3B0dYC&pg=PA77&lpg=PA77 &dq=aforador+chamberlain&source=bl&ots=7TqPGCfAlk&sig=YUZOgYtk_LRUP9uurT5CacHZRA&hl=es&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiE3f6M 383UAhWILcAKHebbBisQ6AEIPDAI#v=onepage&q&f=false Orson W. Israelsen, Vaughn E. Hansen. Principios y aplicaciones del riego.
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https://books.google.com.pe/books?id=vRtP-
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