Lección 20. Canaleta Parshall

Lección 20. Canaleta Parshall

DISEÑO DE PLANTAS POTABILIZADORAS Protocolo Modulo Unidad 1. Introducción Unidad 2. PROCESOS UNITARIOS TRANSFERENCIA DE IONES Capitulo 4. Coagulación química del agua Lección 16: Particulas coloidales Lecciónn 17. Teoría de la Coagul Lecció Coagulación ación Lección 18. Coagulantes Lecciónn 19. Mezcla rápida Lecció Lección 20. Canaleta Parshall Capitulo Capitu lo 5. Flotaci Flotación ón Capítulo 6. Desinfección Unidad 3. Proceso Unitario de Transferencia de sólidos  Aspectos de propiedad intelectua y versionamiento Bibliografia Lección 20. Canaleta Parshall

La canaleta Parshall cumple un doble propósito en las plantas de tratamiento de agua, de servir de medidor de caudales y en la turbulencia que se genera a la salida de la misma, servir de punto de aplicación de coagulantes. Es uno de los aforadores críticos más conocidos, introducida en 1920 por R.L. Parshall. En la Fig. 35, se muestra esquemáticamente la canaleta, la cual consta de una contracción lateral que forma la garganta (W), y de una caída brusca en el fondo, en la longitud correspondiente a la garganta, seguida por un ascenso gradual coincidente con la parte divergente. El aforo se hace con base en las alturas de agua en la sección convergente y en la garganta, leída por medio de piezómetros laterales[5].

La introducción de la caída en el piso de la canaleta produce flujo supercrítico a través de la garganta. La canaleta debe construirse de acuerdo con las dimensiones de la Tabla 24[6], para satisfacer correctamente la ecuación de cálculo. La canaleta Parshall es auto limpiante, tiene una pérdida de energía baja y opera con mucha exactitud en caudales bastante variables, requiriendo sólo una lectura de lámina de agua (H a ), en flujo libre.

. A fin de que pueda utilizarse la canaleta con el propósito de mezclador rápido, debe cumplir los siguientes requisitos:

- Que no trabaje trabaje ahogada, o sea que la relación Hb/Ha no exceda los siguientes valores: valores:

Tabla 22. Requerimientos de sumergencia

Ancho de garganta

Máxima sumergencia (Hb/Ha)

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7.5 (3”)

a 22.9

(9”)

0.6

30.5 (1’)

a 244

(8’)

0.7

305 (10’)

a 1525

(50’)

0.8

Fuente: (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000)

- Que la relación Ha/W este entre 0,4 y 0,8. La razón para esta condición es la de que la turbulencia del resalto no penetra en profundidad dentro de la masa de agua, dejando una capa, bajo el resalto, en que el flujo se transporta con un mínimo de agitación, como se ha podido constatar en experimentos de laboratorio. Al bajar Ha el espesor de esta capa se minimiza. El concepto de gradiente de velocidad de Camp no tiene aplicación en este caso.

- Que él numero de Froude esté comprendido entre estos dos rangos 1.7 a 2.5 o 4.5 a 9.0. Debe evitarse números entre 2.5 y 4.5 que producen un resalto inestable el cual no permanece en su posición, sino que siempre esta cambiando de sitio, lo que dificulta la aplicación de coagulantes.

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Fig. 35. Dimensiones de la canaleta Parshall

El análisis hidráulico teórico de la canaleta Parshall para saber si cumple con estas condiciones, esta solo parcialmente resuelto. Las ecuaciones que definen el resalto hidráulico en canales rectangulares, no se puede aplicar a este caso sin un cierto margen de error debido a que el efecto de la constricción de la garganta se suma al de los cambios de pendiente. 1.1.1.2

Diseño canaleta parshall

Para el diseño de una canaleta Parshall como mezclador, se utiliza el siguiente procedimiento. Acevedo Netto, partir de estudios empíricos determinaron diferentes limites de caudal en función del ancho de garganta de la canaleta, La Tabla 23, nos permite determinar el ancho de la garganta dentro de los rangos de caudales máximos y mínimos, esta determinación nos sirve cuando utilicemos la canaleta Parshall como aforador ya que como mezclador estará sujeta a la comprobación de la relación Ha /W

Tabla 23. Determinación del ancho W de la Parshall en función del caudal

Ancho W

Límites de caudal (l/s)

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Q Mínimo

Q Máximo

1’’

0.28

5.67

2’’

0.57

14.15

3’’

0.85

28.31

6’’

1.42

110.44

9’’

2.58

252.00

12’’

3.11

455.90

18’’

4.24

696.50

24’’

11.90

937.30

36’’

17.27

1427.20

48’’

36.81

1922.70

60’’

45.31

2424.00

72’’

73.62

2931.00

Fuente: (Romero Rojas, 2008)

La Tabla 24, nos presenta las dimensiones típicas de medidores Parshall, a partir del ancho de garganta (W), calculado en la Tabla 23.

Tabla 24. Dimensiones típicas de Medidores Parshall (cm) (tomada de Acevedo )

W

(Cm)

A

B

C

D

E

F

G

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K

N

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1”

2.5

36.6

35.6

9.3

16.8

22.9

7.6

20.3

1.9

2.9

3”

7.6

46.6

45.7

17.8

25.9

38.1

15.2

30.5

2.5

5.7

6”

15.2

62.1

61.0

39.4

40.3

45.7

30.5

61.0

7.6

11.4

9”

22.9

88.0

86.4

38.0

57.5

61.0

61.0

45.7

7.6

22.9

1’

30.5

137.2

134.4

61.0

84.5

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

1 1/2’

45.7

144.9

142.0

76.2

102.6

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

2’

61.0

152.5

149.6

91.5

120.7

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

3’

91.5

167.7

164.5

122.0

157.2

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

4’

122.0

183.0

179.5

152.2

193.8

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

5’

152.5

198.3

194.1

183.0

230.3

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

6’

183.0

213.5

209.0

213.5

266.7

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

7’

213.5

228.8

224.0

244.0

303.0

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

8’

244.0

244.0

239.2

274.5

340.0

91.5

61.0

91.5

7.6

22.9

10’

305.0

274.5

427.0

366.0

475.9

122.0

91.5

183.0

15.3

34.3

Fuente: (Azevedo & Alvarez, 1976)

Condiciones Hidráulicas de entrada

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 en donde K y n se determinan con la Tabla 25.

Tabla 25. Valores de K y n

Unidades Métricas

W

K

n

3”

0.176

1.547

6”

0.381

1.580

9”

0.535

1.530

1’

0.690

1.522

1 ½’

1.054

1.538

2’

1.426

1.550

3’

2.182

1.566

4’

2.935

1.578

5’

3.728

1.587

6’

4.515

1.595

7’

5.306

1.601

8

6.101

1.606

Para recordar:

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1 pulgada (1”) = 2.54 cm 1 pie (1´)

1.1.1.3

= 30.5 cm

Ejemplo de diseño: canaleta Parshall.

Diseñar una canaleta Parshall que sirva como aforador y para realizar la mezcla rápida, para el municipio de San Pedro, el caudal previamente calculado es de 0.15m 3 /s, la temperatura mínima de 16 °C. Criterios de diseño Como aforador debe trabajar con descarga libre, es decir, que cumpla los requerimientos de la Tabla 22. Como mezclador rápido debe cumplir con la anterior condición y adicionalmente el gradiente de velocidad debe estar comprendido entre 1000 y 2000 s -1.

Fig. 36. Esquema de la Canaleta Parshall La metodología seguida se basa en el cálculo de la energía en las secciones mostradas en la Fig. 36 y en la suposición de que las pérdidas por fricción dentro de la canaleta son despreciables. PASO 1: Determinación del ancho de garganta

Para un Q = 0.15m 3 /s (150 L/s) se tiene un ancho de garganta W = 9’’ = 0.229 m < 0.3 m, OK CUMPLE. (Ver Tabla 23).

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Paso 2. Dimensiones

De acuerdo a la Tabla 24 y Tabla 25, tenemos los siguientes valores:

Exponente:

Coeficiente:

n

k 

1.53

-

0.54

-

Long. paredes sección convergente

A

0.880 m

Longitud sección convergente

B

0.864 m

Ancho de la salida

C

0.380 m

Ancho entrada sección convergente

D

0.575 m

Profundidad total

E

0.610 m

Longitud de la garganta

F

0.610 m

Longitud de la sección divergente

G'

0.457 m

Long. Paredes sección divergente

K'

0.076 m

Dif. de elevac entre salida y cresta

N

0.229 m

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