INFORME MEDIDOR PARSHALL 1. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL •
Realizar un estudio de las características y aplicaciones de la canaleta Parshall como estructura de aforo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS • • •
Determinar el caudal que pasa por la canaleta. Comparar el caudal obtenido con el aforo volumétrico y el canal Parshall. Determinar el grado de sumersión del aforrador Parshall.
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL AFORADOR PARSHALL El aforador Parshall es una estructura hidráulica que permite medirla cantidad de agua que pasa por una sección de un canal. Consta de cuatro partes principales: • Transici6n de entrada. • Sección convergente • Garganta. • Sección divergente. 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. Va sea en línea recta o circular. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. En la garganta el pico vuelve a bajar para terminar con otra pendiente ascendente en la Sección divergente En cualquier parte del aforador, desde el inicio de la transición de entrada hasta la salida, el aforador tiene una sección rectangular. Junto a la estructura del aforador se tienen dos pozos laterales o tanques con la misma profundidad, o mayor, que la parte mas 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, ver (Figura 1.)
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Fundamentalmente. El aforador es una reducción de la sección que obliga al agua a elevarse o a “Remansarse", y volver a caer hasta la elevación que se tenia sin la presencia del aforador. En este proceso se presenta una aceleración del flujo que permite establecer una relación matemática entre la elevación del agua y el gasto. Por medio de muchos experimentos en los que se colocaron diferentes tamaños de aforadores y se midió el gasto y la profundidad, (a la que también puede Ilamársele elevación. nivel, tirante o carga), se observo que todos los aforadores tienen un comportamiento similar en la relación tirante contra
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gasto, para condiciones de descarga libre, es decir, todos se pueden representar matemáticamente con la siguiente ecuación. Donde Q es el gasto, para condiciones de descarga libre; Ha es la profundidad del agua en una ubicación determinada del aforador (ver figura 3); C y n son valores diferentes para cada tamaño de aforador. En función del tamaño del aforador las unidades de la ecuación (1) pueden ser en l/s o m3/s cúbicos para el gasto y en milímetros o metros para la profundidad HA.
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Desarrollo Teórico Se considera un canal abierto a un conducto con una superficie libre, que siempre está a presión atmosférica. El flujo en canales abiertos tiene lugar en ríos, arroyos, acequias, desagües, etc. Para los casos en los que el canal abierto sea horizontal o tenga una pequeña pendiente, se puede aplicar la ecuación de la conservación de energía de Bernouilli entre dos puntos de una misma línea de corriente (Figura 4): (2) Donde z es la altura del fondo del canal, y la profundidad del fluido en el canal, v la velocidad del fluido, g la gravedad y h12 las pérdidas por fricción entre los puntos 1 y 2.
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Figura 4. Partiendo de la ecuación 1, usando la ecuación de continuidad (2), y definiendo q=Q/b (donde b es el ancho del canal): (2) (3) (4) Partiendo de la ecuación 4, se define la energía específica como: (5) La ecuación permite calcular, para un caudal fijo q, la profundidad del fluido en el canal (y) a partir del dato de la energía específica y viceversa. La representación gráfica de la ecuación 5 se muestra en la Figura 1.4.
Figura 5.
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El diagrama anterior muestra que para una cierta energía específica por encima de un mínimo (por ejemplo H 3=H4 en la Figura 5) existen dos profundidades alternativas. Podemos también comprobar en el diagrama que para cada q existe una profundidad y, que hace que la energía específica del canal sea mínima. Dicha profundidad, denominada profundidad crítica (yc), se puede calcular igualando a cero la derivada de la ecuación 1.5. De esta manera se obtiene la expresión: (6) Asociada a esta profundidad crítica aparecen también las definiciones de energía mínima (Hmin) y velocidad crítica (vc): (7) (8) ESTIMACIÓN DEL GASTO PARA DESCARGA AHOGADA El ejemplo anterior funciona cuando el aforador trabaja con descarga libre. Esto quiere decir que la profundidad del agua Ha es mayor, en cierto valor. Que la profundidad H, [ver figura 6) Para determinar este cierto valor es necesario definir la sumergencia, que no es mas que el cociente del valor de H, entre Ha, tal como se indica en la ecuación (9) donde S es la sumergencia.
(9)
Figura 6. La sumergencia permitida, para cada tipo de aforador, se presenta en la tabla 3. Cuando se tiene una sumergencia mayor se dice que el vertedor trabaja ahogado o se que presenta descarga sumergida, en este caso, será necesario corregir el gasto calculado con la ecuación (1)
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3. MATERIAL UTILIZADO • • •
Canal Parshall Flexómetro. Cronometro.
Figura 7. (Esquema y partes del Canal Parshall)
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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El objetivo de la práctica es la observación de la curva de calibración de un medidor Parshall. En el laboratorio se encuentra disponible un equipo que ha sido construido con unas medidas especiales, las cuales están acordes con los gastos que pueden ser obtenidos a partir de las bombas instaladas. Para la realización de la práctica se requiere un tanque de aforo y un cronómetro para la medición de los gastos, así como de de dos piezómetros que se encuentran conectados a los puntos de medición del aforador estudiado. Los pasos que se recomienda seguir para la calibración, son los siguientes: 1. Medir las dimensiones del medidor Parshall y tomar nota del material de que está construido. 2. Marcar la elevación de la cresta sobre la escala de los piezómetros. Para ello se produce a hacer funcionar las bombas que alimentan al medidor y se asegura que el agua quede a la altura de la cresta del Parshall, entonces se toma la elevación de la cresta en cada uno de los piezómetros. 3. por medio de la válvula de regulación colocada a la entrada se establece el máximo gasto (máxima carga) en el Parshall. 4. Se toma las lecturas en los piezómetros de las elevaciones de la superficie libre del agua, aguas arriba (Ha) y aguas debajo de la cresta (Hb). 5. Se miden con la ayuda del cronometro el tiempo que demora en llenarse un volumen de agua conocido en el tanque de aforo. 6. se pasa a otra carga, disminuyendo esto con la válvula de regulación. Se espera a que se estabilice el flujo, y se toman las mismas lecturas indicadas anteriormente. Esto se hace para una 5 cargas diferentes (trabajando libre y la misma cantidad trabajando ahogado) espaciadas convenientemente entre las máximas y la minima carga del Parshall. El procedimiento de los datos consiste en lo siguiente: 1. Calcular el gasto (Q), en l/s, correspondiente a cada una de las observaciones. Para ello se divide el volumen entre el tiempo. 2. Determinar el grado de sumersión (S). Se utilizará la ecuación (9). 3. Definir si la descarga es libre o ahogado (tabla 4). 4. Agrupar las mediciones trabajando libre y ahogado.
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5. DATOS Y OBSERVACIONES DATOS OBTENIDOS 5967,8 cm 2 Área del tanque de aforo a 50 Ancho de la garganta b 2,0000 cm Longitud de la pared lateral de la sección convergente A 35,500 cm Ancho del extremo aguas abajo del canal C 9,7000 cm Distancia del extremo de la cresta al (2/3) punto de medición A 23,670 cm Longitud axial de la sección convergente B 35,000 cm Ancho del extremo aguas arriba del canal D 15,500 cm Profundidad del canal E 14,500 cm Longitud de la garganta F 6,7000 cm Longitud de la sección divergente G 19,000 cm Elevación entre el extremo más bajo del canal y la cresta K 1,6000 cm Profundidad de la cresta debajo de la garganta N 1,6000 cm
Observaciones del aforo Nº de Observación 1 2 3 4 5 6
Tiem h po (cm) 15,52 5 15,09 5 15,38 5 15,50 5 15,44 5 14,68 5
6. CÁLCULOS
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7. RESULTADOS
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
9. CONCLUSIONES
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BIBLIOGRAFÍA -
Manual de prácticas del laboratorio de Hidráulica. Dr. Ernesto García. R.
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