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• Daniel Ramírez Aley

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CANALETA PARSHALL 1. 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. 2. 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 fábricas, etc. El canal Parshall o también llamado medidor Parshall, es una estructura hidráulica que permite medir la cantidad de agua que pasa por una sección de un canal determinado, es un medidor de régimen crítico, siendo idealizado por Ralph L. Parshall, ingeniero del servicio de irrigación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. 3. Materiales para la fabricación En la fabricación de los medidores Parshall se han utilizado diversos materiales, pudiéndose fabricar de láminas de metal o madera y recientemente de fibra de vidrio, también se pueden construir directamente sobre el terreno con el uso de elementos de mampostería como ladrillos y bloques de concreto y en algunos casos fundidos con concreto reforzado para mayor durabilidad. 4. Partes del medidor Parshall La canaleta Parshall presenta cuatro zonas o secciones principales: Sección de convergencia Sección de divergencia Sección de la garganta Transición de entrada

En cualquier parte del medidor Parshall, desde el inicio de la transición de entrada hasta la salida, el medidor tiene una sección rectangular, en la figura se ilustra la vista de planta de dicho medidor.

5. Dimensiones del medidor Parshall Los medidores menos empleados son los de 1 pulg (2.54 cm) de ancho de garganta y el mayor construido hasta hoy mide 50 pies (15.24 m) y tiene una capacidad para 85,000 l/s.

6. Funcionamiento Su funcionamiento está 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. 7. 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. 8. Sumergencia

Cuando la sumergencia excede el límite de 0.6 para canaletas de3, 6 y 12 pulgadas, respectivamente, de 0.7 para canaletas de 1 a 8pies 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 grafico 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.

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 este utilizándose.

9. Ejemplo práctico Diseñe una canaleta Parshall para manejar 20 pies 3/s deflujo 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:

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= 2.5 – 0.81 = 1.69 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 2.5 + 0.43 = 2.93 pies. Realizando el mismo procedimiento anterior para profundidades de 2 y 3 pies se obtienen los siguientes valores.

10. Recomendaciones 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 4pies, 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. 11. Requerimientos para la instalación física La 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. Nota: 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. 12. Caudalímetro 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.

13. Usos del medidor de Parshall

El medidor Parshall fue creado teniendo como objetivo principal la irrigación. Los de menor tamaño se usan para regular la descarga de agua distribuida a propiedades agrícolas y los de mayor tamaño se utilizan en grandes canales de riego. Los medidores Parshall también se utilizan en estaciones de tratamiento para la inyección de sustancias químicas, aprovechando el resalto hidráulico. La medición del caudal, tan necesaria en servicios de abastecimiento de agua, puede ser realizada fácilmente y con pequeño gasto económico si se utilizan los medidores de forma conveniente. Su uso es remendado en canales principales, estaciones de tratamiento, entradas en depósitos, entre otros.  14. Ventajas - Dispone de estándares universales. Es un sistema de medición con gran aceptación. - Prácticamente inmune a perturbaciones aguas arriba. - Fácil mantenimiento. - Resistentes. - Una sola medida o determinación de carga es suficiente para determinar el caudal. - La pérdida de carga es mínima. 15. Desventajas - Limitaciones de caudal y tamaño con respecto a los vertederos. - Requieren prácticas de ingeniería civil extensivas. - Los costos de instalación son altos. - Las corrientes sumergidas afectan la medición. 16. Conclusiones Para un caudal dado, la perdida de carga es 75% más pequeña que para otros medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre. Opera con pérdidas 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.