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Canal De Parshall Ing.Civil_UNH
HUANCAVELICA, SETIEMBRE DEL 2013
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH
En la actualidad existen diversos tipos de medidores de caudal para canales abiertos, uno de estos es el
llamado “Canal de Parshall o Aforador de Parshall”, el cual existen diversos tamaños
dependiendo de en donde quiera aplicarse estemedidor. Por la importancia que tiene un Aforador Parshall
dentro de la Hidráulica, es necesario conocer cuáles son los requerimientos mínimos para su elaboración, así
como sus dimensiones, su clasificación y la forma de elaborarlo. Por lo tanto, en el siguiente trabajo se
presenta las características más importantes relacionadas con la construcción de un Aforador de Parshall.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH
Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense que lo concibió, se
describe técnicamente como un canal Venturi o de onda estacionaria o de un aforador de
profundidad crítica.
El canal de Parshall es un tipo de medidor perfeccionado del de Venturi, estudiado para el
aforo de aguas destinadas al riego agrícola. Es un dispositivo de aforo bastante exacto,
aunque no tanto como el medidor Venturi, pero tiene la ventaja de que su costo es menor. El
canal Parshall ha sido empleado como dispositivo de medición de gastos en las plantas de
tratamiento de aguas residuales, instalaciones en las que el bajo costo es cuestión de
importancia. Ha resultado un medio de aforo satisfactorio y también muy útil para verificar
la velocidad en los desarenadores.
Plantas De Tratamiento De Aguas Residuales Riego Agrícola
Los medidores Venturi y Parshall, dotados de dispositivos apropiados, pueden emplearse
también para la dosificación de productos químicos a agregar a las aguas en proporción
directa a su gasto.La ventaja del canal Parshall que lo hace ser el más utilizado, es que su
forma no permite la acumulación de sólidos en ninguna parte del canal. Su diseño hidráulico
se ha hecho de tal manera que el gasto es una función lineal de la altura del tirante a la entrada
del dispositivo.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH La Figura 1 muestra su configuración, que en el sentido de escurrimiento inicia con una
sección convergente donde el piso es horizontal, continúa con una sección de paredes
paralelas de corta longitud denominada “garganta” en donde el piso tiene pendiente
descendente, y termina con una sección divergente cuyo piso es de pendiente positiva.
Figura 1 En Planta De Un Canal De Un Canal Parshall
Figura 2 Geometría de un canal Parshall.
En el canal Parshall se tienen dos puntos de medición de carga hidráulica: uno aguas arriba,
situado en la sección convergente (designado con h1 en la Figura 1), y otro situado en la
salida de la garganta (designado con hw en la misma figura). Tanto h1 como hw se miden
utilizando el piso horizontal de la sección convergente como nivel de referencia.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH El Cuadro 1 muestra las dimensiones de uso frecuente en canales Parshall para proyectos de
plantas de tratamiento. Se denomina operación modular del canal Parshall a aquella en que
la descarga a la salida es libre; por oposición, cuando la descarga es sumergida se le llama
operación no modular.
Tratamiento primario
Por otra parte, se define como límite modular al cociente hw/h1.
Las ecuaciones del gasto que aparecen en el Cuadro 1 se refieren a una descarga modular y
son válidas para un intervalo definido por el límite modular, de la siguiente manera:
1. Para canales con ancho de garganta w = 76.2 mm, el límite es 0.5
2. Para canales con ancho de garganta w de 152.4 mm a 228 mm, el límite es 0.6
3. Para canales con ancho de garganta w de 304.8 mm a 2 438.4 mm, el límite es 0.7.
CANAL DE PARSHALL
También el aparato tiene unas desventajas que son:
Ventajas: Sus principales ventajas son que sólo existe una pequeña pérdida de carga a través
delaforador, que deja pasar fácilmente sedimentos o desechos, que nonecesita condiciones
especiales de acceso o una poza de amortiguación y que tampoco necesita correcciones
para una sumersión de hasta el 70%.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH En consecuencia, es adecuado para la medición del caudal en los canales de riego o en las
corrientes naturales con una pendiente suave.
Desventajas: Más caros debido a la fabricación requerida la fabricación e instalación es
crítica para que funcionen como se debe.
TIPOS DE MEDIDORES
Descarga Libre
En este tipo de medidor la descarga es libre como en los vertederos, y la medición siempre
debe efectuarse en la sección a 2/3 del inicio del estrangulamiento.
AHOGADO
En este medidor, el nivel del líquido aguas abajo tiene influencia sobre elflujo en el
medidor, según se puede observar en el siguiente gráfico.
CANALETA PARSHALL AHOGADA
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH
DIMENSIONES DE LOS MEDIDORES PARSHALL
Se le utiliza normalmente con la doble finalidad de medir el caudal a fluente y realizar la
mezcla rápida. Generalmente trabaja con descarga libre. La corriente líquida pasa de una
condición supercrítica a una subcrítica, originando el resalto. Fue ideada en 1927 por R.L.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH Parshall y patentada en varios tamaños con las dimensiones indicadas en la tabla .La
secuencia de cálculo incluye alteraciones debida a las variaciones en la sección (0) de
medición.
MEDICIÓN DEL 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:
𝑸 = 𝑪𝒂𝒖𝒅𝒂𝒍.
𝑯𝒂 = 𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒆𝒏 𝒖𝒏𝒂 𝒑𝒐𝒔𝒊𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒅𝒂𝒅𝒂.
𝑪 𝒚 𝑵: 𝑪𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔 𝒒𝒖𝒆 𝒅𝒆𝒑𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒍𝒂𝒔 𝒅𝒊𝒎𝒆𝒏𝒔𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH Las relaciones profundidad _ caudal para canaletas PARSHALL de diferentes tamaños, tal
como se calibraron empíricamente, se presentan mediante las siguientes ecuaciones.
Ancho de garganta Ecuación
3” 𝑸 = 𝟎. 𝟗𝟗𝟐 ∗ 𝑯𝒂𝟏.𝟓𝟒𝟕
6” 𝑸 = 𝟐. 𝟎𝟔 ∗ 𝑯𝒂𝟏.𝟓𝟖
9” 𝑸 = 𝟑. 𝟎𝟕 ∗ 𝑯𝒂𝟏.𝟓𝟑
12” a 8’ 𝑸 = 𝟒 ∗ 𝑾 ∗ 𝑯𝒂𝟏.𝟓𝟐𝟐𝑾𝟎.𝟎𝟐𝟔
10’ a 50’ 𝑸 = (𝟑. 𝟔𝟖𝟕𝑾 + 𝟐. 𝟓) ∗ 𝑯𝒂𝟏.𝟓𝟒𝟕
Las relaciones profundidad _caudal para canaletas PARSHALL de diferentes tamaños, tal
como se calibraron empíricamente, se presentan mediante las siguientes ecuaciones.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH SUMERGENCIA
Es un parámetro que clasifica la descarga en libre ahogada.
𝑺 =𝑯𝒃
𝑯𝒂
Cuando la sumergencia excede el límite de 0.6 para canaleta 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 en un pie de ancho.
La corrección para la canaleta de un pie obtenida a través del grafico anterior se hace
aplicable a canaletas mayores multiplicando la corrección de la canaleta de un pie cubico
por el factor dado a continuación de acuerdo con el tamaño particular de la canaleta que se
utilice.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH
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 canaleta particular que esté utilizándose.
Canal De Parshall Ing.Civil_UNH
EJEMPLO PRÁCTICO
Diseñe una canaleta parshall para manejar 20 pies3/s de flujo e n un canal de pendiente
moderada cuando la profundidad de flujo en este es de 2.5 pies.
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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 𝑆 =𝐻𝑏
𝐻𝑎 entonces 0.7 =
𝐻𝑏
𝐻𝑎 para este
ancho la ecuación que de be utilizarse es:
𝑄 = 4 ∗ 𝑊 ∗ 𝐻𝑎1.522𝑊0.026
20 = 4 ∗ 4 ∗ 𝐻𝑎1.522∗40.026
Entonces 𝐻𝑎 = 1.15 𝑝𝑖𝑒𝑠
Utilizando la suposición hecha inicialmente, entonces:
𝟎. 𝟕 =𝑯𝒃
𝑯𝒂→ 𝟎. 𝟕 =
𝑯𝒃
𝟏. 𝟏𝟓→ 𝑯𝒃 = 𝟎. 𝟖𝟏𝒑𝒊𝒆𝒔
Con una sumergencia de 70% la superficie de agua en la garganta, en el punto de medida de
𝐻𝑏 = 0.81𝑝𝑖𝑒𝑠 esta al mismo nivel de la superficie de aguas abajo. Bajo esta condición de
flujo, la profundidad de aguas abajo es de d=2.5 PIES Y LA ELEVACION DE LA CRESTA
POR ENCIMA DEL FONDO DEL CANAL X=2.5-0.81=PIES.
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Con las condiciones halladas anteriormente se utoiiza este diagrama que da la perdidad de
altura dados los valores de caudal , cumergida y ancho de la garganta. En este caso caso dicha
perdidad es igual a 0.43 pies.
Por consiguiente , la profundidad del agua del lado arriba de la canaleta sera 2.5+0.43=2.93
pies .
Realizando el ismo procedimento anterior para profundidades de 2 y 3 pies se obtienen los
siguientes valores.
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Para decidir el tamaño de la canaleta más práctico
para ser utilizando 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 ancho del canal
L selección final puede favorecer Las canaletas
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 variaría entre un tercio y un medio del
ancho del canal.
REQUERIMIENTOS PARA LA INSTALACIÓN FISICA
1. 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
2. Característica 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 importas su origen.
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1. Para un caudal dado la perdida de carga de 75% más pequeña que para otros
medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre.
2. Opera con pérdidas de carga relativamente bajas.
3. Se logran buenas mediciones sin sumergencia, o inclusive con sumergencia
moderada.
4. Es menos caro que el aforador de garganta larga para la misma capacidad.
5. Debe construirse de acuerdo a medidas estándar, lo que dificulta y encarece su
construcción.