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Aguas de Valladolid S.A.

Aguas de Valladolid S.A.

Práctica nº __

Práctica nº __

Visita EDAR – Aforo caudal de salida con canal Parshall

PRONTUARIO Alumno:

MEDIDAS NORMALIZADAS (S.I.): W = ancho de la garganta A = Longitud pared convergente a = distancia punto de medición de Ha B = Longitud sección convergente C = Anchura de la salida D = Ancho entrada convergente E = Profundidad total T = Longitud de la garganta G = Longitud sección divergente H = Longitud pared divergente K = Altura entre salida y cresta M = Longitud transición de entrada N = Profundidad de cubeta P = Anchura de transición de entrada R = Radio de curvatura X = Distancia medidor Hb a la cubeta Y = Altura medidor Hb sobre cubeta

Asignatura:

A

a

B

C

D

E

25.4 50.8 76.2 152.4 228.6

363 414 467 621 879

242 276 311 414 587

356 406 457 610 864

93 135 178 394 381

167 214 259 397 575

229 254 457 610 762

0.3048 0.4572 0.6096 0.9144 1.2192 1.524 1.8288 2.1336 2.4384 3.048 3.658 4.572 6.096 7.62 9.144 12.192 15.24

1.372 1.448 1.524 1.676 1.829 1.981 2.134 2.266 2.438 2.743 3.048 3.505 4.267 5.029 5.791 7.315 8.839

0.914 0.965 1.016 1.118 1.219 1.321 1.422 1.524 1.626 1.829 2.032 2.337 2.845 3.353 3.661 4.877 5.893

1.343 1.419 1.495 1.645 1.794 1.943 2.092 2.242 2.391 4.267 4.877 7.620 7.620 7.620 7.925 8.230 8.230

0.610 0.762 0.914 1.219 1.524 1.829 2.134 2.438 2.743 3.658 4.470 5.588 7.315 8.941 10.56 13.82 17.27

0.845 1.026 1.206 1.572 1.937 2.302 2.667 3.032 3.397 4.756 5.607 7.620 9.144 10.66 12.31 15.48 18.52

0.914 0.914 0.914 0.914 0.914 0.914 0.914 0.914 0.914 1.219 1.524 1.829 2.134 2.134 2.134 2.134 2.134

T G K Dimensiones en mm 76 203 19 114 254 22 152 305 25 305 610 76 305 457 76 Dimensiones en m 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.610 0.914 0.076 0.914 1.829 0.152 0.914 2.438 0.152 1.219 3.048 0.229 1.829 3.658 0.305 1.829 3.962 0.305 1.829 4.267 0.305 1.829 4.877 0.305 1.829 6.096 0.305

DEFINICION

Un canal Parshall es un dispositivo de aforo creado por el ingeniero americano con ese nombre. Técnicamente es un canal venturi formado por una transición y 3 secciones consecutivas: de convergencia con un piso nivelado, garganta con piso en pendiente descendente y sección final divergente con un piso en pendiente ascendente. El caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de divergencia. En flujo crítico (Fr=1) la incidencia de las fuerzas de inercia iguala a la incidencia de la gravedad y Q puede obtenerse solo en función del nivel, sin estimar la velocidad.

M

N

P

R

X

Y

305 305

29 43 57 114 114

902 1080

406 406

8 16 25 51 51

13 25 38 76 76

0.381 0.381 0.381 0.381 0.457 0.457 0.457 0.457 0.457 -

0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.343 0.343 0.457 0.686 0.686 0.686 0.686 0.686

1.492 1.676 1.854 2.222 2.711 3.080 3.442 3.810 4.172 -

0.508 0.508 0.508 0.508 0.610 0.610 0.610 0.610 0.610 -

0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.305 0.305 0.305 0.305 0.305 0.305 0.305 0.305

0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229

PROBLEMA Hallar el calado Ha correspondiente al máximo caudal (3,81 m3/s) si se sustituye el actual canal Parshall de la EDAR por otro con un tamaño normalizado inmediato superior (tipo W = 3.048) Resultado:

De las tablas:

C = ___________

n= _________

Q=C (Ha)n

Ha (Qmáx) = (Qmáx / C) 1/n = ______________ m

Fecha:

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Algunos valores de M, P y R no se indican cuando se propone la transición con paredes a 45º en la entrada. W

Grupo:

Para evitar distorsiones, aguas arriba se deja un tramo recto de Lmin = 10x (anchura del canal). La relación de los niveles del agua aguas abajo Hb y aguas arriba Ha define el grado de sumersión. En condiciones de 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. Sus principales ventajas son que sólo existe una pequeña pérdida de carga a través del aforador, que deja pasar fácilmente sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso y que tampoco necesita correcciones para sumersiones elevadas. Sus dimensiones están normalizadas en ISO 896 y ASTM 1941, y si se respetan no requieren calibración adicional. Se pueden prefabricar a partir de láminas de metal, poliéster, plástico o incluso madera, o se pueden construir sobre el terreno con hormigón ó con ladrillo y argamasa utilizando un armazón de metal prefabricado para garantizar mediciones exactas. Se pueden tomar medidas puntuales sobre reglas situadas en los muros del canal o registros constantes, mediante un dispositivo de medición de nivel (ultrasónico, flotante, etc..)

Aguas de Valladolid S.A.

Práctica nº __

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CALCULO: EJEMPLO

La relación entre caudal de paso por un canal Parshall y el nivel medido de su lámina de agua, para condiciones de descarga libre se define matemáticamente con la ecuación: Q=C (Ha)n Donde Q es el caudal y Ha es la profundidad del agua en la sección convergente (aguas arriba de la garganta). Por métodos experimentales se han determinado para cada diferente tamaño de aforador, los coeficientes adimensionales C y n.

Calcular la curva que relaciona caudal y nivel en el canal Parshall que hay a la salida de la EDAR de Valladolid y obtener la altura máxima que puede obtener el flujo si la planta trabaja a caudal máximo. Calcular la Hb necesaria a ese caudal para satisfacer la condición de sumergencia. MEDIDAS

Además, en función del tamaño del aforador las unidades de la ecuación serán l/s ó m3/s para el caudal Q y en mm ó m para la profundidad Ha.

W = 2.4384 m B = 2.39 m C = 2.743 m D = 3.397 m T = 0.610 m G = 0.91 m M = 1.85 m P = 4.172 m

El tamaño del aforador se define mediante la anchura de su garganta (W). Las series corresponden a números enteros de unidades inglesas (pulgadas ó pies). Ancho de garganta (W) 25.4 50.8 76.2 152.4 228.6 0.3048 0.4572 0.6096 0.9144 1.2192 1.5240 1.8288 2.1336 2.4384 3.048 3.6580 4.5720 6.0960 7.6200 9.1440 12.192 15.240

Coeficiente C Coeficiente n W y Ha en mm; Q en l/s 0.001352 1.65 0.002702 1.65 0.003966 1.65 0.006937 1.58 0.013762 1.53 W y Ha en m; Q en m3/s 0.69 1.52 1.06 1.54 1.43 1.55 2.18 1.57 2.95 1.58 3.73 1.59 4.52 1.60 5.31 1.60 6.11 1.61 7.46 1.60 8.86 1.60 10.96 1.60 14.45 1.60 17.94 1.60 21.44 1.60 28.43 1.60 35.41 1.60

S. Máx (%) 50 50 50 60 60 70 70 70 70 70 70 70 70 70 80 80 80 80 80 80 80 80

Qmáx depuradora = 3,81 m3/s

CÁLCULOS

1.- Comprobación de medidas: para aplicar la fórmula de cálculo el canal Parshall utilizado tiene que ajustarse a las medidas normalizadas. En caso contrario debería calibrarse experimentalmente para obtener los coeficientes C y n de la fórmula. SE COMPRUEBA QUE SE AJUSTA A UN CANAL W= 2.4384 m Y QUE EL EMPLAZAMIENTO DEL MEDIDOR DE NIVEL ES CORRECTO: a = 1.626 m 2.- Selección de la fórmula de cálculo para este aforador:

La ecuación anterior es aplicable cuando el aforador trabaja con descarga libre ó sumergido hasta cierto límite. Esto quiere decir que la profundidad del agua Ha es mayor, en cierto valor que la profundidad Hb. Se define sumergencia (S), como la relación entre Hb y Ha, tal como se indica en la ecuación S= Hb / Ha Cuando el valor de sumergencia límite indicado en la última columna de la tabla anterior se rebasa, el caudal estimado debe corregirse con: Qs=Q-Qe Donde Qs es el caudal corregido en el aforador bajo condiciones de sumergencia mayor a la permitida; Q es el caudal correspondiente al funcionamiento dentro de los límites de sumergencia; y Qe la corrección a aplicar en función de gráficas experimentales.

DE LA TABLA, W = 2.484 à C = 6.11 à n = 1.61 Q=C (Ha)n à Q=6.11 Ha1.61 (m3/s) 3.- Cálculo de la curva nivel – caudal que será utilizada para programar el medidor de nivel, obteniendo directamente una lectura de caudal en su pantalla. Ha 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 Q 0,458 0,656 0,879 1,127 1,398 1,689 2,002 2,334 2,685 3,054 3,441 3,845 4,266 4,703

4.- Cálculo de la máxima altura alcanzable antes y después de la garganta según el caudal máximo de diseño de la planta: DE LA TABLA, W = 2.484 à S = 70 % Qmáx depuradora = 3.81 m3/s à Ha (Qmáx) = (Qmáx / C) 1/n = 0,746m Hbmáx = 0,7 x Hamáx à Hbmáx = 0,522