Aplicacion y Modelamiento 3D de Aforadores - Toledo Espino Darwin PDF

 

 

GEOMETRÍA Y APLICACIÓN DE AFORADORES  Diseño y Mediciones Hidráulicas 

ALUMNO: TOLEDO ESPINO DARWIN JEAN CARLOS CÓDIGO: 141024009P SECCIÓN: A CICLO: X DOCENTE: ING. ESCOBEDO CABRERA EMERSHON

12 DE AGOSTO DEL 2020 UNIVERSIDAD JOSÉ CARLOS MARIÁTEGUI Campus San Antonio

 

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AFORADOR PARSHALL: PARSHALL: El canal Parshall es uno de los elementos primarios existentes que es empleado para canales abiertos conocidos como canales Ventura de flujo crítico. Una característica distintiva de este elemento es la pendiente hacia abajo invertida de la garganta. Esta característica da al canal Parshall la habilidad de operar en rangos más altos aguas abajo a aguas arriba del nivel que cualquier otro dispositivo. El canal Parshall es una estructura monolítica de fibra de vidrio reforzada con poliéster para garantizar la mayor resistencia y precisión en el tamaño mientras que se reduce el tiempo de instalación. De peso liviano, fácil instalación que no requiere herramientas especiales para su montaje. Su corta longitud permite la instalación en donde se cuente con espacio limitado por construcciones circundantes.

- APLICACIONES APLICACIONES:: El canal Parshall es recomendado para aquellas aplicaciones en las que se tengan concentraciones moderadas de arena, grava u otros sólidos pesados y en donde las velocidades del fluido al ingresar al canal son subcríticas. El canal opera con una pequeña pérdida de energía o cambio en el grado del canal, cerca de un cuarto con respecto a otros vertedores con la misma longitud de cresta. El canal es ideal para la medición de fluidos en canales de riego o alcantarillado. - DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO:: La selección de un canal Parshall debe realizarse, preferentemente, con base en los caudales esperados o el máximo caudal esperado, así como en el ancho del canal del influente y del efluente los cuales deben tener al menos la dimensión mencionada en la columna B (ver tabla). Para validar una medición puntual, el gradiente hidráulico de diseño debe garantizar el libre tránsito del flujo para todos los caudales. Adicionalmente, el nivel del flujo aguas abajo no deberá exceder los valores mostrados en la Figura 2 o la medición puntual no arrojará valores aceptables - VENTAJAS VENTAJAS::   Perdida de energía relativamente baja (3 –4 veces inferior que en crestas pronunciadas)   Poca sensibilidad a la distribución de velocidad en el canal de acercamiento   Medición de caudal incluso en condiciones de inundado   La velocidad dentro de la canaleta Parshall es suficienteme suficientemente nte alta para prevenir la deposición de sedimentos o la acumulación de escombros – Mínimo requisitos de mantenimiento   Amplio rango de caudales   Larga vida útil •

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- EJEMPLO EJEMPLO:: Determinar el gasto para un aforador Parshall que tiene un ancho de garganta de 228.6 mm, con un grado de sumergencia de 0.6 y con un nivel de agua de 0.40 m de altura. Datos: W=0.2286 m H=0.40 m

Solución: Para descarga libre:

 = 14.45 14.45 ∗ (0.4 (0.40) 0).6   = 3.335  /  - Modelo en 3 Dimensiones del Aforador Parshall:

Para una vista más detallada y en 3D del aforador, revisar el archivo “Aforador Parshall 3D” adjunto en la carpeta del presente informe.

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AFORADOR POR PLACA: es un dispositivo que ha sido diseñado para aforar el caudal que circula por los surcos de riego (es un elemento portátil de aforo). Casi siempre es una placa p laca metálica, cuyas dimensiones son de 78,5 cm de ancho por 77,0 cm de alto y de 2 a 3 mm de espesor:

Los orificios deben ser de cortes vivos y bien calibrados, donde las ventanitas de acrílico permiten verclava el agua del otro lado.alSupongamos un surco. Se la placa normal surco (a ojo):que queremos determinar el caudal de

y se la coloca perfectam perfectamente ente nivelada con un nivel como el que utilizan los albañiles. - ¿Qué puede suceder?: 1- Que el orificio sea muy pequeño, implica que el nivel del agua en el surco va a

comenzar a subir. La solución es cambiar por un orificio mayor. ma yor. 2- Que el orificio sea más grande que lo aconsejable. Entonces el equipo pierde

precisión porque se da un desnivel pobre entre aguas arriba y aguas abajo, necesitando de 7 a 8 cm de diferencia para que funcione bien:

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Una vez que está bien elegido el orificio, después de estabilizarse el desnivel (Dh), se acerca una regla a la placa de acrílico y se lo mide:

El caudal se calcula con la fórmula:

Donde m es el coeficiente de gasto del orificio y A el área o superficie del mismo. Existen valores para coeficientes trabajando con carga ahogada y libre, pero son más confiables los primeros. Por ello, si no tengo carga ahogada, provoco el aumento de tirante aguas abajo colocando un ladrillo, por ejemplo:

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Algunos valores del coeficiente m para descarga libre y ahogada, teniendo en cuenta diámetros de los orificios (expresados en metros): Diámetro del orificio (f ) 

Descarga libre 

Descarga ahogada 

0,020 0,025

0,61 0,62

0,57 0,58

0,035 0,045 0,050 0,075

0,64 0,63 0,62 0,60

0,61 0,61 0,61 0,60

Modelo tridimensional del aforador por placas:

Para una vista más detallada y en 3D del aforador, revisar el archivo “Aforador Por Placa 3D” adjunto en la carpeta del presente informe.

AFORADOR TIPO H: Este diseño de aforador se realizó para aplicaciones de hidrometría de cuencas hidrológicas experimentales experimentales y parcelas pequeñas. Su nombre se debe a que fue el octavo diseño de una serie iniciada con la letra A. Este tipo de estructura consiste solamente en un tramo uniformemente convergente con sección transversal rectangular. La contracción se forma por la inclinación de los bordes de las paredes del canal, en la dirección del flujo. Existen tres tipos de aforadores H: HS para gastos bajos en un rango de 0.0024 a 0.0232 m /s; H para gastos intermedios en el rango de 0.01 a 0.88 m /s; y HL para gastos altos en el rango de 0.59 a 3.31 m /s.

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En las imágenes siguientes se muestran los tres diseños y los rangos de medición para tamaños estándar. Las relaciones carga-gasto se pueden establecer aplicando directamente las fórmulas que se presentan a continuación. También pueden modificarse las geometrías de las estructuras calibradas y obtener sus relaciones 91 carga-gasto (Gwinn y Parsons, 1976). Las fórmulas que siguen se aplican a tres rangos y dependen del tipo de aforador H y de la carga a) Para niveles aguas arriba mayores a 6.1 cm.

 = [( +  ∗ ) )/2 + ( +  ∗ ) )( (ℎℎ +  /2 /2) )]] ∗ √ 2 ∗ (ℎ +   /2)/  Donde: -  E, E, F y F son coeficientes -  D = Altura total del aforador; si d>30.5 cm se toma como D = 30.5 30 .5 y se sustituye en la ecuación 6.31. -  b = Ancho de plantilla de la contracción del aforador -  m = Talud (1 vertical; m horizontal).

GEOMETRÍA DEL AFORADOR TIPO HS: TIPO H:

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GEOMETRÍA DEL AFORADOR TIPO HL:

Coeficientes para gastos altos: Aforadores HS, H, HL:

Para aforadores HL: 

 = √ 2 ∗ ℎ(0.5 ∗  ∗ ′ +  ∗ ′   En donde K0 y K1 son coeficientes b) Para niveles aguas arriba < 3.1 cm.

Para aforadores H, HL y HS:

( + ℎ) ∗ ℎ ∗ (ℎ − )   En donde:

-  C y n son constantes (Cuadro 6.5) -  m = talud (1 vertical: m horizontal) -  a=0.003 (en sistema métrico) 

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Coeficientes para gastos bajos: Aforadores HS, H, HL:

Para cargas entre 3.1 cm y 6.1 cm (gastos de transición): Vertedores tipo H, HS y HL: 

 = √ 2 ∗ ℎ(0.5 ∗  ∗ ′ ℎ +  ∗ ′ h)

Donde: K' y K' son coeficientes que se calculan usando las ecuaciones ecuaciones 6.31 y 6.33 con h = 0.061 m y 0.0305 m respectivamente respectivamente,, de donde resultan dos valores de Q que, sustituidos en la ecuación 6.34, producen dos ecuaciones simultanea simultaneass que permiten calcular los dos coeficientes.

MODELO EN 3 DIMENSIONES PARA AFORADOR TIPO H: H: Con un Caudal máximo de 0.056 m3/seg y un Tamaño d=0.30 metros:

Para una vista más detallada y en 3D del aforador, revisar el archivo “Aforador Tipo H 3D” adjunto en la carpeta del presente informe. DISEÑO Y MEDICIONES HIDRÁULICAS

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- BIBLIOGRAFÍA:  

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Aforadores de Corrientes de agua - INTA-EEA Santiago del Estero - Ing. en Rec. Hídr. (M.Sc.) Mario Basán Nickisch Medidor o aforador Tipo Parshall  – Vera, Villaprado, Viteri Canales Parshall – Dynasonics Manual de diseño de estructuras de aforo – Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA)

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