3 medidor parshall 2014 ok

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU

Consejo Departamental de Lambayeque

UNIDAD DE CAPACITACION

CURSO : DISEÑO HIDRAULICO INFRAESTRUCTURA DE RIEGO –

CRITERIOS PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Mayo del 2014

DISEÑO HIDRAULICO OBRAS DE INFRAESTRUCTURA Dr. Ing. Walter Morales Uchofen MENOR DE RIEGO-CRITERIOS DISEÑO ESTRUCTURAL Docente UNPRG

*diseñados en estructuras de canal abierto. *En flujo libre, el agua pasa através de la cresta en tirante crítico. Nota: La condición de flujo libre ocurre cuando la superficie (agua) del canal aguas abajo

es la suficientemente baja para no tener efecto sobre el tirante de agua sobre la cresta. En este caso se requiere 1 sola lectura para medir la profundidad de flujo. *Si el flujo es sumergido, se requiere 2 medidas de profundidad para obtener la proporción del flujo. TAMAÑOS DE MEDIDORES PARSHALL *Dieñados para medir caudales entre: 0.01 pie3/seg(0.3lps) a 3000 pie3/seg.(85m3/seg). MEDIDOR PARSHALL PARA FLUJO LIBRE.- *La teoría a exponen, tratará diseño de Medidores Parshall para Flujo Libre con capacidades, Q : 0.05 pie3/seg (0.0014m3/seg) hasta 139.5 pie3/seg ( 3.95 m3/seg). Y Anchos de Garganta, W : 6” hasta 8’ *Grado de Sumergencia (fig 5.6):

-Para medidores de : 6” y 9” de ancho Máximo Grado de Sumergencia, para descarga FLUJO LIBRE

%60=a

b

HH


Para medidores de : 1’ a 8’ de ancho Máximo Grado de Sumergencia

%70=a

b

HH

Nota: los ceros del calibrador, para Ha y Hb, son establecidos en la elevación de la cresta del Medidor (Lectura profundidad sobre la cresta). *UBICACIÓN DEL MEDIDOR -Solo en secciones rectas decanales -Flujo sea relativamente suave y uniforme -No ubicarlos en curvas o ángulos rectos -Ubicarlos tan cerca como sea posible a las compuertas reguladoras, pero lo

suficientemente distanciadas a fin de que el flujo sea uniforme y sin turbulencias. *SELECCIÓN DEL TAMAÑO DEL MEDIDOR -Diseñados por sus anchos de garganta. -Se debe conocer : Sección del canal, tirante normal del canal, proporción de descarga para

ser medidos y perdida de carga atraves del medidor. Graficas importantes a utilizar: (a) Tabla 5.3, páginas 254 a 257, Design Smal Canals Structures

Permite seleccionar para el caudal circulante “Q”, diversos medidores de ancho “W” y carga Ha (seleccionando para valores menores o iguales al tirante del canal aguas abajo).

(b) Figura 5.8, perdidas atraves de Medidor Parshall, de 1’ a 8’ de ancho de garganta, se selecciona “HL”, puede utilizarse Anexo 32, hoja 2 de 2 del Libro de Hidráulica de Trueba Coronel.


(c) Por tanteos de “W”, se selecciona el medidor requerido, utilizo figura 5.7, dimensiones estándar de un medidor Parshall.

Figure 5.7 Standard Parshall flume dimension

MEDIDOR PARSHALL CON FLUJO DE DESCARGA SUMERGIDO .- Los medidores Parshall deben ser diseñados para descargas a Flujo Libre; sin embargo ellos medirán los Flujos Sumergidos hasta 95% de Sumergencia. Cambios en las condiciones hidráulicas del canal aguas abajo que puedan causar mayor sumergencia en los medidores, conlleva a que estos sean menos usuables. Información útil:


( ) DiseñoTablaFinal QMFigAproxValores

QQ »÷÷÷

ø

ö

ççç

è

æ-= *

511..3.5

*APLICACIÓN.- De un canal principal que conduce 85 pie3/seg, mediante una obra de captación tipo toma, se deriva 40 pie3/seg, .Con la finalidad de realizar el control del agua a captar se ha optado por el diseño de una obra de medición tipo Medidor Parshall, para descarga En Flujo Libre, se pide realizar el diseño hidráulico de esta estructura. Para el medidor seleccionado realizar el Chequeo si se da Flujo de Descarga Sumergida. La elevación en canal aguas arriba es de + 100 pie y el nivel del agua aguas arriba 102 pie.

SOLUCION.- *Utilizando Figura 5.7 y Tablas 5.3, seleccionamos ancho de medidor: W, Puede ser apartir de W = 3 ‘. Selecciono Ha, para diversos anchos de garganta W, que conduzcan Q=40 pie3/seg.,ver cuadro adjunto :

Tabla 1 TABULACION SUGERIDA Ha W Q M Valor Descarga Flujo Fig 5.8 Fig 5.11 Sumergido

Pie Pie Pie3/seg Pie3/seg


Tabla 2 Carga en Poza A

Q :pie3/seg ANCHO MEDIDOR CARGA EN POZA

w : pie Ha : pie

40.08 3 2.16 40.10 4 1.79 40.09 5 1.55 40.12 6 1.38 40.02 7 1.25 40.06 8 1.15

*Para inicio de chequeo se sugiere realizarlo con el valor Ha < d aguas abajo, según tabla comenzar por medidor W > 4 ‘. *De fig. 5.8, se determina Perdida HL(Tabla 3) de carga atraves del medidor Parshall de dimensiones comprendidas entre 1 ´ a 8 ‘ , se inicia el análisis a descarga libre. Máximo Grado de sumergncia :´

%70=a

b

HH


Tabla 3 Perdida de carga HL Tabla 4 Perdida carga HL(según Trueba Coronel)

ANCHO MEDIDOR PERDIDA CARGA

W: pie HL : pie 5 0.58 6 0.49 7 0.42 8 0.37

Puede utilizarse el nomograma de Anexo N°32, Hoja 1 de 2, de Trueba Coronel, se logra Tabla 4, puede apreciarse que los valores son semejantes. *VERIFICACION.- Chequeo Medidores de W : 5’ y 6 ‘.De Figura 5.7 selecciono las dimensiones:

ANCHO MEDIDOR Perdida de Carga en medidor

W: pie He, m HL , pie 5 (1.52 m) 0.175 0.574 6 (1.83 m) 0.145 0.476 7 (2.13 m) 0.130 0.426

8 (2.44 m) 0.115 0.377

A (2/3)A B C D E F G M N P R Ha

Ft in Pie Pi e Pi e Pie Pi e

5 6'-6" 4'-4" 6'-(9/2)" 6' 7'-(53/8)" 3 2 3 1'-6" 9" 10´-(5/4)" 2 1.55

6 7' 4'-8" 6'-(83/8)" 7' 8'-9" 3' 2' 3' 1´-6" 9" 11'-(7/2)" 2 1.38

w

Tabla CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DEL MEDIDOR


Tabla 5. Primer tanteo, con Medidor W = 5’

Ubicación de cresta (elevación) Elev. Cresta = +100pies + h

Proporción: 41

=Mh , M =1’- 6” = 1.5’ , D = 7’+6 5/8 = 7.552’

piepieMh 38.0'375.04

5.14

"6'14

===-

==

Elev. Cresta=+100 + 0.38 = 100.38 pie. Calculo de energía en dirección de medidor A:

g

vHaCrestaElevE aHa *2

.2

++= (1)

Si:

HaWxAa *)*2( +=

'5.6"12"6'6"6'6 =+=-=A


'333.4*32

=A

276.12

=-WD

'085'5.6

'276.1'*33.42**

32

==úûù

êëé -

úûù

êëé

=A

WDAx

AnchoA =2*0.85’ + 5’ = 6.7’ AA = AnchoA*Ha =6.7’ * 1.55’ = 10.385’

./85.3385.10

/402

3

segpiepie

segpieAQveloc

Aa ===

piesegpie

segpieg

vhvA 23.0/2.32*2

)/85.3(*2 2

22

===

Reemplazando en (1).

pieEHa 16.102'23.0'55.1)'38.0'100( =+++=

Análisis: Si este medidor fuese usado, el N.A. aguas arriba

aumentaría en 0.16’ Disminuiría el borde libre del canal aguas arriba, lo cual no

debe darse.

*CHEQUEO SI LA DESCARGA ES LIBRE Hallo: Hb = NA aguas abajo – Elev Cresta = (Elev. N.A – HL ) – Elev Cresta = ( + 102’ – 0.58’ ) – 100.38’ = 1.04’


Nota: no se ha incluido perdida de TE, TS. Proporción :

.%,70%6767.0'55.1'04.1 LibreFlujoda

HH

a

b --<===

Puede utilizarse este medidor. Tanteo, con Medidor W = 6’ Parámetros: M = 1’- 6” = 1.5’ D = 8’ – 9” = 8.75’ A = 7’

'67.4*32

=A

'375.12

=-WD

piex 917.0'7

'375.1'*67.4==

Ancho =2*x+W = 7.834 pie Área = Ancho*Ha = 10.811pie2

segpiespie

segpieAQva /69.3

811.10/40

2

3

===

hv = 0.211 pie (carga velocidad en medidor). De Tabla 2 Ha = 1.38 pie De Tabla 3 HL = 0.49 pie La energía total en A = Elev fondo canal + h + Ha + hv = 100’ + 0.38’ + 1.38’ + 0.211’ = 101.971 pie < 102’ ok. *CHEQUEO SI LA DESCARGA ES LIBRE AL UTILIZAR ESTE MEDIDOR.- Calculo Hb, considerando solo perdida HL : Hb = NA aguas abajo – Elev. Cresta.

= (102’ –HL ) – 100.38’ = 102’ – 0.49’ – 100.38’ = 1.13’ %Sumergencia = Hb / Ha = 1.13’ / 1.38’ = 0.82 = 82% > 70% Luego No se da Flujo Libre.


Calculo nuevo Hb, considerando perdidas en entrada y salida incluyendo perdida en medidor:

Hb = NA aguas abajo – Elev Cresta = ( Elev NA aguas arriba – suma perdidas) – Elev Cresta = (102’ – he – hs – HL) – 100.38’ Calculo de perdida: Perdida en salida.- hs = 0.6*Δhmedidor-canal =0.6(hvmedidor – hvcanal)

si canal ingreso igual canal salida Luego. A = b*y + z*y2 = (6)(2) + (1.5)*(2)2 = 18 pie2. Q = 40 pie3/seg. V = Q / A = 2.22 pie/seg hvcanal = v2 /2*g = 0.0765 pie hv medidor(A) = 0.211 pie ( calculado antes) hs = 0.6 (0.211 – 0.0765 ) = 0.0807 pie Perdida en entrada.- he = 0.3*Δhmedidor-canal =0.3(hvmedidor – hvcanal)

= 0.3( 0.211 – 0.0765 ) = 0.0404 pie HL = 0.49’ Luego : Hb = 102’ –(0.0807’ + 0.0404’ + 0.49’ ) – 100.38’ = 1.0089 pie %Sumergencia = Hb / Ha = 1.0089 / 1.38 = 0.73= 73% > 70% Se confirma que no se da flujo libre. Nota: La sumergencia que exceda el 70%, influye en una buena medida de la superficie del agua en Ha y una descarga “ERRONEA” seria leída usando solo esta lectura, luego es necesario definir un nuevo Ha y Hb para Flujo Sumergido de 90%.


CHEQUEO USO DE MEDIDOR DE W = 6’ , PARA FLUJO DE DESCARGA SUMERGIDO.

Medidor ubicado para Sumergencia del 90% Información disponible: Elev. NA aguas arriba = 102’ Elev. Cresta = 100.38’ Para Descarga libre Ha = 1.38’ Elev. NA aguas abajo = Elev Cresta + Hb Defino Hb, considerando 90% Sumergencia

%90=a

b

HH

Hb = 0.90*Ha = 0.90*1.38’ = 1.24’ Luego: Elev.NA aguas abajo = 100.38’ + 1.24 =101.62’

CALCULO DE CORRECCIONES PARA FLUJO SUMERGIDO PARA EL MEDIDOR QUE SE ESTA CONSIDERANDO, W= 6’ :

Información requerida: Figura 5.8, para definir HL, para 90% Sumergencia.

Tabla 5.3, para seleccionar valores Ha para Q mayores a 40 pie3/seg, dado que se va a realizar correcciones. Figura 5.11, para seleccionar Factor de corrección: M, para el tamaño de medidor de trabajo y lecturas de flujo a ser corregido. Aplicar expresión:

( ) ./40)(11.5 33.5 segpieQMoxFigValoresaprQQ diseñoTablafinal =»-=

Luego: Selecciono Valores de Ha para diverso Q > Qdato, para W = 6’, Tabla 6.


Tabla 6 Q vs Ha Ha W=6'

Valores>Q

pies pie3/seg

1.57 49.28 1.59 50.28 1.60 50.79 1.61 51.3 1.62 51.81

De figura 11, selecciono Correcciones para diversos Ha y el Factor Multiplicador, M., se elabora Tabla 7.

Tabla 7 Determinación de Caudal a Flujo sumergido ( Qsumergido)

Ha W Q Corrección M Qsumergido pies pies pie3/seg pie3/seg

1.57 49.28 2.18 39.91 1.59 6 50.28 2.22 4.3 40.73 1.62 51.81 2.38 41.57

Por lo que la solución se da para Ha = 1.59 pie El nuevo valor de Hb leído será :

%90=HaHb

Hb = 0.90*Ha = 0.90*1.59 = 1.43pie

Por tanto el nuevo N.A. Aguas Abajo se ubicará a 1.43 pies sobre la Elevación de la Cresta : Elev. N.A.A. abajo = Elev.Cresta + Hb = 100.38´ + 1.43’ = 101.81 pies. CONCLUSION : El medidor será ubicado para una sumergencia de 90% y medirá 40 pie3/seg, con lecturas Ha = 1.59 pies y Hb = 1.43 pies.


La pérdida para esta posición actual será : + 102.00 pie –

101.81 pie ----------------- 0.19 pies ≈ HL = 0.17’(perdida para el 90% sumergencia) Valores de conversión utilizados: · 1 pie3 /seg = 0.028317 m3 /seg. · 1 m3 /seg = 35.3145 pie3 /seg. · 1 pie = 0.3048 m. · 1 m = 3.281 pie

Medidor en posición para lectura : Hb


TABLAS UTILIZADAS EN DISEÑO DE MEDIDORES PARSHALL

Referencia: Design Small Canals Structures














Documents

3 medidor parshall 2014 ok