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Universidad de OrienteNúcleo de Anzoátegui

Escuela de Ingeniería y Ciencias AplicadasDepartamento de Ingeniería Civil

Cátedra: Laboratorio de Hidráulica.

(Practica#8)

Profesor: Mounir Bou Ghannam Bachilleres:Preparadora: Dennimar Amaiz

Álvarez, Vanessa C.I.:19.673.811.Campos, Antonieta C.I.: 18.847.491.

Quintero, Jesús C.I.: 18.911.771.Zuehlsdorff, Krystall. C.I.: 19.457.930.

Sección: 01. Grupo: 04.

Barcelona, 15 de Julio de 2010.

Índice Págs.

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Objetivo……………………………………………………………….. III

Marco Teórico………………………………………………………… 4

Materiales y Equipos………………………………………………… 6

Procedimiento Experimental………………………………………..

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Resultados……………………………………………………………. 8

Gráficos……………………………………………………………….. 10

Conclusiones y Recomendaciones………………………………….

17

Apéndice

Hoja de Datos………………………………………………….. 19

Formulas Empleadas…………………………………………..

21

Nomenclatura…………………………………………………..

22

Ejemplo de Cálculos……………………………………………

23

Ajuste de Curvas……………………………………………….

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Asignaciones……………………………………………………

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Esquema del Equipo…………………………………………...

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Bibliografía……………………………………………………………..

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Objetivo

Conocer el caudal que fluye por la Canaleta Parshall, para diferentes aberturas de la Válvula de Compuerta.

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Marco Teórico

Canal Parshall: Es un aforador constituido por una sección de convergencia, una garganta y una sección de divergencia. Las paredes del dispositivo son transparentes para permitir la observación del flujo.

Las tres partes fundamentales de una canaleta parshall son: la entrada, la garganta y la salida. La entrada está formada por dos paredes verticales simétricas y convergentes, el fondo es inclinado con pendiente ascendente 4:1

La garganta está formada por dos paredes verticales paralelas, el fondo es inclinado con una pendiente descendente 2,67:1. La distancia de la sección de la garganta determina el tamaño del medidor y se designa por w.

La salida está formada por dos paredes verticales divergentes y el fondo es ligeramente inclinado con una pendiente ascendente de 17,9:1.

En la canaleta parshall se pueden presentar dos tipos de flujo. Un flujo a descarga libre para lo cual es solo necesario medir la carga Ha para determinar el caudal; un flujo en que se presenta la sumersión o ahogamiento para el cual se toman las cargas Ha y Hb.

La canaleta parshall   es un medidor que se incluye entre los de régimen crítico,  ya que ésta es una de las formas más comunes de producir una mezcla hidráulica. Consiste en una sección convergente llamada “Entrada”, una sección de paredes verticales paralelas llamadas “Garganta” y una sección divergente llamada “Salida”,  dispuestas en planta. 

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Ejemplo

     El medidor Parshall fue ideado teniendo como objetivo principal la irrigación, los de tamaños menores para regular la descarga de agua distribuida a las propiedades agrícolas y los de mayor tamaño para ser aplicado a los grandes canales de riego. 

     Los medidores Parshall vienen siendo aplicados al control de la velocidad,  en los desarenadores de las estaciones de tratamientos de aguas. 

     La medición de caudal,  tan necesaria en servicios de abastecimiento de agua,  puede ser realizada fácilmente utilizando este tipo de medidores. Su empleo ha sido recomendado para canales principales,  estaciones de tratamiento,  entradas de depósitos,  etc. 

Localización De Los Medidores De Parshall

     Los medidores de Parshall deben ser localizados tratando de evitarse grandes turbulencias en su sección inicial.  No deben,  por ejemplo ser instaladas inmediatamente después de una compuerta o curva,  pues las turbulencias provocadas en el agua podrían causar ondas o sobreelevaciones capaces de alterar la precisión de los resultados. Lo ideal es proyectar tales medidores en un tramo recto de canal.

Materiales y Equipos

Motobomba.

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Marca: PEDROLLOVoltaje: 110vAltura máxima: 14,5-15 m Q: 200 -1100 Lts/min

Tanque de alimentación.Dimensiones: 70cm*50cm*170cm

Tanque de DescargaDimensiones: 40cm*40cm*83cm

Cronometro.Marca: UltraxCapacidad: 9h 59min 59,99segApreciación: 0,01seg

CuñeteCapacidad: 19Lts

Reglas Graduadas. Cinta métrica.

Marca: Powertape estándarCapacidad: 3mApreciación: 1mm

Agua. Manguera.

½”

Procedimiento Experimental

1. Llenar el tanque de alimentación hasta un nivel adecuado.

2. Se abre la válvula de compuerta hasta completar tres vueltas.Descarga Libre

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3. Se retira la compuerta plana que se encuentra al final de la sección divergente de la canaleta Parshall.

4. Se enciende la motobomba y se espera que el sistema se estabilice.

5. Se miden las alturas de carga Ha y Hb respectivamente.6. Seguidamente se realizó el aforo colocando un cuñete en

la salida de la canaleta activando a su vez el cronómetro y desactivándolo al momento de retirar el cuñete para así obtener el tiempo y el volumen de agua.

7. Se midió la altura de agua retenida en el cuñete para el posterior cálculo del volumen.

8. Se repite los pasos 5, 6 y 7 para las aberturas de la válvula 5, 7, 9 y 10,5.

9. Se apaga la motobomba.Descarga Sumergida

10. Se coloca la compuerta plana al final de la sección divergente de la canaleta a una altura de 4,5cm.

11. Se abre la válvula de compuerta hasta completar tres vueltas.

12. Se enciende la motobomba y se espera que el sistema se estabilice.

13. Se repiten los pasos 5, 6, 7, 8 y 9.

8

9

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Conclusiones y Recomendaciones

Los valores de pérdida de carga (P1) no se pudieron calcular ya que los valores de Qcal1 dieron muy pequeños.

Comparando los valores de caudal calculado y caudal teórico para la descarga libre pudimos notar que dieron valores parecidos por lo que se podría decir que la práctica fue realizada con la mayor precisión posible.

Comparando los valores de caudal teórico y caudal de aforo se pudo notar cierta diferencia entre ellos que pudo haberse dado debido al error humano al realizar el aforo.

Se recomienda que al momento de realizar el aforo este se realice por dos personas una que tome el tiempo y otra que tome la muestra del volumen ya que esta muestra es muy pesada por tomarse con un cuñete.

Es recomendable que al momentos de realizar los aforos el cuñete sea colocado lo más cerca de la salida de la canaleta evitando así perdidas de volúmenes de agua que podrían afectar al momento de realizar el cálculo de caudal de aforo.

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Es recomendable que el agua que esta almacenada en el equipo este en buen estado y lo más limpia posible.

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Formulas Empleadas

Caudal de aforo

Qaforo=∑i=1

n

( vt )n

Área

A=πD2

4

Grado de SumergenciaS=Hb /Ha

Caudal teórico (descarga libre)Qteorico=0,1763∗Ha1,547

Caudal calculado (descarga libre)Qcal=0,1716∗Ha1,544

Ecuación general en descarga libreQ=m∗Han

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Nomenclatura

Símbolo Termino Unidades (S.I)

Qaforo Caudal del aforo m3/seg

Qcal Caudal calculado m3/seg

Qteórico Caudal teórico m3/seg

S Grado de sumergencia Adimensional

Ha Lectura de Carga (sección convergente)

m

Hb Lectura de Carga (garganta) m

P Perdida de Carga m

A Área m2

D Diámetro m

V Volumen m3

t Tiempo seg

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Ejemplo de Cálculos

Descarga libre

Caudal teórico:

Qteorico=0,1763∗(0,12m )1,547=6,634∗10−3m3/ seg

Grado de Sumergencia:

S=0,035m /0,12m=0,2917

Perdida de Carga: Se entra a la grafica 1.2 con caudal teórico en L/seg.

Conversión:

Qteorico=6,634∗10−3m3

seg∗1000 L

1m3=6,634 L/ seg

P=4,6 cm∗1m100cm

=0,046m

Caudal de aforo:

Volumen:

V=π∗(0,295m)

4

2

∗0,14m=9,5689 ¿10−3m3

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Qaforo=9,5689m3

1,19 seg=8,0411∗10−3m3/seg

Caudal calculado:

Qcal=0,1716∗(0,12)1,544=6,4979∗10−3m3/ seg

Perdida de Carga

Se entra por la grafica de la Fig. 1.2 con Qcal en L/seg

Qcal=6,4979∗10−3m3/ seg∗1000 L

1m3=6,4979L/ seg

P=4,4 cm∗1m100cm

=0,044m

Descarga sumergida

Caudal Teórico

Qteorico=0,1763∗(0,122m )1,547=6,8054∗10−3m3 /seg

Grado de Sumergencia:

S=0,035m /0,122m=0,2869

Caudal de aforo:

Volumen:

V=π∗(0,295m)

4

2

∗0,13m=8,8854∗10−3m3

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Qaforo=8,8854∗10−3m3

1,07 seg=8,3041¿10−3m3/seg

Calculo de Caudal calculado1:

Ha (m) (Y) Qaforo m3/seg (X)

0,12 8,0411*10−3

0,135 9,9538*10−3

0,15 11,3915*10−3

0,152 12,0861*10−3

0,152 11,8135*10−3

∑ X∗Y=0,007650

∑ X∗¿=0,05329¿

∑Y=0,709

∑ X2=5,7914∗10−4

(∑ X )2=2,8394∗10−3

m=

n∗∑ x . y−∑ x∗∑ y

n∑ x2−(∑ x )2=5∗0,007650−0,05329∗0,7095∗0,00057914−(0,05329 )2

=8 ,3018

b=∑ x2∗∑ y−∑ x∗∑ x . y

n∑ x2−(∑ x )2=0,00057914∗0,709−0,05329∗0,00765

5∗0 ,00057914−(0 ,05329)2=0 ,05265

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Y=mx+b=8,3018 x+0,05265

Ecuación General en descarga libre

Q=m∗Han

Aplicando ln a cada lado de la ecuación tenemos:

lnQ=lnm+n∗lnHa

lnm=0,05265→m=e0,05265=1,054

Qcal1=1,054∗Ha8,3018

Qcal1=1,054∗(0,12m)8,3018=2,389∗10−8m3/seg

Luego se transforma Qcal1 a L/seg para entrar a grafica y encontrar P1:

Qcal=2,389∗10−8 m3/ seg∗1000 L

1m3=2,389∗10−5L/ seg

P=0

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Asignaciones

1. Determinar el Caudal Teórico (QTeórico), el Grado de Sumergencia (S), la Perdida de Carga (P) y el Caudal de Aforo (Qaforo), para cada abertura de la válvula de compuerta en descarga libre.Ver tabla de resultados # 1

2. Determinar el Caudal Teórico (QTeórico), el Grado de Sumergencia (S) y el Caudal de Aforo (Qaforo), para cada abertura de la válvula de compuerta en descarga sumergida.Ver tabla de resultados # 3

3. Determinar la ecuación, el caudal calculado (Qcal), la perdida de carga (P) correspondiente a este caudal calculado, parar cada abertura de la válvula cuando la canaleta trabaje con descarga libre.Ver tabla de resultados # 1

4. Utilizando los datos Ha y Qaforo de la experiencia calcule por cuadrados los valores de m y n de la formula general de la canaleta, determine un nuevo caudal Qcal1, la perdida de carga (P1), para cada abertura de la válvula de compuerta en descarga libre.Ver tabla de resultado # 2

5. Realizar gráfica de:

Descarga Libre: Ha vs Qcal. Ver gráfica 1 Ha vs QCal1. Ver gráfica 2 %S vs Qcal. Ver gráfica 3 %S vs Qcal1. Ver gráfica 4

Descarga Sumergida: %S vs QTeórico. Ver gráfica 5

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%S vs Qaforo. Ver gráfica 6

6. Investigar:

a) Tipos De Medidores De Flujo En Canales Abiertos

Reguladores:También reciben el nombre de bocas

hidrométricas. La medición del caudal consiste en la observación de la forma de derrame por aberturas con condiciones determinadas, de las cuales se conocen sus coeficientes de gastos, lo que permite calcular el caudal.

Canaleta H:Se usan en situaciones donde las descargas a ser

medidas son menores de 100pies³/seg.

Caudalímetro:El Caudalímetro de canal abierto SUMPI FM es un

medidor de caudal para canal abierto para todo tipo de aplicaciones hasta 10m.

El transmisor de Caudalímetro tiene una salida analógica 4-20 mA y dos relés, que se pueden configurar como alarmas o como totalizador. El transmisor se monta perpendicularmente al flujo que se va a medir.

Vertedores En Forma De V:A través de ellos fluye el agua y la almacena en

pocas cantidades. Son estructuras que sirven como tanques, o depósitos, puede ser un dique de rebose o otra estructura similar.Canaleta parshall:

También se le conoce universalmente como el canal o medidor Parshall, surgió como una continuación de los estudios realizados en el medidor de Venturi utilizado como instrumento de aforo de caudales en tuberías.Canaleta H:

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Se usan en situaciones donde las descargas a ser medidas son menores de 100pies³/seg.

b) Que es una canaleta Parshall?

Es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones para medir el flujo en canales abiertos. Puede ser usado para medir el flujo en ríos, canales de irrigación y/o de desagüe, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fabricas, etc. La medida del flujo esta basada en la asunción de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base.

La canaleta Parshall está constituida por tres partes fundamentales que son: la entrada, la garganta y la salida. La entrada está formada por dos paredes verticales simétricas y convergentes, el fondo es inclinado con pendiente ascendente 4:1

En la canaleta parshall se pueden presentar dos tipos de flujo. Un flujo a descarga libre para lo cual es solo necesario medir la carga Ha para determinar el caudal; un flujo en que se presenta la sumersión o ahogamiento

c) ¿Cuál es su aplicación en el campo hidráulico?

Su principal aplicación en el campo hidráulico es la de medir caudales en flujo libre, así como también es un sustituto real y muy eficiente para realizar la mezcla rápida en plantas de tratamiento. Su empleo ha sido recomendado para canales principales, potabilización de agua residual, entradas en depósito, o como dispositivos de mezcla rápida.

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La canaleta parshall se instala en canales abiertos para la medición de caudal.

Puede acoplarse un medidor por ultrasonidos para registrar los datos del caudal en cada instante y enviarlos a una Terminal de control.

d) Ventajas de la canaleta Parshall

Gran facilidad de construcción. La perdida de carga es reducida. No hay peligro de formación de depósitos o materiales

en suspensión,  siendo por ello de gran utilidad en el caso de alcantarillas.

Bajo costo de operación. No hay sobre elevación de fondo. Es suficiente con una sola determinación de carga.

Gran habilidad para soportar sumergencias elevadas,  sin alteración de caudal

e) ¿Cuáles son las condiciones de descargas?

Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afectar el caudal a través de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional al nivel medido en el punto especificado en la sección de convergencia. La relación del nivel del agua aguas abajo con el nivel aguas arriba Ha se conoce como el grado de sumersión; una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere corrección alguna hasta un 70% de sumersión. Si es probable que se produzca un grado de sumersión mayor, Ha y Hb deben registrarse.

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Bibliografía

BOUGHAMAN, Mounir, MSC. (2006). Laboratorio de Hidráulica; anto Venezuela.

GONZALEZ, Luis. (2006). Curso de hidráulica de canales abiertos; antoniVenezuela

STREETER, Victor. (2000). Mecánica de fluidos ; McGraw-Hill anronInteramericana S.A. Santafé de Bogotá. Colombia. 2.000.

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