FACULTAD DE TECNOLOGIA COCHABAMBA
CANAL PARSHALL
MATERIA:
Obras hidráulicas
GRUPO: A DOCENTE:
Ing. Muñoz Iriarte Carlos Guardia Orgas Freddy Hurtado Gabrieluis Valenzuela Juan Pablo
INTEGRANTES:
FECHA:
COCHABAMBA - BOLIVIA
30 de Mayo de 2014
UNIVERSIDAD DEL VALLE FAVULTAD DE TECNOLOGIA ING. CIVIL
CANAL PARSHALL
1. DEFINICION.-
El aforador Parshall es una estructura hidráulica que se refiere a un aparato calibrado para medir el agua en los canales abiertos. Su precisión de aforo es tan buena como la de un vertedor. Llamado así por el nombre del ingeniero estadounidense que lo concibió, se describe técnicamente como un canal venturi sin azolves o de onda estacionaria o de un aforador de profundidad crítica. Sus principales ventajas son que sólo existe una pequeña pérdida de carga a través del aforador, que deja pasar fácilmente sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguación y que tampoco necesita correcciones para una sumersión de hasta el 70%.En consecuencia, es adecuado para la medición del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturales con una pendiente suave. 2. ESQUEMA – DESCRIPCION.-
Consta de cuatro partes principales: Transición de entrada: En la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondo original del canal, con una pendiente suave y las paredes se van cerrando, ya sea en línea recta o circular.
Sección convergente: En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. Garganta: En la garganta el pico vuelve a bajar para terminar con otra pendiente ascendente en la sección divergente. Sección divergente: En la transición de salida, el piso desciende con una pendiente suave y las paredes se van abriendo, ya sea en línea recta o circular.
W = Ancho de la garganta A = Longitud de las paredes de la sección convergente a = Ubicación del punto de medición Ha B= Longitud de la sección convergente C= Ancho de la salida D=Ancho de la entrada de la sección convergente E=Profundidad total T=Longitud de la garganta G=Longitud de la sección divergente H=Longitud de las paredes de la sección divergente K=Diferencia de elevación entre la salida y la cresta M=Longitud de la transición de entrada N=Profundidad de la cubeta P=Ancho de la entrada de la transición R=Radio de curvatura X=Abscisa del punto de medición Hb Y=Ordenada del punto de medición
Junto a la estructura del aforador se tienen dos pozos laterales o tanques con la misma profundidad, o mayor, que la parte más baja del aforador. El agua que escurre por el aforador pasa a estos tanques por medio de unas perforaciones colocadas en la pared de la sección convergente y en la garganta. El canal Parshall es uno de los elementos primarios existentes que es empleado para canales abiertos conocidos como canales Ventura de flujo crítico. Una característica distintiva de este elemento es la pendiente hacia abajo invertida de la garganta. Esta característica da al canal Parshall la habilidad de operar en rangos más altos aguas abajo a aguas arriba del nivel que cualquier otro dispositivo. El canal Parshall es una estructura monolítica de fibra de vidrio reforzada con poliéster para garantizar la mayor resistencia ‘y’ precisión en el tamaño mientras que se reduce el tiempo de
instalación. De peso liviano, fácil instalación que no requiere herramientas especiales para su montaje, Su corta longitud permite la instalación en donde se cuente con espacio limitado por construcciones circundantes.
3. USOS – TIPOS
El canal Parshall es recomendado para aquellas aplicaciones en las que se tengan concentraciones moderadas de arena, grava u otros sólidos pesados y en donde las velocidades del fluido al ingresar al canal son suscriticas. El canal opera con una pequeña pérdida de energía o cambio en el grado del canal, cerca de un cuarto con respecto a otros vertedores con la misma longitud de cresta. El canal es ideal para la medición de fluidos en canales de riego o alcantarillado. Los aforadores Pashall, por tipo me material prefabricados pueden ser de: Vidrio
Resine de polyester
Vinylester
Atlec Bisphenol
Polyester especial en condiciones severas
Acero inoxidable
Aparte de también puede ser de concreto y todos sus tipos, depende lo que la obra lo exija. 4. LIMITACIONES
Velocidad de llegada
Las velocidades menores de 0.3 m/s facilitan el crecimiento de maleza, los insectos y el azolve. Por lo tanto la velocidad de llegada debe exceder dicho valor. Se recomienda verificar la velocidad de llegada antes de construir un aforador. Por lo menos, es con conveniente realizar una inspección visual para evitar las corrientes inestables.
Características del flujo y necesidades operacionales
Para contar con mediciones precisas, el sitio de ubicación del aforador debe permitir grandes pérdidas de carga para absorber el remanso y así poder utilizar una relación única de tirante y gasto. Esta relación asegura que los límites de sumergencia no se han excedido o, por lo menos que no se tenga una sumergencia excesiva. Para el diseño del aforador es necesario saber si el sitio de ubicación del medidor está influenciado por la operación de compuertas sobre el canal o sobre los canales laterales. La elevación del agua puede variar ante la presencia de azolve o por las operaciones propias del canal; esto debe tomarse en cuenta para los mismos fines de mantener la sumergencia dentro de los límites adecuados. Después de seleccionar tentativamente la localización del aforador, se debe conocer el mínimo y máximo gasto que circula por el canal y las profundidades correspondientes, la velocidad máxima, y las dimensiones del canal en el sitio. Estas medidas deben incluir el ancho del canal, taludes, profundidades y la altura de los bordos por aguas arriba con especial atención a su capacidad de contener el incremento de nivel causado por la instalación del aforador.
Erosión
Idealmente, el tramo seleccionado del canal debe ser estable. En algunos tramos del canal la sedimentación ocurre durante la época de estiaje. La sedimentación puede cambiar la velocidad del acercamiento o puede incluso enterrar la estructura y la erosión puede socavar el cimiento y desgastar y romper el Parshall. Debe revisarse el estancamiento del agua antes del aforador. Un estancamiento excesivo comúnmente provoca sedimentación debido a la reducción en las velocidades de llegada.
Tramo recto mínimo antes del Parshall
Una de las principales restricciones que debe tener un sitio donde se va a colocar el medidor es la uniformidad de la corriente. Esto significa que antes del medidor se debe tener un tramo recto y sin obstáculos de una longitud mínima. Los obstáculos pueden ser inclusive bancos de arena o de grava asentados en el fondo del canal como producto del azolve. Por lo menos se debe tener un tramo recto de una longitud igual a 10 veces el ancho del fondo del canal. El fondo del canal es diferente para cada tipo de sección transversal. Si el canal es rectangular, el fondo será igual al ancho de la superficie del agua. Si es irregular el fondo será aproximadamente la parte más horizontal del fondo. Los medidores de flujo Parshall deben ubicarse en tramos rectos de canal, con ello se garantiza que el flujo sea uniforme y que las mediciones sean confiables.
Instalación
El medidor Parshall se soportará en toda su base y paredes laterales sobre una superficie sólida para evitar esfuerzos innecesarios que podrían fracturar el fondo o las paredes. Todo el cuerpo del medidor Parshall se deberá embeber en concreto, sin dejar huecos entre la superficie exterior del Parshall y su apoyo de concreto. La soportación e instalación es por cuenta de del cliente. Una inadecuada soportación causará la ruptura del equipo dejando sin efecto la garantía.
5. EJEMPLOS
Ejemplo práctico Diseñe una canaleta Parshall para manejar 20 pies 3/s de flujo en un canal de pendiente moderada cuando la profundidad de flujo en éste es de 2.5 pies. SOLUCIÓN El caudal dado puede medirse utilizando canaletas de diferentes tamaños, pero la mejor selección es la canaleta de tamaño más práctico y económico. Entonces se supone inicialmente un ancho W= 4 pies y Hb/Ha=0.7 Utilizando la suposición hecha inicialmente, entonces: Con una sumergencia del 70%, la superficie de agua en la garganta, en el punto de medida de Hb está al mismo nivel de la
superficie de aguas abajo. Bajo esta condición de flujo, la profundidad de aguas abajo es D= 2.5 pies y la elevación de la cresta por encima del fondo del canal X= 2.5 – 0.81 = 1.69 pies. Con las condiciones halladas anteriormente se utiliza este diagrama que da la perdida de altura dados los valores de caudal, sumergencia y ancho de la garganta. En este caso dicha pérdida es igual a 0.43 pies. Por consiguiente, la profundidad del agua del lado aguas arriba dela canaleta será 2.5 + 0.43 = 2.93 pies Realizando el mismo Ancho Elevación cresta Profundidad procedimiento anterior aguas arriba para profundidades de 2 1.53 2.98 2 y 3 pies se obtienen 3 1.23 3.12 los siguientes valores. 4 1.69 2.93 Para decidir el tamaño de la canaleta más práctico para ser utilizado será necesario examinar el borde libre del canal y el efecto de aumento en la superficie del agua sobre el flujo a través de la compuerta aguas arriba. Si estas condiciones son satisfactorias, la canaleta de 2 pies será la más económica debido a que sus dimensiones son más pequeñas. Sin embargo, cuando se considera el ancho del canal, la selección final puede favorecer las canaletas de 3 o 4pies, debido a que una canaleta más pequeña requeriría unos muros-aletas de aproximación con una longitud entre moderada y larga. A menudo, el ancho dela garganta de la canaleta variará entre un tercio y un medio del ancho del canal 6. CUADROS Y TABLAS.-
Los valores de M, P y R no se reportan en algunos casos, ya que es posible que se realice una transición entre el canal y el aforador con una pared vertical a 45" respecto del eje horizontal del aforador, tal como se observa en la figura.
La ecuación para el caudal bajo condiciones de flujo libre (no sumergido) es de la forma: Q =K * (Ha)n Donde: Q = caudal en m3 /seg. H = 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
Ancho de la garganta, W
K
n
1''
0.0604
1.55
2''
0.1207
1.55
3''
0.1771
1.55
6''
0.3812
1.58
9''
0.5354
1.53
1'
0.6909
1.522
1.5'
1.056
1.538
2'
1.428
1.550
3'
2.184
1.566
4'
2.953
1.578
5'
3.732
1.587
6'
4.519
1.595
7'
5.312
1.601
8'
6.112
1.607
Cuando el aforador trabaja con descarga libre quiere decir que la profundidad del agua Ha es mayor, en cierto valor que la profundidad H. Para determinar este cierto valor es necesario definir la sumergencia, que no es más que el cociente del valor de H, entre Ha, tal como se indica en la ecuación donde S es la surnergencia. S = Hb / Ha
La sumergencia permitida, para cada tipo de aforador, se presenta en la tabla. Cuando se tiene una sumergencia mayor se dice que el vertedor trabaja ahogado o que presenta descarga sumergida, en este caso, será necesario corregir el gasto calculado.
Cuando el valor de sumergencia se rebasa, el gasto en el aforador sufre una disminución. Para este caso el gasto se puede calcular con la ecuación. Qs = Q – Qe
Donde Qs es el gasto en el aforador bajo condiciones de sumergencia mayor a la permitida; Q es el gasto calculado con la primera ecuación (sin sumergencia) y Qe es el gasto de corrección.
7. CONCLUSIONES.
Se consigue una revisión de funcionamiento precisa cuando se mide todas las partes del medidor identificando el ancho de la garganta como pu nto primordial, se compara la totalidad de las medidas en la tabla normalizada inicialmente utilizada y se verifica que sean las correctas con las medidas reales del aforador y en ningún caso debe compararse las mediciones con otros métodos. Se obtienen datos correctos y precisos cuando la escala está correctamente colocada y su graduación es correcta teniendo su cero coincidiendo con el nivel de la parte horizontal del aforador, es decir, su cresta. Las normas correspondientes a aforadores Parshall dan pautas características acerca de condiciones físicas e hidráulicas que debe cumplir un aforador para que funcione correctamente, en muchas ocasiones se dificulta llevar a cabo estas condiciones, sobre todo en la práctica.
Cuando se realizan prácticas de mediciones en el aforador, sin duda se presentan situaciones que dificultan el trabajo experimental, en estas circunstancias se debe tener el cuidado de corregir los errores mediante el uso de tablas de aproximación de datos reales. Para un caudal dado, la perdida de carga es 75% mas pequeña que para otros medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre.
Opera con perdidas 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 estándar, lo que dificulta y encarece su construcción.
8. RECOMENDACIONES.
Los aforadores Parshall deben ubicarse en tramos rectos de canal, con ello se garantiza que el flujo sea uniforme y que las mediciones sean confiables. Los aforadores deben ser fácilmente accesibles para propósitos de instalación y de mantenimiento. Los aforadores Parshall colocados en canales sin revestir tienden a sufrir asentamientos después de largos periodos de operación, por lo que se debe tener muchas precauciones al momento de su construcción.
9. BIBLIOGRAFIA.-
http://es.scribd.com/doc/55291329/Canal-Parshall
http://www.efisa.com.mx/productos/medidores-parshall/manual-de-instalacion-demedidores-de-flujo-parshall.html
http://hidraulica.umich.mx/laboratorio/images/man_pdf/6o/6_p4.pdf
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/canal_parshall.pdf
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/contenido/cap5/lec5_5.htm
http://www.slideshare.net/rafadavimendez/canaleta-parshall
