Diseño de aforador RBC y Uso de Win Flume

Siguiendo:
Clicks en Printer Setup, luego click en Calibrate Printer y click en Calibrate On-Screen Text Size.

Imprimir escala para la escala H, (Print Gage) en la parte izquierda
Imprimir escala para la escala Q, (Print Gage) en la parte derecha

Se imprimen las escalas en papel en tamaños reales en varias partes fáciles de reconstruir en una sola pieza tanto para H como para Q.
Luego se puede mandar a construir la regla con las 2 escalas para instalarla sobre la pared inclinada en la sección convergente del medidor.

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Sección canal de aproximación: Base b= 3 pies, talud Z= 1.5
Hacer click en OK

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Sección de Control: Base b= 8 pies, talud Z= 1.5, luego click en OK
Sección de Aguas abajo: Base b= 3 pies, talud Z= 1.5, luego click en OK

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Instrucción del Paso 6: Rango de descargas y tirantes aguas abajo
Hacer click en Next

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Rangos de descarga Qmax= 125 pies3/seg, Qmin= 12 pies3/seg.
Los tirantes aguas abajo, se ha usado le Ecuación de Manning: n=0.015 y s=0.000842
Hacer click en OK

Instrucción del Paso 7: Seleccionar metodo de medir niveles de agua
Hacer click en Next

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Se selecciona el metodo medida de carga como se indica en el cuadro
Hacer click en OK

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Instrucción del Paso 5: Dimensiones de las secciones transversales (Edit canal and flume cross sections)

Hacer click en Next y dar las medidas de las secciones tranversales:
Se consignarán las dimensiones del canal de aproximación (Approach Channel), dimensiones de la sección de control (control section) y del canal aguas abajo (tailwater section)

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Se ha dado valores: Altura de cresta 1.67 pies, longitud de sección de aproximación La= 2.5 pies, longitud de sección convergente Lb= 2.5 pies, longitud de sección de control L= 3.5, altura del canal H= 4.2 pies. Se ha definido abrupta expansion. Se hace click en Next y se cumple con el Paso 4.

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Instrucción del Paso 4: Definir longitudes del fondo del medidor (Edit bottom profile)
Se hace click en Next

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Con el cuadro de diálogo que aparece, seleccionar 'Start with the Built-In Default Flume' (empezar con un diseño cualquiera de un aforador RBC al que más adelante iremos poniendo las medidas de nuestro diseño), se hace un check en 'Flume Wizard' que es un 'asistente' que guiará paso por paso el diseño que se va hacer, luego hacer click izquierdo en 'Create Flume' que sifnifica crear el aforador.

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Instrucción del Paso 1: Confirmar el nombre. hacer click izquierdo en 'Next'
Aparece nuevamente el dialogo: Para confirmar el nombre del aforador RBC que es AMAT, se hace click izquierdo en OK, y se esta cumpliendo la ejecución del Paso 1.

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Instrucción del Paso 2: Escoger el sistema unidades con el que se va a proceder: Hacemos click izquierdo en Next, y se está ejecutando el Paso 2

Inmediatamente aparece el siguiente cuadro de diálogo:
Como se va a trabajar con unidades inglesas: La longitud y altura estara en pies (feet), descarga en pies3/seg (Cubic Feet/second) y de velocidad pies/seg (Feet/Second) como se indica en el cuadro a continuación.

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Luego se hace click izquierdo en 'Convert Flume Design to New Display Units'. El 'diseño cualquiera' que apareció al crear el aforador para convertir a las unidades que se están seleccionando el cuadro. Se termina de ejecutar el Paso 2.

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Instrucción del Paso 3: Selección del tipo de cresta y materiales
Al hacer click en Next aparece el cuadro que se indica a continuación

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Se ha seleccionado el tipo de cresta estacionaria o fija, y como material del medidor concreto pulido con una rugosidad de 0.000842 pies. Se hace Click izquierdo en OK y se cumple con el Paso 3

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Instrucción del Paso 8: Definir requerimientos de bordo libre (freeboard)

Hacer click en Next

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Por razones de la magnitud del gasto y la capacidad de conducción hidráulica, se escoge un 5% del tirante aguas arriba como freeboard (bordo libre)
Hacer click en OK

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Instrucción del Paso 9: Finalizar el diseño – Hacer click en Finish y guardar el diseño con su nombre. Ejemplo AMAT
Hacer click en Finish
Click en el icono : Report Equation (Reporte de la ecuación)
Luego Click en Graph: Gráfica de la ecuación
La ecuación de este aforador es:
Q = K1(h1 + K2)U

Q = 22.77(h1 + 0.13082)1.9542
Click en graph: Gráfica de la ecuación
Sobre Las Escalas de H y Q: Hacer click en el icono
Verificar incrementos y talud
En Gage reference marcar Sill-referenced (cero de la escala referenciada al nivel de la cresta)
Hacer click en Close
Click en Wall Gage Data (datos de la Regla): Como están dispuestos los datos de las reglas tanto para H (carga) como para Q (descarga).

Para Imprimir las escalas: Click en Wall Gage Plots: Para hacer arreglos de la disposición de los intervalos tanto en la escala para H (carga) y la descarga para Q (descarga).

Para la escala de la carga H
Poner Factor del tamaño de los números (Label Size number): 0.75
Cada cuántos intervalos van los números (Labeled Tick number): Cada 5 th (cinco marcas)
Decimales a mostrar (decimals to show): 2.
First Labeled Tick: Fijar número para la primera marca con que empieza la regla para la carga H

Para la escala de la descarga Q
Proceder de igual forma para la carga H
Click en Ditchrider's Table: Tabla para proyectar la Regla Graduada

Click en H-Q Graph: Relación H vs Q (tirante-descarga)
Relación Tirante-Descarga click en Rating Table: Información procesada por el Software

Revision del diseño: Hacer click en Design y luego click en Review Current Design
Hacer las correcciones correcciones que se indican en el cuadro de diálogo
CORRECCIONES: Perfil del flujo: No se nota el ferfil a descarga máxima, está por encima de la altura del canal
El diseño no es aceptable porque hay 1 mensaje de error: A máxima descarga el tirante de agua excede la altura del canal.
Solución:
Se indica que la sección de control debe ser mayor L>3.52 pies, se está poniendo L=3.6 pies
En el tramo del medidor se está poniendo una altura de canal de 4.5 pies
Los errores están sucediendo en caso de maxima descarga.
Diseño Final: Después de las correcciones
Se observa el perfil del flujo a Qmax,
Cuadro de evaluación
El diseño ha sido evaluado como Aceptable
Gráficos y tablas a obtener: Haciendo click en el ícono

Gracias por su atención

Autoridad Nacional del Agua
Octubre 2015

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Aparece el siguiente diálogo: Se pide ingresar el nombre del archivo del Aforador que se diseña: En este caso el nombre es AMAT, luego hacemos click izquierdo en OK

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TUTORIAL: USO DEL SOFTWARE WINFLUME

En el desarrollo de este tutorial, se va a exponer el manejo del Software WinFlume, para el canal expuesto en el 'Ejercicio 1' explicado en el Pre-diseño a través de las tablas 8-2 y 8-3.

Disponiendo de la información necesaria acerca de la seccion del canal donde se instalara, se va a exponer paso por paso el manejo de este Software:

PROCESO CONSTRUCTIVO RBC
Construcción en marcha de un vertedero de cresta ancha con sección trapezoidal.
Acabado del resalto en una superficie bien nivelado

PERFIL LONGITUDINAL DEL RBC
L
L
Lb
La
P1
Esquema del Perfil de un Aforador RBC
Δhmin

PRE DISEÑO DE AFORADOR RBC
La
Lb
L
bc
P1
Vista perspectiva Aforador RBC

TUTORIAL: PRE DISEÑO DE UN AFORADOR RBC

En el siguiente ejemplo que se expone el diseño de un aforador RBC en un canal determinado.

Por razones de entrenamiento y aprendizaje:

Se presenta primero un 'diseño preliminar', donde se van a obtener las medidas del medidor RBC, siguiendo la metodología dada por los autores de la creación de este aforador Boss-Clemens-Replogle (RBC), expuesto en su libro Water Measurement Manual for Flumes Edición 1981.
Luego se ajusta con el software WIN Flume

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Abrir el programa haciendo click izquierdo en su ícono correspondiente. Luego hacer click izquierdoen 'File' y posteriormente click izquierdo en 'New flume' (nuevo aforador)

Disposición general del aforador

Componentes básicos del RBC
Los componentes básicos:

Canal de acceso: Es un canal de entrada necesario para el desarrollo de condiciones uniformes y de flujo simétrico y el establecimiento de una superficie de agua estable cuya elevación se puede determinar con precisión ya que se desarrolla con un número de Froude 0.50. El canal de acceso debe ser revestido
Una transición convergente: En la que el flujo de aproximación subcrítico se acelera suavemente hacia la garganta sin discontinuidades o separaciónes de flujo.
Sección de control o garganta, donde el flujo pasa a través de la profundidad crítica. La garganta debe ser horizontal en la dirección de flujo, pero en la dirección perpendicular al flujo puede ser utilizado cualquier forma.
Una transición divergente en la que la velocidad del flujo supercrítico que sale de la sección de garganta se reduce y la energía se disipa y es parcialmente recuperada, si no es necesaria la recuperación de energía, la transición divergente puede ser reemplazada por una transición abrupta.
El canal de aguas abajo, donde el nivel de agua es una función de la velocidad de flujo y las propiedades hidráulicas del canal aguas abajo. La gama de niveles de agua en este canal es fundamentalmente importante para el diseño del aforador, ya que determina la elevación y el tamaño de la sección de control necesaria para mantener el flujo crítico en la garganta.

Aforadores tipo RBC
AFORADORES TIPO RBC

Denominado también de Garganta Larga.
Vertedero de cresta ancha.
Usados en la medida del flujo de agua en los canales abiertos.
Adaptan a una variedad de canales naturales o artificiales, por construir o existentes.
La única característica de estas estructuras en comparación a otros aforadores, es que pueden ser analizados y calibrados manual o por computadora, eliminando la necesidad de la calibración en laboratorios.
Sigue la metodología dada por los autores de la creación de este aforador Boss-Clemens-Replogle (RBC)

"DISEÑO DE AFORADOR TIPO RBC"

Octubre 2015


Ventajas del RBC

Siempre que se produce flujo crítico en la garganta, permite la medición de gasto con un error de menos de 2 %.
El cálculo de caudal se hacer para cualquier tipo de sección de garganta y canal de acceso.
La pérdida de carga es mínima y garantiza relación única entre el tirante aguas arriba y la descarga, Q.
Debido a su transición de convergencia gradual, pueden eliminar desechos flotantes.
La sección convergente no permite que sedimentos se depositen en el canal acceso.
La sedimentación puede ser un problema cuando las cargas de sedimentos son excesivos o el canal provoca una reducción significativa de la velocidad en el canal de acceso.
Por lo general son los más económicos de todas las estructuras para medir con precisión los flujos de canales abiertos.

Información Básica: Características del canal

Diseñar un aforador RBC.
Canal revestido de concreto.
Rango de descarga hasta 125 pies3/seg. (Q máximo)
Coeficiente de Manning (n) = 0.015.
Pendiente s = 0.000842
Talud Z:1.5.
Base del canal: 3 pie.
Altura total: 4 pie.

"Uso del Software WinFlume"

Setiembre 2015


Control del diseño:
Se debe verificar que (La + Lb) (2 a 3)*h1

En este caso 2.49+ 5.01 > 3*2.27, por tanto 7.5' > 6.81 (Si cumple la condición)
Con las dimensiones determinado y los datos de la sección del canal, se puede usar el Software Winflume que hará el 'reajuste' de las medidas a través del control hidráulico de las condiciones que debe cumplir el diseño del aforador RBC.

Determinación de las dimensiones del medidor:
Altura de cresta p1 = 1.67 pies
Ancho de cresta = 8.0 pies

Longitud sección de control L> 1.5*h1, L>1.5*2.27, L> 3.63 pies,.

Sección entrada La h1, La 2.27', se toma La = h1*1,1= 2.49 pies

Longitud sección convergente Lb= (2 a 3)*p1, Lb= (2 a 3)*1.67= 3*1.67 = 5,01 pies
En resumen= La = 2,49 pies, Lb= 5,01 pies, L= 3.63 pies y p1=1.67 pies

Canal de derivación Saume medidor tipo RBC, no funciona.

Determinación de los tirantes de agua.

Cuando Q = 125 pies3/seg, el valor de h1 = 2.27 pies (h1 es el tirante en el canal de acceso)

Con el valor de h1, se determina el tirante en la sección de entrada (h), siendo igual a: h1 + p1 = 2.27' + 1.67' = 3.94 pies.

Si la altura del canal es 4.0 pies queda un bordo libre de 4.00' – 3.94' = 0.06' (!) – valor a ser revisado.
Borde libre

Determinacion del ancho (bc) y altura de la garganta o cresta (p1)

Usando la Tabla 8-2, y con los datos de la sección del canal z=1.5, b=3' y la descarga de 125 pies3/seg, que está en el rango de Qmin (12) y Qmax(140) se procede a seleccionar los valores indicados en la tabla como se indica:

El tirante en la sección aguas abajo o se salida es hd= h1 +p1 – Δhmin= 2.27'+ 1.67' – 0.17 = 3.77 pies (resultado a ser revisado por el software).

Determinación del tirante h1 en el canal de acceso y ecuación de la curva Q vs h1

En la Tabla 8-3, en el grupo de aforadores 'Se', se le identifican los siguientes parámetros:
K1 = 25.61.
K2 = 0.072.
U = 1.866.

La ecuación de descarga en el canal de acceso es:
Q = K1 (h1 + K2) U

Q = 25.61 (h1 + 0.072)1.866

Del cuadro se obtiene:

El futuro medidor pertenece al grupo de medidores Se.
Ancho de cresta bc= 8'.
Altura de cresta p1= 1,67'
Mínima pérdida de carga de Δhmin= 0,17'.
La sección de la garganta o cresta del aforador va a tener la siguiente forma:

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Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
03/12/2015

Nº
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