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
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
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.
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 h
12las pérdidas por
fricción entre los puntos 1 y 2.
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.
El diagrama anterior muestra que para una cierta energía específica por
encima de un mínimo (por ejemplo H
3=H
4en 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 (y
c), 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 (H
min) y velocidad crítica (v
c):
(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
3. MATERIAL UTILIZADO
• Canal Parshall• Flexómetro. • Cronometro.
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).
5. DATOS Y OBSERVACIONES
DATOS OBTENIDOS
Área del tanque de aforo a 5967,850 cm2
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
punto de medición (2/3) 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 Tiempo (cm)h 1 15,52 5 2 15,09 5 3 15,38 5 4 15,50 5 5 15,44 5 6 14,68 5
