Canaleta Parshall

CANALETA PARSHALL Rafael David Méndez Anillo Kelli Marcela Ortega Mena Curso: HIDRÁULICA 2012

Ralf Parshall Profesor y alumno destacado de la Universidad Estatal de Colorado, empezó a trabajar en la medición de flujo en 1915. Seis años más tarde presentó una patente para su "Canal de flujo de Parshall ", un dispositivo de medición basado en el efecto Venturi .

Definición Es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones para medir el flujo en canales abiertos. Usado para medir el flujo en ríos, canales de irrigación y/o de desagüe, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fabricas, etc.

Forma

La canaleta Parshall presenta tres zonas o secciones principales: Sección de convergencia. Sección de la garganta. Sección de divergencia. • • •

Funcionamiento Su funcionamiento esta basado en la asunción de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base; este efecto obliga al agua a elevarse o a remansarse, proceso que debido a la aceleración del flujo permite establecer una relación matemática entre la elevación del agua y el gasto.

Medición de caudal Debido a que la principal función de la Canaleta Parshall es medir el caudal. Es importante tener una expresión matemática que relacione esta variable con el resto de magnitudes medibles en el dispositivo. Dicha expresión en términos generales es:

Donde: Q: Caudal. Ha: Profundidad del agua en una posición dada. C y n: Constantes que dependen de las dimensiones del canal.

Las relaciones profundidad-caudal para canaletas Parshall de diferentes tamaños, tal como se calibraron empíricamente, se presentan mediante las siguientes ecuaciones:

En las ecuaciones anteriores Q es el caudal libre en pies3/s, W es el ancho de la garganta en pies y Ha es la lectura de la mira de aforo en pies.

Sumergencia Es un parámetro que clasifica la descarga en libre o ahogada.

Cuando la sumergencia excede el limite de 0.6 para canaletas de 3, 6 y 12 pulgadas, respectivamente, de 0.7 para canaletas de 1 a 8 pies y de 0.8 para canaletas de 10 a 50 pies, el flujo se vuelve sumergido. El efecto de la sumergencia es de reducir el caudal. En este caso el caudal calculado mediante las ecuaciones anteriores debe corregirse mediante una cantidad negativa.

Diagrama para el  cálculo de la tasa de  flujo sumergido, en  pies3 /s, a través de una canaleta Parshall  de un pie de ancho.

La corrección para la canaleta de un pie obtenida a través del gráfico anterior se hace aplicable a canaletas mayores multiplicando la corrección de la canaleta de un pie por el factor dado a continuación, de acuerdo con el tamaño particular de la canaleta que se utilice.

Tamaño de la canaleta W, en pies

Factor de corrección

1

1.0

1.5

1.4

2

1.8

3

2.4

4

3.1

6

4.3

8

5.4

Diagrama para el cálculo de la tasa de flujo sumergido, en pies 3 /s, a través de una canaleta Parshall de 10 pies de ancho.

De manera similar, la corrección para la canaleta de 10 pies se hace aplicable a canaletas mayores multiplicando la corrección para la canaleta de 10 pies por el factor dado a continuación para la canaleta particular que esté utilizándose.

Tamaño de la canaleta W, en pies

Factor de corrección

10

1.0

12

1.2

15

1.5

20

2.0

25

2.5

30

3.0

40

4.0

50

5.0

Ejemplo práctico Diseñe una canaleta Parshall para manejar 20 pies 3 /s de  flujo en un canal de pendiente moderada cuando la  profundidad de flujo en éste es de 2.5 pies.

SOLUCIÓN El caudal dado puede medirse utilizando canaletas de diferentes tamaños, pero la mejor selección es la canaleta de tamaño más práctico y económico. Entonces se supone inicialmente un ancho W= 4 pies y Hb/Ha= 0.7, para este ancho la ecuación que debe utilizarse es:

Reemplazando,

Utilizando la suposición hecha inicialmente, entonces:

Con una sumergencia del 70%, la superficie de agua en la garganta, en el punto de medida de Hb está al mismo nivel de la superficie de aguas abajo. Bajo esta condición de flujo, la profundidad de aguas abajo es D= 2.5 pies y la elevación de la cresta por encima del fondo del canal X= pies.

Con las condiciones halladas anteriormente se utiliza este diagrama que da la perdida de altura dados los valores de caudal, sumergencia y ancho de la garganta. En este caso dicha pérdida es igual a 0.43 pies. Por consiguiente, la profundidad del agua del lado aguas arriba de la canaleta será pies Realizando el mismo procedimiento anterior para profundidades de 2 y 3 pies se obtienen los siguientes valores.

Ancho

Elevación cresta

Profundidad aguas arriba

2

1.53

2.98

3

1.23

3.12

4

1.69

2.93

Para decidir el tamaño de la canaleta más práctico para ser utilizado será necesario examinar el borde libre del canal y el efecto de aumento en la superficie del agua sobre el flujo a través de la compuerta aguas arriba. Si estas condiciones son satisfactorias, la canaleta de 2 pies será la más económica debido a que sus dimensiones son más pequeñas. Sin embargo, cuando se considera el ancho del canal, la selección final puede favorecer las canaletas de 3 o 4 pies, debido a que una canaleta más pequeña requeriría unos muros-aletas de aproximación con una longitud entre moderada y larga. A menudo, el ancho de la garganta de la canaleta variará entre un tercio y un medio del ancho del canal.

Requerimientos para la instalación física 

Velocidad de llegada de la corriente, la cual debe ser mayor igual a 0.3m/s para que esta no permita el crecimiento de la maleza.



Características del flujo del canal y necesidades operacionales: conocer el Qmax y Qmin, erosión y seguridad, evitar la sedimentación, tramo recto mínimo antes del medidor, tomar en cuenta el azolve*.

*Azolve: Deposición de sedimentos transportados por el agua, principalmente en lagos, depósitos, canales o zonas inundadas. Estos depósitos están formados por materiales sedimentarios sin importar  su origen.

Caudalimetro de Parshall Es el instrumento que permite llevar un control del caudal que entra en la planta depuradora o canal, con un medidor de canal de ultrasonidos.

Conclusiones 

Para un caudal dado, la perdida de carga es 75% mas pequeña que para otros medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre.  Opera con perdidas de carga relativamente bajas.  Se logran buenas mediciones sin sumergencia, o inclusive, con sumergencia moderada.  Es menos caro que el aforador de garganta larga para la misma capacidad.  Debe construirse de acuerdo a medidas estándar, lo que dificulta y encarece su construcción.