Canal Parshall LISTO

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA

TRABAJO

:

PARSHALL

“

”

Medidor de Caudales ASIGNATURA

:

MECÁNICA DE FLUIDOS II

DOCENTE

:

ING. Francisco Espinoza, Mancisidor

ALUMNA:



MORENO LÁZARO, Crusa

HUARAZ - 2013

UNASAM FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE Escuela Académico Profesional de Ingeniería Sanitaria

PARSHALL MEDIDOR DE CANALES

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INTRODUCCIÓN

En la actualidad existen diversos tipos de medidores de caudal para canales abiertos, uno de estos es el llamado “Canal de Parshall o Aforador de Parshall”, el cual existen diversos tamaños dependiendo de en donde quiera aplicarse este medidor. Por la importancia que tiene un Aforador Parshall dentro de la Hidráulica, es necesario conocer cuáles son los requerimientos mínimos para su elaboración, así como sus dimensiones, su clasificación clasificación y la forma de elaborarlo. Por lo tanto, en el siguiente trabajo se presenta las características más importantes relacionadas con la construcción construcción de un Aforador de Parshall.

La Alumna.

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OBJETIVOS 

Conocer las características e usos del aforador de Parshall.



Conocer las ventajas y desventajas de Canal Parshall.



Estudiar los tipos de Canal Parshall.

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ANTECEDENTES Este medidor a régimen crítico fue ideado por Ralp L. Parshall. En este aforador se aplica el aparato de Venturi y por lo tanto se usa el teorema de Bernoulli;. En la literatura es posible encontrar las imensiones estándar estándar de los Parshall, Parshall, así como sus relaciones relaciones altura altura caudal. El rango para la medición práctica de caudales con estas estructuras es de 0.09 lt/s a 93 m3/s. La medición del nivel de agua en un Parshall se la hace en una de las paredes convergentes de la base horizontal a la distancia de 3 A 2 , medida de la forma en que se ilustra en la Figura 4.8 En esta figura, también se puede observar la geometría de un medidor Parshall, más el detalle de sus dimensiones.

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MARCO TEÓRICO

CANAL PARSHALL: El canal de Parshall es un tipo de medidor perfeccionado del de Venturi, estudiado para el aforo de aguas destinadas al riego agrícola. Es un dispositivo de aforo bastante exacto, aunque no tanto como el medidor Venturi, pero tiene la ventaja de que su costo es menor. El canal Parshall ha sido empleado como dispositivo de medición de gastos en las plantas de tratamiento de aguas residuales, instalaciones instalaciones en las que el bajo costo es cuestión de importancia. Ha resultado un medio de aforo satisfactorio y también muy útil para verificar la velocidad en los desarenadores. Los medidores Venturi y Parshall, dotados de dispositivos apropiados, pueden emplearse también para la dosificación de productos químicos a agregar a las aguas en proporción directa a su gasto.

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La ventaja del canal Parshall que lo hace ser el más utilizado, es que su forma no permite la acumulación de sólidos en ninguna parte del canal. Su diseño hidráulico se ha hecho de tal manera que el gasto es una función lineal de la altura del tirante a la entrada del dispositivo. La Figura 1 muestra su configuración, que en el sentido de escurrimiento inicia con una sección convergente donde el piso es horizontal, continúa con una sección de paredes paralelas de corta longitud denominada “garganta” en donde el piso tiene pendiente descendente, y termina con una sección divergente cuyo piso es de pendiente positiva.

Figura 1.1. Geometría de un canal Parshall.

En el canal Parshall se tienen dos puntos de medición de carga hidráulica: uno aguas arriba, situado en la sección convergente (designado con h1 en la Figura 1), y otro situado en la salida de la garganta (designado con hw en la misma figura). Tanto h1 como hw se miden utilizando el piso horizontal de la sección convergente como nivel de referencia.

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El Cuadro 1.a muestra las dimensiones de uso frecuente en canales Parshall para proyectos de plantas de tratamiento. Se denomina operación modular del canal Parshall a aquella en que la descarga a la salida es libre; por oposición, cuando la descarga es sumergida se le llama operación no modular.

Cuadro 1.a Características de descarga de canales Parshall (Ackers, 1978)

Las relaciones para calcular el gasto a través de un canal Parshall en función del ancho de garganta son las siguientes: Q ' 0.1771 h11.550, para w ' 76.2 mm Q ' 0.3812 h11.580, para w ' 152.4 mm

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Q ' 0.5354 h1 1.530, para w ' 228.6 mm A ' 1.5697 (W ) 0.026 Q ' 0.3716 w (h11.550/0.3048) A, para 304.8mm…. w … 2438.4 mm Dónde:

)0.026 A ' 1.5697 ( W )0.026 Además: h1 = tirante a la entrada del canal, m w = ancho de la garganta, m Q = gasto, m3/s El Cuadro 2 presenta las dimensiones estándar de los canales Parshall.

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Figura 2. Perfil hidráulico del canal Parshall. La decisión del ancho de garganta (w) determina, determina, a partir del Cuadro 9.2, sus características, características, así como la calibración de los gastos en función del tirante de agua. La Figura 9.2 muestra los datos de mayor interés para el diseño del canal Parshall. Sólo resta por determinar la pérdida de carga hidráulica en el canal, valor que se utilizará posteriormente en el trazo de la línea piezométrica. Las dimensiones para diferentes magnitudes Parshall y las relaciones altura (H) – caudal (Q), se indican en el Cuadro 4.2. La identificación de los diferentes Parshall se la hace en base a su magnitud más representativa, el ancho de la garganta (W).

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ESTRUCTURA DEL CANAL El principio básico se ilustra en la Figura 3. El aforador está constituido por una sección de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso en pendiente hacia aguas abajo y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba. Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de divergencia. divergencia.

Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afectar el caudal a través de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional al nivel medido en el punto especificado.La relación del nivel del agua aguas abajo (Hb ) con el nivel aguas arriba Ha se conoce como el grado de sumersión; una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere corrección alguna hasta un 70% de sumersión. Si es probable que se produzca un grado de sumersión mayor, Ha y Hb deben registrarse.

Este medidor básicamente consta de las siguientes partes:

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a) Una sección de entrada formada por dos muros convergentes, sobre un piso horizontal, a nivel, donde está ubicada la escala de medida, a 2/3 del punto final de la sección de convergencia. b) Una garganta que es un elemento básico de medida y que puede tener diversas dimensiones, dimensiones, a la cual se le ha asignado la letra “W”. Esta garganta está formada por dos muros paralelos y verticales sobre un piso inclinado hacia abajo con pendiente de 2.67:1 que en conjunto se denomina cuello, es decir, la garganta es la intersección de la entrada con el cuello. c) Una sección de salida formada por dos muros divergentes apoyados en un piso inclinado hacia arriba. d) Las medidas del medidor Parshall deben ser cuidadosamente respetados para poder utilizar las mismas tablas dadas por el autor; pues de variar es necesario efectuar ensayos de calibración para ajustar los coeficientes de medida y corrección. corrección.

CARACTERISTICAS 

El canal de entrada debe ser recto y uniforme



Punto Caudal: Punto de Medición del Caudal

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

Medición de la garganta de una canaleta Parshall



La profundidad de agua debe medirse en el punto "2/3A"



La canaleta debe estar nivelada, y sus paredes laterales deben ser verticales y lisas

Por lo general, el aforador debe ser instalado cerca al punto de diversión o cerca de la compuerta de control. Debe estar en un tramo recto del canal a una distancia de la compuerta

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donde no hay turbulencia. Después es necesario escoger escoger el ancho de la garganta y establecer la elevación indicada para la cresta. Ventajas:



Permite medir con precisión tanto caudales pequeños como grandes, para tal fin se construyen de diversos materiales.



Soluciona el problema de azolve muy comprometido y notorio en los vertederos, por mantenerse libre de obstrucciones gracias a su geometría y la velocidad en la garganta.



El caudal no está influenciado por la velocidad de llegada.



Las pérdidas de carga son insignificantes insignificantes frente a otras estructuras.



Su uso está recomendado tanto para el aforo de canales de riego, canales de drenaje así como de ríos pequeños.



La velocidad de aproximación no afecta las medidas de caudal cuando el aforador es construido de acuerdo a las dimensiones dadas y son usadas cuando el ingreso de fluj o es uniformemente distribuido y libre de turbulencia.

Desventajas: 

Son generalmente más caros en su construcción que los vertederos.



No pueden ser usados en lugares cercanos a las derivaciones.



El flujo de entrada debe ser uniforme y la superficie del agua relativamente suave.



Sus mediciones son satisfactorias solo si la construcción es cuidadosa y exacta.



Si no se construye con las dimensiones exactas la tabla de magnitudes no es confiable.



Los pequeños aforadores requieren una pequeña pérdida de carga para la medición de flujo modular; aunque las calibraciones de flujo sumergido son confiables no es recomendable diseñar aforadores para flujo no modular porque el manejo de las dos cargas consume tiempo y da como resultado mediciones de baja exactitud.



Este aforador tiene el grave inconveniente de no poder adaptarse a nuestras condiciones topográficas topográficas accidentadas, como lo que es más insalvable aún, el hecho de tener que afrontar la gran dificultad de su construcción con los siguientes problemas de

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calibración y de poca adaptación a la forma de canales de riego; razón por la cual su empleo se hace cada vez más restringido. 

Más caros debido a la fabricación requerida



La fabricación e instalación es crítica para que funcionen como se debe.

MEDICION EN EL CAMPO Las lecturas de carga en el vertedero, en el Parshall o en el canal, deben realizarse preferentemente utilizando un pozo de tranquilización conforme se muestra en la figura 11.3 Para una buena precisión es fundamental que la nivelación del cero de la escala fija en el pozo se realice de forma tal que coincida exactamente con la altura de la superficie del agua que caracteriza una carga nula (H=0). La prueba en campo consiste en medir diez caudales por medio del tubo pitot, para cada uno de los cuales de mide una carga H en el medidor considerado. Evidentemente, para que se pueda utilizar el tubo pitot en una prueba de este tipo es necesario que, en serie con el medidor(canal, parshall o vertedero), exista una tubería bajo presión en la cual se pueda instalar el pitot. En caso que no exista esta tubería, también se pueden medir caudales utilizando molinetes, procesos químicos, radioactivos, etc. Los diez caudales deben estar distribuidos uniformemente. La variación de caudales se consigue operando alguna válvula existente en el circuito

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CLASIFICACION Los aforadores se clasifican en forma general según el ancho de la gar-ganta gar -ganta como sigue:

Tamaño

Ancho de la garganta

Capacidad

Muy pequeño Pequeño Grande

1, 2, y 3 pulgadas 6 pulgadas a 8 pies 10 a 50 pies

.9 a 32 lps 1.5 lps a 3.95 m3/seg .16 a 93 m/seg

TABLA 1: CLASIFICACIÓN

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.

TIPOS DE MEDIDORES 1. 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. estrangulamiento.

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FIGURA 1. CANALETA PARSHALL LIBRE

2. Ahogado En este medidor, el nivel del líquido aguas abajo tiene influencia sobre el flujo en el medidor, según se puede observar en el siguiente gráfico.

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FIGURA2. CANALETA PARSHALL AHOGADA

ELABORACION DEL CANAL PARSHALL Para fabricar los canales de aforo Parshall se han utilizado muy diversos materiales. Se pueden prefabricar a partir de láminas de metal o madera o se pueden construir sobre el terreno con ladrillo y argamasa utilizando un armazón de metal prefabricado para garantizar mediciones exactas (Fotografía 29). Si hacen falta varios aforadores, se pueden moldear en hormigón empleando tableros reutilizables. Se pueden tomar medidas eventuales de la profundidad del caudal a partir de un puesto de aforo establecido en el muro del canal o, si se requieren registros constantes, es posible instalar en una poza de amortiguación colocada en una situación específica un registrador de flotante.

CONSTRUCCIÓN DE UN CANAL DE AFORO PARSHALL EN EL CAMPO EMPLEANDO UN ARMAZÓN METÁLICO REUTILIZABLE

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CONCLUSIONES 

El aforador Parshall es un aparato que se basa en la pérdida de altura del nivel del agua producida por el paso forzado de una corriente a través de un estrechamiento inclinado. La entrada, de paredes convergentes, y la salida, de paredes divergentes, están separadas por una garganta de paredes paralelas y con el piso inclinado. Se usan aforadores de tamaños escalonados para medir diferentes caudales de agua.



Los de mayor tamaño son fijos y construidos con obra de albañilería, mientras que los más pequeños son movibles y se construyen de chapa metálica.



La medición del caudal se obtiene mediante tablas y ábacos específicos para cada tipo de aforador. Con este procedimiento procedimiento se obtienen mediciones mediciones muy precisas, aun cuando el aforador trabaje con inmersión casi completa.

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Las principales ventajas de un aforador de parshall 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.



Las desventajas que posee este tipo de medidor son: que son más caros debido a la fabricación requerida y la fabricación e instalación debe realizarse con precisión para que funcionen como se debe.



Con la construcción de estos aforadores se logrará una mejor distribución del agua, y se podrá distinguir las aguas provenientes de los diferentes sistemas de riego.



Se podrán controlar los caudales suministrados a cada sistema de riego, en especial cuando existen robos de agua en los tramos intermedios a los puntos definidos en la zona de estudio.

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RECOMENDACIONES 

Las siguientes recomendaciones están dirigidas a la construcción del Aforador Parshall: o

La construcción de los aforadores deberá obedecer estrictamente las dimensiones de los diseños presentados.

o

En la construcción de estas estructuras se recomienda realizar una nueva calibración para que las regletas de medición funcionen correctamente. correctamente.

o

Las regletas de medición deberán ser construidas con plancha metálica de acero esmaltado o pletina de aluminio.



En cuanto al mantenimiento de las obras de aforo: o

Se deberá realizar una limpieza de los aforadores cada inicio de periodo de lluvias, sin dañar las paredes ni el lecho de las estructuras de aforo.

o

De la misma forma deberá hacerse la limpieza de las regletas de medición cuando sea necesario, con herramientas adecuadas, evitando dañar las graduaciones de las mismas.



En cuanto a la forma de operar las obras de medición: o

Las lecturas de las regletas se darán en forma directa del caudal de agua en (m3/s).

o

Se podrán leer los caudales en la regleta de medición de todos los puntos de aforo, con una precisión de +/- 0.007 m.

o

Se recomienda verificar constantemente el buen funcionamiento de estas, y si existieran datos erróneos, luego de una comparación con datos anteriores, se necesitará una nueva calibración.

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BIBLIOGRAFIA Referencias bibliográficas: 1. BOS, REPLOGLE Y CLEMMENS (1986) “Aforadores de caudal para canales abiertos”International abiertos”International Institute for Land Reclamation and Improvement / ILRI, Wageningen Pub.38,Edición en español 2. BOITEN W. (2000) “Hydrometry” International Institute for Land Reclamation and Improvement / ILRI, Wageningen Pub. 38, Edición en español 3. GERBRANDY GERBEN, PAUL HOOGENDAM (1998) “Aguas y acequias”. acequias” . Plural Publicaciones. La Paz – Paz – Bolivia 4. DEPEWEG H. W. Th. (1995) “Structures in irrigation Networks, Hydraulic Aspects” .IHE Dleft.Netherlands 5. GRANT DOUGLAS M.(1991) “ISCO Open Channel flow measurement handbook”.Tercera handbook”.Tercera edición 6. HOOGENDAM, PAUL (1999) “Aguas y Municipios”.Plural Publicaciones .La Paz – Paz – Bolivia

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ANEXOS

CANAL DE AFORO PARSHALL CON UN CAUDAL

CANAL DE AFORO PARSHALL CON SALIDA

LIBRE Y UN REGISTRADOR DE NIVEL

EN PARTE SUMERGIDA Y DOS REGISTRADORES DE NIVEL

SECCIÓN DE UN AFORADOR PARSHALL Y LA DETERMINACIÓN DE LA ELEVACIÓN DE LA CRESTA

PÉRDIDA DE CARGA A TRAVÉS DE LOS AFORADORES PARSHALL

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Canal Parshall LISTO

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