calculo de canales HIDRAULICOS

EPISA – UANCV

OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS

UNIDAD N°01: OPERACIONES UNITARIAS INTRODUCCIÓN Una operación unitaria es un proceso químico, físico o biológico mediante el cual las sustancias objetables que contiene el agua son removidas o transformadas en sustancias inocuas. Principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento de agua Los principales procesos de transferencia utilizados en el tratamiento del agua, son los siguientes: -

Transferencia de sólidos.

-

Transferencia de iones.

-

Transferencia de gases.

-

Transferencia molecular o de nutrientes

I. Transferencia de sólidos Se consideran en esta clasificación los procesos de cribado, sedimentación, flotación y filtración.

1.1. Cribado El cribado, también llamado desbrozo, se emplea para la retención de sólidos en suspensión y flotantes de tamaños distintos. La distancia o las aberturas de las rejillas dependen del objeto de las mismas, y su limpieza se hace bien manualmente o mecánicamente En el proceso de cribado se retienen sólidos en suspensión y flotantes mayores mediante rejillas. Los materiales retenidos se separan para someterlos a tratamiento y evacuación. Así, se remueven los sólidos gruesos: hojas, trozos de madera y otros residuos del agua. - Reja: Son dispositivos constituidos por barras metálicas paralelas e igualmente espaciadas. Su finalidad es retener sólidos gruesos, de dimensiones relativamente grandes que estén en suspensión o flotantes. Las rejas, por lo general son la primera unidad de una planta de tratamiento. Los materiales retenidos son principalmente, cáscaras de fruta, restos de vegetales, etc. Las rejas son empleadas para proteger

contra obstrucciones las válvulas, bombas,

equipos de aireación, tuberías y otras partes de la planta.

Mg. Rose A. Callata Chura

1|Página

EPISA – UANCV


Figura 1. A la derecha imagen de rejilla vista desde planta, a la izquierda vista desde perfil.

Figura 2. La remoción del material atrapado en la rejilla constituye una función clave para mantener el caudal interrumpido.

Figura 3. El canal de aproximación antes de la rejilla debe tener una canaleta de desvío como se muestra arriba para desviar el afluente durante una emergencia cuando el operador no está disponible para limpiar la rejilla. Nótese en la foto que las rejillas son hechas de aluminio. La rejilla inclinada debería de haber tenida una plataforma de drenaje de metal (Sanarate, Guatemala).


2|Página

EPISA – UANCV


Figura 4. Reja de barras curvas con rastrillo rotativo.

1.1.1. Abertura o espaciamiento de las barras El espaciamiento libre entre las barras depende de la finalidad que se pretende lograr: Tabla 1. Espaciamiento de barras por el tipo de rejas Tipo de rejas

Espaciamiento (mm)

Rejas gruesas

40 a 100

Rejas medias

20 a 40

Rejas finas

10 a 20

Rejas rotativa muy finas 0.25 a 2.5

1.1.2. Tipos de rejas Con relación al sistema de limpieza las rejas pueden clasificarse en: 1. Rejas sencillas, de limpieza manual. 2. Rejas mecanizadas, de accionamiento mecanizado.


3|Página

EPISA – UANCV


Figura 5. Reja mecanizada recta

Figura 6. Reja de desbaste de limpieza manual

1.1.3. Pérdida de carga en la reja La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad de flujo ente las barras. Según Krischmer, la pérdida de energía en una rejilla limpia puede calculase por la ec. 1.1. [ ]

⁄

Si,

Donde: H = pérdida de energía, m. β = factor que depende de la forma de elección de las barras. - 2.42 para barras rectangulares de caras rectas. - 1.67 para barras rectangulares con caras semicircular aguas arriba y abajo. - 1.83 para barras rectangulares con cara semicircular aguas arriba. - 1.79 para barras circulares. W = ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección de flujo, m. b = espaciamiento o separación mínima ente las barras, m. hv =altura o energía de velocidad del flujo de aproximación, m. θ = ángulo de la rejilla con la horizontal. V = velocidad aguas arriba de la rejilla, m/s Mg. Rose A. Callata Chura

4|Página

EPISA – UANCV


La expresión como la de “Metcalf & Eddy” es caracterizada por su simplicidad: [

]

Donde: H = pérdida de energía, m. V = velocidad de flujo a través de la rejilla (0.50 a 0.75 m/s) v= velocidad aguas arriba de la reja, m/s, v= V*E, (E es la “eficiencia”). g = aceleración de la gravedad = 9.8 m/s2. Hay que verificar también la perdida de carga para el caso en que la reja quede 50% “sucia”, es decir, para un valor V´ igual a 2V.

Por otra parte, también se tiene la expresión clásica para orificios. [

]

Donde: H = pérdida de energía, m. Q = caudal de aproximación, m3/s. C = coeficiente de descarga - 0.60 para rejas limpias A = área efectiva de flujo de la rejilla, m2.

1.1.4. Cantidad de material retenido La cantidad de material retenido varía mucho, dependiendo del tipo de rejilla, del espaciamiento o abertura, del sistema de alcantarillado y de la población aportante (condiciones locales, costumbres de la población, épocas del año, etc). La WPCF sugiere valores entre 3.5 – 37.5 mL/m3 de agua residual tratada y un valor promedio de 15 mL/m3.

1.1.5. Remoción y disposición final del material retenido - En las pequeñas instalaciones la limpieza es ejecutada por rastrillos manuales y el material sacado es retenido o incinerado. - En grandes instalaciones son removidos mecánicamente, y estos son: incinerados, digeridos o desmenuzados y disueltos al flujo. Sin embargo, esta práctica es indeseable,


5|Página

EPISA – UANCV


puesto que permite la dificultad de mantenimiento del equipo, además de ocupar mucho espacio en los digestores y problemas con la estética de las instalaciones. - El canal de acceso debe ser sufrientemente largo para que sea evitas la turbulencia junto a las barras.

Figura 7 . Rejilla simple y agujero para la disposición de residuos sólidos

1.1.6. Detalles de los canales de las rejas - Las instalaciones mecanizadas deben ser diseñadas con dos o más unidades, o por lo menos con “by-pass” dotado de una reja gruesa simple. - El ancho del canal de las rejas acostumbra a ser bien más grande que el diámetro el ancho del emisario y debe igualar el ancho de la propia reja, evitándose espacios muertos. -

El canal de acceso debe ser suficientemente largo para que sea evitada la turbulencia junto a las barras.

-

El fondo del canal es generalmente de 10 a 15 centímetros más bajo que la solera del emisario. El área útil para la determinación de la velocidad del flujo a través de las barras es considerada en proyección vertical.

-

En las instalaciones de limpieza manual generalmente se dispone el tope de las barras sobre una pequeña plataforma de hormigón, con pequeñas declividad, para facilitar la operación de limpieza y permitir el escurrimiento del exceso de agua.

-

La pérdida de carga en las rejas manuales en general no pasa de 0.15 metros. Las rejas mecanizadas con accionadas automáticamente siempre que la pérdida de carga alcance un valor predeterminado, en general entre 0.20 y 0.4 metros. Mg. Rose A. Callata Chura

6|Página

EPISA – UANCV


By pass

Figura 8. Cámara de rejas con desarenador

1.1.7. Ejemplo Una rejilla de barras circulares de 2 cm de diámetro, instalada con una inclinación de 50° con la horizontal, espaciamiento libre entre barras de 2.5 cm recibe un caudal de 100 L/s con velocidad de 0.6 m/s. Determinar la pérdida de energía a través de la rejilla limpia, la pérdida supuesta para diseño, el ancho de canal de aproximación, la altura de la lámina de agua, la longitud de la rejilla y el número de barras requerida. 1.2. Desarenado Las partículas sólidas suspendidas en el agua a tratar, pueden sedimentar como partículas discretas o como partículas floculentas por acción de la gravedad, formando sedimentos (barros o lodos) o fase sólida de esa suspensión. En el caso de partículas discretas se utilizan desarenadores para sedimentar material grueso que puede afectar a las unidades posteriores, normalmente remoción de partículas superiores a 0,2 mm.


7|Página

EPISA – UANCV


Los desarenadores son unidades destinadas a remover arena, grava, partículas u otro material sólido pesado que tenga velocidad de asentamiento o peso específico bastante mayor que el de los sólidos orgánicos. Los desarenadores protegen el equipo mecánico del desgaste anormal y reducen la formación de depósitos pesados en tuberías, canales y conductos. Además minimizan la frecuencia de limpieza en unidades posteriores a esta.

Figura 9. Desarenador

1.2.1. Principio de funcionamiento Las condiciones dinámicas de una corriente líquida, en especial la turbulencia, son responsables por el transporte de partículas sólidas más densas que el agua. Esas partículas sólidas más densas que el agua. Esas partículas son conducidas en suspensión o son arrastradas por tracción junto al fondo de los canales o tuberías. En el régimen laminar no se verifica el transporte de sólidos en suspensión. La capacidad de transporte de las aguas en movimiento varía con la sexta potencia de su velocidad. La cantidad de material en suspensión que un curso de agua puede transportar es siempre una función de su grado de turbulencia. La sedimentación de este material es lograda por la alteración del régimen dinámico de la corriente líquida. 1.2.2. Tipos de desarenadores Los desarenadores pueden diseñados como canales con velocidad controlada o como tanques de sección cuadrada o circular y de área adecuada a la sedimentación de las partículas a remover.


8|Página

EPISA – UANCV


Los desarenadores pueden ser o no ser equipados con mecanismo. En general sólo en grandes plantas se emplean equipos mecanizados. Modernamente son empleados cada vez más desarenadores con aireación con movimiento en espiral, prácticamente insensible a grandes variaciones de caudal.

Figura 10. Desarenador y desengrase por aire en la EDARU de Linares.

1.2.3. Número de unidades “By – pass” Generalmente se recomienda dos desarenadores en paralelo, de modo que el retiro de una unidad de operación, para limpieza o reparación, no impida el trabajo de la otra aunque sobrecargada.

1.2.4. Velocidad en los desarenadores En los canales de remoción de arena la velocidad recomendable es de orden de 0.30 m/s. Velocidades inferiores a 0.15 m/s causan deposición simultánea de cantidades relativamente grandes de materia orgánica, y al revés velocidades arriba de 0.40 m/s permiten el arrastre de partículas perjudiciales de arena. Por esto se debe procurar controlar y mantener la velocidad del flujo alrededor de 0.30 m/s con tolerancia de 20% para más o menos. El caudal varía continuamente en las plantas de tratamiento, pudiendo alterarse en consecuencia la altura de la lámina de agua.


9|Página

EPISA – UANCV


Para que se mantenga la velocidad dentro de límites deseables se hace el diseño del desarenador con sección adecuada y se instala aguas abajo un vertedero apropiado que tendrá también la función de dispositivo controlador.

Figura 11. Eliminación de arena y sólidos orgánicos

En caso de no poder realizar los ensayos de laboratorio, se deberá adoptar una fórmula de acuerdo a los tamaños predominantes en el análisis granulométrico efectuado. -

La sedimentación de arena fina (d<0.01 cm) se efectúa en forma más eficiente en régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1.0).

-

La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores de Reynolds entre 1.0 y 1 000.

-

La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número de Reynolds mayores de 1 000.

Cuadro 1. Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación.


10 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Donde: g = 981 cm/s2: aceleración de la gravedad d = diámetro de la partícula (cm) ρa = masa específica de la partícula (g/cm3) ρ = masa específica del agua a temperatura T°C (g/cm3) μ = viscosidad dinámica a temperatura T°C (g/s . cm) Re = Vs * d/ν = número de Reynolds ν = viscosidad cinemática a temperatura T°C (cm2/s)

1.2.5. Cantidad de arena La cantidad de arena varía mucho de una a otra localidad. Depende, entre otros factores, de las características del área de drenaje, de las condiciones y tipo de alcantarillado, de la frecuencia de lavado de las calles, del tipo de residuos industriales, entre otros.

1.2.6. Proceso de remoción de la arena En cuanto al proceso de remoción pueden ser considerados dos tipos: - Limpieza manual periódica. - Remoción mecanizada del sedimento. Los desarenadores de limpieza manual son empleados en pequeñas plantas donde el volumen depositado no es muy grande. En plantas de gran capacidad es más económica por medio de equipos mecánicos. 1.2.7. Disposición de arena El carácter de la arena removida, en un desarenador para aguas residuales, dista mucho de lo que se puede considerar una arena limpia, porque la arena retirada incluye una gran cantidad de impurezas y de material orgánico putrescible. Por ello, si no se dispone rápidamente, se presentarán olores desagradables y el material atraerá insectos y roedores. Posiblemente, el método más económico de disposición sea en un relleno sanitario. Sin embargo también se usan métodos de incineración, disposición al mar con previo remoción de material orgánico y lavado.


11 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Figura 12. Rejilla y desarenador diseñados para una laguna facultativa, seguidos por una canaleta Parshall prefabricada para controlar el nivel de agua, la velocidad horizontal en el desarenador y medir los caudales.Arriba de la rejilla hay una plataforma de drenaje para drenar los sólidos gruesos removidos con un rastro antes de enterrarlos. El desarenador tiene dos cámaras: se desvía el caudal a una cámara y se drena la otra para sacar los sólidos arenosos. Este desarenador fue instalado porque la carga de arena fue excesiva y la laguna estaba llenando prematuramente con lodos arenosos. Nótese las pilas de los sólidos gruesos y arenosos sacados por el operador y la carretilla utilizada para llevar los sólidos a su lugar de enterramiento (León, Nicaragua).

1.3. Mediciones de Caudal Las mediciones de caudales constituye una de las actividades más importantes en el campo de la hidráulica aplicada, habiéndose desarrollado innumerables dispositivos y métodos de estimación de caudal. Las aguas residuales crudas que poseen material fácilmente sedimentable, tienden a depositarse en el fondo de los canales de conducción cuando decrece su velocidad, por lo que las estructuras de medición tipo vertedero están expuestas a la alteración de la geometría de fondo y, por consiguiente, a la inexactitud en la estimación de caudales. Mg. Rose A. Callata Chura

12 | P á g i n a

EPISA – UANCV


La estructura de medición de régimen crítico, tales como la de Parshall y la de PalmerBowlus, tienen la característica de poseer un simple extrangulamiento en la sección transversal que permite el incremento de velocidad en el área de medición y, por lo tanto, no están expuestas a interferencias en la estimación de los caudales. Por este motivo, se recomiendan medidores de régimen crítico para desagües con alto contenido de sólidos sedimentables y los diversos tipos de vertederos para desagües tratados. 1.3.1. Canal aforado parshall Es un medidor de régimen crítico desarrollado por el Ing. Ralph L. Parshall, este consta de tres secciones, una entrada convergente, una sección transversal o garganta y una sección divergente. Debido a su forma, la velocidad del flujo aumenta en la sección de aproximación y pasa por la profundidad crítica (F= 1) al comienzo de la garganta. El incremento brusco de la pendiente (2.67:1) acelera el agua creando un régimen supercrítico, el cual se resuelve en un salto hidráulico al encontrar la pendiente negativa de la sección G, en la que el régimen es subcritico. Para que el medidor funcione en forma eficiente, la canaleta debe estar con descarga libre. La relación Hb/Ha se llama grado de sumergencia (S). Para que la descarga sea libre, el grado de sumersión debe ser menor o igual al 60%, para W menor de 0.30 y el 70% si W está entre 0.30 y 2.50 m. De cualquier manera, la sumergencia no debe exceder del 95 % pues valores mayores no conducen a una buena precisión. La medida de Hb se realiza a 2” aguas arriba de la parte final de la sección estrecha. Ver figura. La tabla 1 relaciona las dimensiones de la garganta con el grado de sumergencia máxima para que el medidor funciones con descarga libre. Tabla 2. Dimensiones de la garganta y grado de Sumergencia. Tamaño de medidor w < 0.30 m 0.30 < w < 2.50 m 2.50 < w < 15 m

Descarga libre S < 0.6 S < 0.7 S < 0.8

Con sumersión 0.6 < S < 0.95 0.7 < S < 0.95 0.8 < S < 0.95


13 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Figura 13. Partes de un canal Parshall

Figura 14. Medidor Parshall Mg. Rose A. Callata Chura

14 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Un salto hidráulico se produce una pérdida de carga (hf) que representa la energía consumida en turbulencia. Conociendo el grado de sumergencia es posible calcular la pérdida de carga. Para calcular el gasto en un medidor con descarga libre, es suficiente conocer la lectura de la carga Ha y sustituirla en la expresión general:

Si :

K´ *W = K

Se tiene: Donde: Q = Caudal, m3/seg. W = ancho de la garganta, m. H = es el tirante de Ha, m. n, K´ = constante del medidor. Tabla 3. Dimensiones Estandarizadas de Canales Parshall W Nº Pulgadas cm 1 1" 2.5 2 3" 7.6 3 6" 15.2 4 9" 22.9 5 1' 30.5 6 11/2' 45.7 7 2' 61 8 3' 91.5 9 4' 122 10 5' 152.5 11 6' 183 12 7' 213.5 13 8' 244 14 10' 305 Fuente: Noriega, 1999

A cm 36.3 46.6 61 88 137.2 144.9 152.5 167.7 183 198.3 213.5 228.8 244 274.5

B cm 35.6 45.7 61 86.4 134.4 142 149.6 164.5 179.5 194.1 209 224 239.2 427

C cm 9.3 17.8 39.4 38 61 76.2 91.5 122 152.5 183 213.5 244 274.5 366

D cm 16.8 25.9 40.3 57.5 84.5 102.6 120.7 157.2 193.8 230.3 266.7 303 340 475.9

E cm 22.9 45.7 61 76.3 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 122

F cm 7.6 15.2 30.5 30.5 61 61 61 61 61 61 61 61 61 91.5

G' cm 20.3 30.5 61 45.7 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 183


K' cm 1.9 2.5 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 15.3

N cm 2.9 5.7 11.4 11.4 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 34.3

15 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Tabla 4. Fórmulas para la canaleta Parshall

* Q en m3/s; Ha en m. Fuente: Romero, 2000. Cuando el medidor trabajo con sumersión, las fórmulas correspondientes a descarga libre dan un gasto mayor que el real, por lo tanto, es necesario aplicar una corrección sustractiva, quedando como expresión general del gasto:

En la cual la corrección “C” es una función de W, H, S. Para W = 0.15, el valor de “C” es: [ [

]

]

Para W entre 0.30 y 2.50 m el valor de C es:

[ {

] (

)

}

Como se aprecia, cuando el medidor trabaja ahogado el cálculo resulta muy laborioso.


16 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Los medidores Parshall deben ser ubicados a manera de evitar grandes turbulencias en su sección inicial. Ejemplo Se requiere una canaleta Parshall para aforar 50 L/s en un canal de pendiente suave, con una profundidad de flujo de 0.4 m. Se supone una sumergencia máxima de Hb/Ha =0.60 para que no ocurra flujo sumergido ahogado. 1.3.2. Medidor Palmer – Bowlus El medidor Palmer – Bowlus consiste en un estrechamiento de la sección del canala conde se producen velocidades críticas. Este tipo de medidor es particularmente adecuado para ser instalaciones dentro de estructuras existentes, tales como: canales y buzones. Pueden ser fabricados en acero inoxidable, fibra de vidrio o de concreto y de diversas secciones, (trapezoidal, rectangular o circular). En tuberías de alcantarillado, pueden obtenerse una precisión adecuada para tirantes de hasta 0.95 D. La pérdida de carga producida por el canal de Palmer Bowlus es despreciable en comparación

con la pérdida de carga de otros canales aforadores y

vertederos.

Figura 15. Palmer – Bowlus sección circular


17 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Tabla 5. Relación tirante de agua-arena en canales circulares D1/D A/D2 D1/D A/D2 D1/D A/D2 D1/D A/D2 0.05 0.015 0.30 0.198 0.55 0.443 0.80 0.674 0.10 0.041 0.35 0.245 0.60 0.492 0.85 0.712 0.15 0.074 0.40 0.293 0.65 0.540 0.90 0.745 0.20 0.112 0.45 0.343 0.70 0.587 0.95 0.771 0.25 0.154 0.50 0.393 0.75 0.632 1.00 0.785 Fuente: Noriega, 1999

Figura 16. Medidor de caudal Palmer Boblues

1.3.2.1. Diseño de canal Palmer – Bowlus Si ubicamos un medidor dentro de un buzón Fig. 16 y tomamos los puntos de Bernoulli entre (1) (aguas arriba) y (2) (en la garganta) y despreciamos la pérdida de carga, podemos escribir.


18 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Figura 17. Medidor Palmer-Bowlus de Sección Trapezoidal

Reordenando se tiene

Donde: d1 = Tirante aguas arriba, m. V1 = Velocidad aguas arriba, m/s. d2 = Tirante en la garganta, m. V2 = Velocidad en la garganta, m/s. t = Elevación en la solera, m g = Aceleración de la gravedad, m/s. Q = Caudal, m3/s A = Área de la selección, m2. B = Ancho superficial, m Considerando que se producen condiciones de régimen crítico en la garganta, la energía energía específica (E) en el punto (2) está dado por:

Si,


19 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Reemplazando:

Si derivamos con respecto a d2. [

]

Si tomamos una diferencial de área dA = B*dd2, reescribimos la ec.

Cuando el flujo es crítico la energía es mínima, por lo tanto:

La carga de la velocidad será:

Sustituyendo (3.11) en (3.7) se tiene:

1.3.2.2. Procedimiento para construir la curva de calibración de un Medidor Palmer- Bowlus 1. Se asume un tirante d2. 2. Si se trata de un medidor trapezoidal.

3. Por propiedades geométricas del trapecio

4. 5. Asumimos un valor para d1 tal que d1>d2 de la tabla 4, para la relación d1/d encontramos el valor A1/d2 y despejamos A1. Mg. Rose A. Callata Chura

20 | P á g i n a

EPISA – UANCV


6. Calculamos d1:

7. Comparamos el valor d1 asumido con el valor d1 calculando con la ec. (3.8); si el error es grande aplicamos el valor d1 calculado en el punto 5 y continuamos, como en el caso anterior, hasta que el error sea mínimo o cero. 8. Cuando d1 asumido es igual a d1 calculado hemos encontrado el primer punto de la curva de calibración d1 vs Q procedemos a asumir otro valor para d2 y así sucesivamente. Ejemplo: Se desea aforar un colector de desagües industriales de 20” de diámetro por el cual se estima que circula un caudal que varía entre 0.025 – 0.15 m3/s. Se dispone de un medidor Palmer-Bowlus de sección trapezoidal con las siguientes características. B = 0.16 m t = 0.04 m S =2 1.3.3. Mediciones de caudal con vertedero Los vertedero son la forma más simple, barata y más común de medir los caudales en canales abiertos. Se clasifican de acuerdo a su orificio, siendo los más conocidos los de sección rectangular, triangular, trapezoidal, etc. a. Vertedero rectangular Los vertederos rectangulares pueden ser de tres tipos. -

Sin contracción lateral

-

Con una contracción lateral

-

Con dos contracciones laterales

Cuando la longitud L de la cresta vertedora es menor que el ancho del canal llega las venas líquidas laterales sufren un cambio de dirección originando un estrechamiento en el chorro, a esto es lo que llama contracción lateral, ver fig.

Figura 18. Vertedero rectangular con dos contracciones laterales Mg. Rose A. Callata Chura

21 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Figura 19. Vertedero rectangular sin contracciones laterales

Figura 20. Perfil típico de descarga en un vertedero de pared delgada Fuente: Romero, 2000 La ecuación de descarga según Azevedo y Acosta del manual de Hidráulica, es la de Francis, que se escribe:

Donde: Q = caudal, m3/s L =Longitud de la cresta vertedora H = Carga del vertedero medida a una distancia d. HF =Carga debido a la velocidad de llegada = Vo = Velocidad de llegada n = número de contracciones laterales (0,1,2). α = Constante - 1.838 en el sistema métrico. - 3.33 en el sistema Inglés. Mg. Rose A. Callata Chura

22 | P á g i n a

EPISA – UANCV


b. Vertedero triangular El vertedero triangular es conocido como vertedero Thomson, es preferido cuando las descargas son pequeñas, porque la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura.

Figura 21. Vertedero triangular de pared delgada Comprenden de dos tipos según las características de sus descargas: - Vertedero con contracción completa: Cuando las paredes y fondo del canal de aproximación se hallan lo suficientemente alejadas de la ventana del vertedero, se produce una contracción completa del flujo al atravesar la misma. - Vertedero con contracción parcial: Se presenta cuando no existe contracción completa debido a su proximidad con las pareces o fondo del canal de aproximación. Para cada uno de los casos indicados existen límites característicos y rangos recomendables de aplicación, ver Tabla 6: Tabla 6. Límites recomendables de aplicación - vertederos triangulares


23 | P á g i n a

EPISA – UANCV


Para este tipo de vertederos (Fig. 21), la aproximación clásica propuesta por Wiesbach está basada en los conceptos manejados para vertederos rectangulares, en donde el flujo en la zona de descarga es dividido en elementos horizontales. El ángulo de la escotadura es casi siempre 90° se dispone de diagramas de calibración para otros ángulos, 60° , 30° y 15°, cuando es necesario aumentar la sensibilidad. Evaluación de la descarga La ecuación de descarga para vertederos triangulares de pared delgada, tanto con contracción completa como con contracción parcial, es la siguiente:

⁄

Donde: Q = caudal, m3/s. H = Carga del vertedero, m Θ =ángulo en el vértice de la escotadura. C = constante -

2.54 en el sistema Inglés

-

1.464 en el sistema Métrico

Los vertederos triangulares son más efectivos en la medición de gastos pequeños y se usan en canales pequeños. Mg. Rose A. Callata Chura

24 | P á g i n a

EPISA – UANCV


c. Vertedero del tipo sutro Son utilizados para caudales muy pequeños.

(3.19.) Donde: a = altura mínima, m b = ancho de la base, m H = h +a =altura del agua, m B = ancho total, m

Figura 22. Características del vertedero sutro

1.3.4. Dispositivos secundarios de medición El caudal de descarga a través de un vertedero o canal medidor, es usualmente una función del nivel del líquido en +o cerca de un dispositivo primario de medición (vertedero, Parshall, etc). Un dispositivo secundario de medición que tiene dos propósitos. -

Medir el nivel del líquido en medidor primario.

-

Convertir el nivel de líquido en caudal a través de una relación matemática. Este Flujo puede entonces ser integrado para obtener un volumen totalizado, transmitido a un dispositivo de almacenamiento de datos y/o en un muestreador automático.


25 | P á g i n a

calculo de canales HIDRAULICOS

Recommend Documents