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INDICE
1. Introducción 2
2. Canales de flujo Parshall 3
2.1Canales de flujo muy pequeños 4
2.2Canales de flujo pequeños 4
2.3Canales de flujo grandes 5
3. Aforador Parshall 6
3.1. Partes principales de un aforador Parshall 8
3.2. Ventajas del aforador Parshall 10
3.3. Materiales más comunes en la fabricación de un aforador 14
4. Tabla de valores de los coeficientes C y N 17
5. Valores permitidos de sumergencia en los aforadores Parshall 18
6. Medidas estándar de las canaletas Parshall 19
7. Conclusiones 20
8.Bibliografía 21
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1. INTRODUCCIÓN
Entre las diversas maneras que existe para medir el gasto que recorre un canal en
una determinada sección del mismo, se creó una estructura que facilita la
medición de dicho caudal, esta estructura se conoce como canaleta Parshall; está
hecha con una contracción del flujo de tal modo que en alguna sección dentro de
la estructura o cercana a ella se produzca flujo crítico, la ventaja del régimen
crítico radica en el hecho de que el tirante crítico es independiente de la pendiente
del canal y de la rugosidad como en los canales Venturi, lo que elimina ciertos
errores que puedan ocurrir por una inadecuada medida de estos.
La medida del flujo está basada en la ascensión que el flujo critico produce
estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base. El flujo
cambia de súper-critico a sub-crítico en el resalto, por esto la medida de la
profundidad en un único punto es suficiente para determinar la descarga, donde el
nivel de agua es medido y registrado en la línea central de acceso del canal. Las
canaletas Parshall están fabricadas en diferentes materiales como por ejemplo el
polipropileno, entre otros.
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2. Canales de flujo Parshall
Canales de flujo Parshall son dispositivos para la medición del flujo del agua en
canales abiertos, desarrollados por Parshall en 1922 después de que los
dispositivos se hayan reconocido. Estos consisten en una sección convergente
con un nivel del suelo, una sección de garganta con un suelo de pendiente
negativa, y secciones divergentes con un suelo de pendiente positiva. En los
canales Parshall la altura de la corriente se calibra en contra de una altura
piezométrica, ha, medido en una ubicación establecida en la sección convergente.
La “disminución del agua” altura piezométrica hb es medida en la garganta. En la
práctica esto también es usado en el corte-garganta y canal h.
Los canales Parshall fueron desarrollados en varios tamaños, su construcción
debe cumplir las dimensiones estructurales. La longitud de garganta y la pendiente
de fondo de garganta permanecen constantes por series de canales, mientras que
otras dimensiones varían, cada uno de los 22 canales de flujo son dispositivos
completamente diferentes. La descarga se puede medir de 3 a 5 % si el canal es
propiamente construido como recomienda la dimensión estándar.
Sobre la base del ancho de la garganta, los canales de flujo Parshall se han
clasificado dentro de tres grupos principales.
Muy pequeño 25.4 mm a 76.2 mm
Pequeño -152.40 mm a 2438.4 mm
Grande -3048 mm a 15240 mm
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Clasificación de canales:
2.1. Canales de flujo muy pequeños
La capacidad de descarga de los canales de flujo muy pequeños, va desde 0,09
l/s hasta 32 l/s. la capacidad de cada canal se superpone a la del siguiente tamaño
alrededor de la mitad del rango de descarga. La tolerancia máxima en el ancho de
la garganta es igual a b ± 0.0005 m. lo relativamente profundo y estrecho de la
sección de la garganta provoca turbulencias y hace difícil leer la medida hb, por
esto, un indicador adicional hc, situado cerca del extremo inferior de la sección
divergente del canal introducido, bajo condiciones de flujo sumergido, puede ser
leído en lugar del indicador de hb. Las lecturas hc se convierten en lecturas hb
utilizando un gráfico.
2.2. Pequeños canales de flujo
La capacidad de descarga de los canales de flujo pequeños, va desde 0.0015 m3/s
a 3.95 m3/s. La capacidad de cada tamaño de canal superpone considerablemente
a la del siguiente tamaño. La longitud de la pared lateral de la sección
convergente, de canales de flujo pequeño varia de 304.8 mm hasta 2438.4 mm de
tamaño, tiene un ancho de garganta "A" en metros propuesta por A=b/2 +1.219 en
la que b es el ancho de la garganta en metros.
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2.3. Grandes canales de flujo
La capacidad de descarga de los grandes canales de flujo varía desde 0.16 m3/s a
93.04 m3/s. la capacidad de cada tamaño del canal que se superpone
considerablemente al tamaño del próximo. La longitud axial de la sección
convergente es considerablemente más larga que en los canales de flujo pequeño
para obtener un patrón de flujo adecuadamente liso en la parte aguas arriba de la
estructura. Todos los canales de flujo debe ser cuidadosamente construido para
las dimensiones de la lista, y la nivelación cuidadosa es necesaria en ambos
sentidos longitudinal y transversal. Cuando son establecidos indicadores ceros,
deben instalarse de modo que ha, hb, y medidores hc den la profundidad del agua
sobre la cresta de nivel, no en las profundidades por encima de las tapas de
presión.
El canal Parshall no debe ser realizado por encima del límite de inmersión 0,60,
no hay necesidad de construir la parte posterior de la garganta. La truncada del
canal Parshall (sin sección divergente) tiene el mismo flujo modular. El canal
Parshall se puede utilizar tanto en los rangos de flujo modular y no modular y los
modos de operación similares. Una segunda medición es más necesaria en el
rango no-modular de los flujos y por lo general es tomada hacia el extremo inferior
de la garganta. Canales Parshall, sin embargo, se utilizan predominantemente en
el rango de caudal modular (Skogerboe et al,. 1967). Recientemente, los canales
Parshall se han ido en desgracia debido a su complejidad de construcción y
probabilidad de trampas de sedimentos en comparación con los diseños de
canales más recientes.
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No es recomendado el canal de flujo parcial para la medición del flujo sumergido
en tanto el flujo de garganta se pueden diseñar para el 90% de la inmersión,
como la caída en el nivel de agua de la superficie necesaria es menor en canal
garganta larga, especialmente para tipos de represa de cresta amplia. Si la
inmersión no es esperada en la sección convergente de la corriente baja, en la
corriente baja no será necesario construirla.
Imprecisión y aumentos de error de medición de la cabeza de descarga de un 4 a
un 20%, la libre circulación primaria exacta de 3 a 5%. El coeficiente C y rangos de
exponente n entre 0.338 a 186,88 unidades de FPS, y "n" varían de 1,55 hasta
1,60, en general, para la gama de canales de flujo de Parshall.
3. Aforador Parshall
El aforador Parshall es una estructura hidráulica que permite medir la cantidad
de agua que pasa por una sección de un canal. Consta de cuatro partes
principales:
1. Transición de entrada.
2. Sección convergente
3. Garganta.
4. 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. Puede ser en línea
recta o circular. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va
disminuyendo.
En la garganta descendemos para terminar con otra pendiente ascendente en
la sección divergente.
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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 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, ver ilustración 1.
Ilustración 1: Canal de Parshall
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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 tenía 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.
3.1. Partes principales de un aforador Parshall
Consta de cuatro partes principales:
1. Transición de entrada: Se presenta a la entrada de la canaleta como un
cambio convergente en la sección transversal y elevación suave sobre el
nivel inicial.
2. Sección convergente: Sección contigua a la transición de entrada, de
pendiente horizontal y paredes convergentes.
3. Garganta: Parte contigua a la sección convergente, presenta disminución
en el nivel mediante una pendiente, y ancho entre las paredes constante.
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4. Sección divergente: Ultima sección de la canaleta Parshall, el nivel de la
solera aumenta con pendiente de tal forma que obtenga el nivel justo antes
de la entrada a la canaleta Parshall, acompañada de una divergencia entre
las paredes.
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3.2. Principales ventajas de este tipo de aforador
Gracias a la constitución de la canaleta, el caudal avanza a una velocidad
crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de
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 en la
sección de convergencia.
Opera con pérdidas de carga relativamente bajas.
Para un gasto dado, la pérdida de carga es 75% más pequeña que para
otros medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre.
El aforador es poco sensible a la velocidad de llegada.
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Se logran buenas mediciones sin sumergencia, o inclusive, con
sumergencia moderada.
Apropiadamente construido mantiene una precisión de 2% para descarga
libre, y I.5 % bajo condiciones de sumergencia considerable.
La velocidad del flujo en el interior del aforador es lo suficientemente alta
para evitar el azolve.
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Es difícil alterar la medición.
Es menos caro que el aforador de garganta larga para la misma capacidad.
Es factible la colocación de un sensor de nivel y un totalizador en los pozos
de lectura, para conocer los volúmenes escurridos.
una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere corrección
alguna hasta un 70% de sumergencia (s).
s=H b
H a
Ecuación 1
Ilustración 2: Perfil canal de Parshall
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La principal desventaja en un aforador Parshall
Su principal desventaja es que debe construirse de acuerdo a medidas
estándar, lo que dificulta y encarece su construcción. Además, no puede
combinarse con estructuras de derivación o control. Aunque esta última
desventaja ocurre para todos los aforadores.
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Ecuación matemática que representa la relación tirante contra gasto, para
condiciones de descarga libre en los aforadores Parshall:
Q=C∗¿
Donde:
Los coeficientes C y n se definen según el ancho de garganta según la tabla 1 .
Ha es la profundidad medida en el puno de aforo en la sección convergente
Relación matemática se utiliza para determinar la sumergencia en aforadores
Parshall:
s=H b
H a
Ecuación (1)
Dónde:
Ha es la profundidad medida en el puno de aforo en la sección convergente
Hb es la profundidad medida en el punto de aforo en la sección de la garganta.
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Ecuación se utiliza para calcular el gasto cuando el valor de sumergencia se
rebasa
Qs=Q−QeEcuación 3
Donde Qs es el gasto en el aforador bajo condiciones de sumergencia mayor a
la permitida (tabla 2); Q es el gasto calculado con la ecuación (2) o la tabla 1 y
Qe es el gasto de corrección, dicho gasto se puede calcular con las figuras
obtenidas del diseño.
3.3. Materiales más comunes para la fabricación de aforadores Parshall
prefabricados
Polyester reforzado con fibra de vidrio
Resina de polyester reforzado con fibra de vidrio, vinylester, bisphenol,
poliéster, acero inoxidable.
Fibra de vidrio
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Condiciones que debe permitir el sitio de ubicación del aforador para contar
con mediciones precisas
El sitio debe ser de fácil acceso y la toma de las lecturas sea fácil, cómoda
y segura.
La corriente antes del aforador debe estar tranquila, es decir, el tramo recto
debe ser largo, la pendiente del fondo suave, sin curvas ni oleaje.
Comúnmente los aforadores Parshall colocados en canales sin revestir
tienden a sufrir asentamientos después de largos periodos de operación. En
estos casos la nivelación del fondo en la entrada puede alterarse, por lo que
es necesaria una revisión y re nivelación en caso necesario.
Regresar al aforador y verificar que todas las medidas sean correctas. Las
medidas deben ser las mismas, si se tienen diferencias, éstas no deben ser
significativas especialmente para aforadores pequeños.
Revisar que las escalas tengan su cero coincidiendo con el nivel de la parte
horizontal del aforador (cresta).
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¿Cómo debe ser el tramo donde se va a colocar el medidor para que la
corriente sea uniforme?
Para garantizar la uniformidad de la corriente, 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 diez 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.
Ubicación del aforador desde el punto de vista de la exactitud y de la
comodidad de uso.
Por conveniencia, el aforador debe ubicarse cerca del punto de distribución y
cerca de las compuertas de regulación usadas para controlar la descarga.
Los aforadores deben ser fácilmente accesibles en vehículo para propósitos
de instalación y de mantenimiento.
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4. TABLA 1 : VALORES DE LOS COEFICIENTES C Y N
Ancho de garganta Valores de C y n
W C N
(W y Ha en m, Q en L/s)
25,4 0,001352
1,5550,8 0,002702
76,2 0,003965
152,4 0,006937 1,58
228,6 0,013762 1,53
(W y Ha en mm, Q en m3/s)
0,3048 0,69 1,52
0,4572 1,06 1,54
0,6096 1,43 1,55
0,9144 2,18 1,57
1,2192 2,95 1,58
1,524 3,73 1,59
1,8288 4,521,6
2,1336 5,31
2,4384 6,11 1,61
3,04 7,48
1,6
3,658 8,86
4,572 10,96
6,096 14,45
7,62 17,94
9,144 21,44
12,192 28,43
15,24 35,41
Tabla 1: Valores de los coeficientes C y N
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5. TABLA 2 : VALORES PERMITIDO DE SUMERGENCIAS (%) EN LOS
AFORADORES PARSHALL
Ancho
de la
garganta
, W (mm)
Sumergenci
a máxima
permitida, S
(%)
Ancho
de la
garganta
, W (m)
Sumergenci
a máxima
permitida, S
(%)
Ancho
de la
garganta
, W (m)
Sumergenci
a máxima
permitida, S
(%)
25,4 50 0,3048 70 2,4384 70
50,8 50 0,4572 70 3,048 80
76,2 50 0,6096 70 3,658 80
152,4 50 0,9144 70 4,572 80
228,6 50 1,2122 70 6,096 80
1,524 70 7,62 80
1,8288 70 91,144 80
2,1336 70 12,192 80
15,24 80
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6. TABLA 3 : MEDIDAS ESTÁNDAR DE LAS CANALETAS PARSHALL
Nota: Los datos señalados en cada una de las tablas son los correspondientes al ancho de garganta apto para el diseño de la canaleta Parshall requerida para el caudal y las especificaciones dadas.
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7. CONCLUSIONES
Para optimizar las dimensiones de la canaleta Parshall, y no sobre diseñar,
se interpolo el caudal máximo en la gráfica para obtener el ancho mínimo
de garganta necesario para cumplir con los requisitos exigidos para el
diseño de la canaleta.
Al ser el diseño de la canaleta Parshall experimental hay que acogerse a lo
preestablecido en los estudios que ya se hicieron para este tipo de
aforadores, teniendo en cuenta en buscar la canaleta con el ancho de
garganta que más se adapte a los cálculos realizados, a las condiciones
iníciales y al canal de entrada dependiendo del terreno.
Para que la canaleta funcione adecuadamente se debe mantener en buen
estado evitando la sedimentación y el transporte de sólidos suspendidos,
además debe tener un tramo recto anterior de 20 (m) para garantizar el
estado de flujo uniforme.
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8. BIBLIOGRAFÍA
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/canal_parshall.pdf
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/
instrumentacionpresas/instrumpresas.html
http://80.36.188.130/Caudal/ULTRASONIDOS/CANALES%20Y
%20VERTEDEROS/C.PDF.
ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-yriegos/temario/Tema
%204.../page_10.htm/skinless_view - 17k
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