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Versión: 01 Página 1 de 8 GUIA 1. MEDIDORES DE FLUJO EN CANALES
1. Autores Mónica Alcorro, Gillean Ariza, Clemente Canabal, Rafael Torres, Yuri Dau. Programa: Ingeniería Ambiental. Asignatura: Hidráulica 2. Generalidades La medición del agua resulta de la necesidad de brindar mayor control sobre su uso y distribución. Dicha medición se realiza a través de medidores de flujo, los cuales son dispositivos que utilizan diferentes principios mecánicos o físicos para permitir que un flujo de agua pueda ser cuantificado. El ensayo de laboratorio está enfocado a conocer el funcionamiento de los aforadores Parshall bajo condiciones reales de trabajo, los cuales son dispositivos muy confiables y de fácil operación 3. Objetivo de la práctica Reconocer y aprender el uso de los medidores de caudal e identificar dispositivos como canaleta parshall. 4. Marco teórico El canal Parshall o también llamado medidor Parshall, es una estructura hidráulica que permite medir la cantidad de agua que pasa por una sección de un canal determinado. Es un medidor de régimen crítico, siendo idealizado por Ralph L. Parshall, ingeniero del servicio de irrigación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Los medidores Parshall son identificados nominalmente por el ancho de su garganta, por ejemplo: un medidor Parshall de 9 pulg. Mide 0.23 m. Para su fabricación, en los medidores Parshall se han utilizado muy diversos materiales, pudiéndose fabricar de láminas de metal o madera y recientemente de fibra de vidrio. También se pueden construir directamente sobre el terreno con el uso de elementos de mampostería como ladrillos y bloques de concreto y en algunos casos fundidos con concreto reforzado para mayor durabilidad. Partes del medidor Parshall Consta de cuatro partes principales: 1. Transición de entrada 2. Sección convergente 3. Garganta 4. Sección divergente En la transición de entrada es conveniente elevar el piso sobre el fondo original del canal, con una
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Versión: 01 Página 2 de 8 GUIA 1. MEDIDORES DE FLUJO EN CANALES pendiente ascendente de 1:4 (1 vertical y 4 horizontal), hasta comenzar la sección convergente, con paredes que se van cerrando en línea recta o circular de radio (R), debido a que el aforador Parshall es una reducción de la sección del canal, que obliga al agua a elevarse o a remansarse para luego volver a descender hasta el nivel inicial sin el aforador. En este proceso se presenta una aceleración del flujo que permite establecer una relación matemática entre la altura de carga o elevación que alcanza el agua y el caudal que circula a través del dispositivo. Para medidores menores a 1 pie o 30 cm (ancho de garganta) R = 0.41 m Para medidores de 1 a 3 pies, R = 0.51 m Para medidores de 4 a 8 pies, R = 0.61 m Usos del medidor Parshall Su uso se extiende a regular y medir el caudal en canales de riego, cauces de ríos no navegables, drenajes, etc. Para el ensayo se utiliza un canal Parsahll fabricado de acrílico transparente, con una garganta W = 3 pulg. (7.6 cm). Para el cual se debe encontrar la ecuación generada propia de este dispositivo medidor de caudales. El medidor Parshall fue creado teniendo como objetivo principal la irrigación. Los de menor tamaño se usan para regular la descarga de agua distribuida a propiedades agrícolas y los de mayor tamaño se utilizan en grandes canales de riego. Los medidores Parshall también se utilizan en estaciones de tratamiento para la inyección de sustancias químicas, aprovechando el resalto hidráulico. La medición del caudal, tan necesaria en servicios de abastecimiento de agua, puede ser realizada fácilmente y con pequeño gasto económico si se utilizan los medidores de forma conveniente. Su uso es remendado en canales principales, estaciones de tratamiento, entradas en depósitos, etc. A continuación se presenta una tabla con los rangos de caudales en los que se recomienda operen de forma eficiente los canales Parshall, trabajando a descarga libre.
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Versión: 01 Página 4 de 8 GUIA 1. MEDIDORES DE FLUJO EN CANALES Las investigaciones han demostrado que cuando el grado de sumersion es mayor del 9 5%, la determinación del gasto se vuelve muy incierta debiendo adoptarse por lo tanto 9 5% como valor máximo de sumergencia. Ventajas de los medidores Parshall Se puede mencionar como una de las principales ventajas la facilidad con la que pueden ser construidos, además presentan otras que tienen sus propias características hidráulicas, por ejemplo:
- Una sola medida o determinación de carga es suficiente para determinar el caudal.
- La pérdida de carga es mínima.
- El paso del flujo es libre y por lo tanto no presenta problemas de obstrucción con elementos arrastrados por la corriente.
- Al ser la velocidad de la garganta mayor que la velocidad de aproximación, no existe la posibilidad que ocurran sedimentaciones que afecten las mediciones. 5. Metodología 1.1 Materiales, equipos y/ o reactivos Canal parshall Cinta metrica Cronometro Manguera Buretra o tanque 5.1 Procedimiento Teniendo la ecuación del caudal generado mediante la curva de calibración, se continúa a calcular el grado de sumergencia. Para ello se debe: Instalar el canal Parshall Poner en funcionamiento y graduar el paso de agua en la descarga Esperar a que se estabilice el flujo de agua a efecto de tomar lecturas precisas.
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Versión: 01 Página 5 de 8 GUIA 1. MEDIDORES DE FLUJO EN CANALES Tomar la lectura de Ha en centímetros en la escala de canal Parshall, esta se toma en la zona convergente a 2/3 del inicio de la garganta en dirección a la zona de entrada. De igual forma se debe tomar Hb en la zona divergente.
Realizar el cálculo mediante la fórmula para grado de sumersión S= Hb/Ha
CALCULO DE LA ECUACION PROPIA DEL CANAL PARSHALL
Ilustración 1. Ecuación propia de la canaleta. Fuente: autores 2018. Con ayuda de la ecuación propia del canal, obtenida mediante la ecuación de línea recta se determinó las siguientes variables : Remplazando la formula Q= KH n Se obtuvo variables N 1. Log k (-0.8443) k 0.
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Versión: 01 Página 7 de 8 GUIA 1. MEDIDORES DE FLUJO EN CANALES similar al planteado en descarga libre, solo se debe restar ese coeficiente. Ilustración 2. Formula de corrección para C Fuente: J.M de acevedo y Guillermo Acosta, manual de hidráulica. 1.2 Precauciones o riesgos de la práctica Entrar Con bata, zapatos cerrados, calcetines y Jean sin perforaciones al laboratorio.
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Versión: 01 Página 8 de 8 GUIA 1. MEDIDORES DE FLUJO EN CANALES Llegar puntual a la práctica. Cuidado de los equipos. Respetar a sus compañeros y docente
6. Condiciones para la realización de la práctica Se requiere un espacio adecuado, bien iluminado y con buena temperatura (no mayor a 25°c) 7. Situaciones problémicas Realizar la gráfica representativa de la ecuación con su línea de tendencia Describir las actividades y resultados obtenidos en el laboratorio 8. Resultados y conclusiones de la práctica El estudiante debe presentar informe de laboratorio en el modelo sugerido, exponiendo un análisis de los resultados indicando las posibles fuentes de error y recomendaciones en la realización de la práctica. 9. Referencias bibliográficas
- De Azevedo, J. M. y Guillermo Acosta A. Manual de Hidráulica. 6ª ed. Mexico: Harla,
- 578 pp.
- Giles, Ronald V. Mecánica de los fluidos e Hidráulica. (Schaum). Mexico: McGraw Hill, s.a. 273 pp.
- Merrit, Frederick S. Manual del ingeniero civil. 2ª ed. (vol. IV). Mexico: McGraw Hill,
- 170 pp.
- Streeter, Victor L. y E. Benjamin Wylie. Mecánica de los Fluidos. 3ª ed. Mexico: McGraw Hill, 1993. 595 pp.
