PARSHALLAforador de Conduccion Elevada Venturi

INTRODUCCION

El aforador Parshall es uno de las estructuras más antiguas y usadas para la medición de caudales en canales abiertos; puede ser construido de madera, metal y de concreto, según la magnitud de los canales y caudales a medir.

El medidor Parshall posee una precisión muy buena, puede funcionar a flujo sumergido o a flujo libre y su operación es relativamente sencilla. Estos medidores abarcan un rango de medición que va desde 1 lps hasta 100 m3 /s.

GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA El medidor básicamente consta de tres partes:

un canal de entrada, una garganta Un canal de salida, tal como se puede ver en la Figura siguiente.

a) Canal de entrada,

es un canal con paredes verticales y simétricas; este canal converge a la garganta del aforador en una proporción de 5:1 y su plantilla de fondo es horizontal.

b) Garganta,

es un canal con paredes verticales y paralelas, su plantilla de fondo posee una pendiente en la proporción de 2.67:1; al final de la garganta inicia el canal de salida.

c) Canal de salida,

es un canal con paredes verticales y divergentes, el fondo de este canal posee una inclinación hacia arriba (contra pendiente). A la arista que se forma en la confluencia del fondo de la garganta con el fondo del canal de salida se le llama cresta y se denota por la letra W.

GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA

NOMENCLATURA DE LA ESTRUCTURA

CONSTRUCCION DE LA ESTRUCTURA La conducción elevada Parshall se puede construir con arreglo a una

amplia gama de tamaños para medir descargas comprendidas entre Q = 01 litro/seg y más de 100 m3 /seg.

La anchura de la garganta (W en la figura anterior) se usa para designar el tamaño de la conducción elevada.

Los tamaños que se examinan se limitan a las anchuras de garganta comprendidas entre W = 15 cm (6 pulgadas) y 183 cm (6 pies).

Esta gama de tamaños es la que está especialmente indicada para la medición de suministros de fincas y del caudal en corrientes relativamente pequeñas, siendo su gama de capacidades de Q = 11 l/s (3.0 pies3/s) a 2,9 m3/s (103,5 pies3/s).

La selección del tamaño de conducción elevada depende de la gama de descargas que haya que medir.

Ha de tenerse cuidado de construir los dispositivos con arreglo a las dimensiones estructurales que se dan para cada uno de ellos, ya que las conducciones elevadas no son geométricamente similares. Por ejemplo, no se puede suponer que una dimensión en la conducción elevada de 6 pies sea tres veces la dimensión correspondiente en la conducción de 2 pies.

GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA

VENTAJAS DE LA ESTRUCTURA El diseño hidráulico del aforador Parshall permite que el caudal Q sea

una función lineal de la altura del tirante Ha a la entrada del dispositivo.

Puede funcionar con pérdidas de altura relativamente pequeñas. Esta posibilidad permite su utilización en canales de profundidad relativamente pequeña y perfiles planos.

Para una descarga, la pérdida de altura con una conducción elevada Parshall es solamente alrededor de ¼ de la requerida por un vertedero en condiciones similares de derrame libre.

La conducción elevada es relativamente insensible a la velocidad de aproximación.

Permite, además, realizar buenas mediciones sin inmersión, con una inmersión moderada o incluso con una inmersión considerable aguas abajo.

Si se construye y mantiene debidamente, se pueden obtener exactitudes con un margen de error de ± 2 por ciento para derrame libre y ± 5 por ciento para derrame sumergido.

La velocidad de la corriente es lo bastante elevada como para eliminar virtualmente los depósitos de sedimentos dentro de la estructura durante el funcionamiento.

Otra ventaja es que no existe ninguna forma fácil de alterar las dimensiones de las conducciones elevadas ya construidas o de cambiar el dispositivo o canal de algún modo para conseguir una proporción de agua no permitida.

DESVENTAJAS DE LA ESTRUCTURA Un inconveniente de la conducción elevada es que las dimensiones

normalizadas han restringirse a unas tolerancias muy pequeñas para poder conseguir una exactitud razonable en las mediciones.

Esto exige que la construcción se realice con exactitud, empleando mano de obra especializada, lo que hace que el dispositivo resulte relativamente caro.

Otro inconveniente es que las conducciones elevadas no se pueden utilizar en estructuras formadas por la combinación en forma compacta de desviación, dispositivos de control y dispositivos de aforo.

FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO La descarga por la conducción elevada Parshall puede tener lugar en

condiciones de DERRAME LIBRE o DERRAME SUMERGIDO.

Para determinar el régimen de descarga, se disponen dos limnímetros (Ha y Hb). Ambos limnímetros se gradúan con el punto cero en la cota media de la coronación de la conducción elevada.

Cuando se elige la relación correcta entre la anchura de la garganta (W) y la descarga (Q), la velocidad de aproximación queda automáticamente controlada.

Este control se realiza eligiendo una anchura de garganta (W) que sea suficiente para adaptarse al caudal máximo (Q) que haya que medir, aunque debe ser lo suficientemente estrecha para hacer que se produzca un aumento en la profundidad de la corriente aguas arriba. Esto da como resultado una superficie mayor de sección transversal de la corriente de aproximación y, por ende, una reducción de la velocidad.ANCHURA DE LA GARGANTA (W) LIMITE DE DERRAME LIBRE (HB/HA)

15,2 a 23 cm (6 a 9 pulgadas) 60%

30,5 a 244 cm (1 a 8 pies) 70%

FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO

DERRAME LIBRE Cuando el derrame es libre, o cuando la inmersión se realiza por

debajo de los límites citados en la tabla, la descarga se puede obtener de la ecuación:

Q = 4 W Ha 1,522 W0.026

La cual solo utiliza la altura de aguas arriba Ha (pies) y la anchura de garganta, W (pies), de la conducción elevada.

Ejemplo

Para ilustrar la determinación del grado de inmersión y el régimen de descarga, se supone que para una conducción elevada de 2 pies, las alturas medidas (Ha y Hb) son Ha = 67 cm (2,2 pies) y Hb = 40 cm (1,3 pies), respectivamente.

Hallando la razón de Hb/Ha = 40 / 67 = 0,6 = 60%.

Como este valor es inferior al 70 por ciento (tabla), existen condiciones de derrame libre.

Para hallar la descarga lo único que hay que hacer es tomar la altura medida Ha= 67 cm.

Reemplazando en la ecuación:

Q = 4 W Ha 1,522 W0.026

Para una conducción elevada de 2 pies, se obtiene una descarga de Q = 768 l/seg.

DERRAME SUMERGIDO Ejemplo:

Hallar la descarga sumergida por una conducción elevada Parshall de 3 pies:

Datos

W = 91.5 cm (3 pies)

Ha = 64 cm (2.1 pies)

Hb = 61 cm (2,0 pies)

Porcentaje de inmersión:

Hb/Ha = 2.0 / 2.1 = 0.95 = 95%

Luego, hallamos la Corrección de Caudal (solo en función de Ha y el índice de inmersión) de la Figura siguiente

DERRAME SUMERGIDO - CORRECCION

DERRAME SUMERGIDO - CORRECCION Como esta corrección ha de poderse aplicar a una anchura de

garganta W = 3 pies, multiplicamos la misma por el factor multiplicador M aplicable, tomado de la tabla indicada:

Corrección de Caudal para una Anchura de garganta (W) de 3 pies: 5,75 x 2.4 = 390 l/s (13.8 pies3/s)

Según la ecuación:

Q = 4 W Ha 1,522 W0.026

Para W = 91,5 cm y Ha = 64 cm.

Q derrame libre = 1086 l/s (38.4 pies3/s)

Q derrame sumergido = 1086 – 390 = 696 l/s (24,6 pies3/s)

ANCHURA DE GARGANTA (W) FACTOR MULTIPLICADOR (M)

Pies cm

1 30.5 1

1.5 45.7 1.4

2 61 1.8

3 91.5 2.4

4 122 3.1

5 152.5 3.7

6 183 4.3

DERRAME SUMERGIDO APROXIMADO

MANTENIMIENTO DE LA ESTRUCTURA En los muros de la sección de entrada puede acumularse musgo y en

ciertos canales se pueden depositar arrastres en el suelo de la misma sección, todo lo cual debe de quitarse.

Las paredes de las conducciones elevadas de acero pueden llegar a tener incrustaciones, que deberán quitarse con un cepillo de alambre. Una vez que las paredes se hayan rasqueteado y dejado limpias, la aplicación de una pintura asfáltica vendrá bien para aumentar la duración de la conducción.

La nivelación del suelo de la entrada debe comprobarse cuando pasen unos meses de funcionamiento, volviendo a hacerlo al final de la temporada o del año.

El asentamiento o la instalación inadecuada pueden dar lugar a que la conducción elevada se incline lateralmente.

El asentamiento es más corriente que tenga lugar cerca de la sección de salida debido a la erosión del canal inmediatamente aguas debajo de la conducción elevada, causada por el efecto de chorro del agua.

Al usar las profundidades de la corriente Ha o Ha y Hb para obtener la descarga con tablas de descarga normalizadas se llegará a valores inferiores a la descarga verdadera. Este problema se puede solucionar satisfactoriamente elevando el extremo inferior de la conducción elevada de forma que ésta quede nivelada de nuevo, o instalando un nuevo suelo nivelado en la conducción.