Medidor Parshall

MEDIDORES PARSHALL 1. INTRODUCCION La medición de caudal en canal libre, en particular en los canales abiertos, es un problema importante en el estudio de hidráulica aplicada. Entre los numerosos dispositivos propuestos los más utilizado son los medidores de régimen crítico, entre ellos este canal. En los canales de medición del caudal, el agua se somete a una concentración producida por los lados o el fondo del canal o ambos. Un carril común de medición característica es la formación de un reflujo de onda deliberada cerca de su salida, lo que conduce a la pérdida de carga correspondiente imán de tres a cuatro veces menor que la que se observa en un tubo de salida de la misma capacidad. Entre estos dispositivos de medición es uno de los metros más popular vertedero o Parshall Parshall, inventado por el ingeniero estadounidense del Servicio de Riego del Departamento de Agricultura de Estados Unidos, Ralph Leroy Parshall (1881-1960), que ha creado sobre la base de los estudios Venturi. Desarrollado en los tamaños estándar de 3 "a 10", ancho nominal "W" de su cuello (Tabla 1), hidráulica es un tipo de medidor de Venturi. Inicialmente diseñado para aplicaciones en canales de riego, este medidor de flujo ahora se conoce como Parshall, en honor de su creador, y ahora se emplea a menudo, además de la función original, así como una mezcla eficaz de soluciones químicas en plantas de tratamiento de agua. 2. MEDIDOR PARSHALL El Canal Parshall es un dispositivo de medición de flujo en forma de un canal abierto con dimensiones normalizadas. El agua es forzada por un cuello relativamente estrecho, y el nivel del agua aguas arriba de la garganta es indicativa de la corriente a medir, independientemente de las aguas abajo del nivel de agua de esta garganta. La Tabla 1 muestra los valores de anchura estándar de la Parshall garganta y otras dimensiones de la tolva.

Tabla 1 - Dimensiones estandarizadas da canal Parshall (cm) W Pulagadas (cm) 1¨ 2.5 3¨ 7.6 6¨ 15.2 9¨ 22.9 1´ 30.5 11/2´ 45.7 2´ 61 3´ 91.5 4´ 122 5´ 152.5 6´ 183 7´ 213.5 8´ 244 10´ 305

A (cm) 36.3 46.6 62.1 88.0 137.0 144.9 152.5 167.7 183 198.3 213.5 228.8 244 274.5

B C (cm) (cm) 35.6 9.3 45.7 17.8 61 29.4 86.4 38 134.4 60.1 142 76.2 149.6 91.5 164.5 122 179.5 152.5 194.1 183 209 213.5 224 244 239.2 274.5 427 366

D (cm) 16.8 25.9 39.3 57.5 84.5 102.6 120.7 157.2 193.8 230.3 266.7 303 340 475.9

E (cm) 22.9 38.1 45.7 61.0 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 122

F (cm) 7.6 15.2 30.5 30.5 61 61 61 61 61 61 61 61 61 91.5

G’ (cm) 20.3 30.5 61.0 45.7 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 91.5 183

K (cm) 1.9 2.5 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 15.3

N (cm) 2.9 5.7 11.4 11.4 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 34.3

(Fonte: Azevedo Netto et alli, 1998)

3. DETERMINACION DEL FLUJO CON UN CANAL PARSHALL La base horizontal del canal constituye nivel de referencia para el nivel del agua aguas arriba. A menudo se mide la altura del agua en un punto situado a 2/3 de la garganta canal de aproximación, habiendo sido establecido empíricamente la siguiente relación entre el nivel de agua en el punto 0 y la sección de flujo:

Q = 2,2. W. H03/2 , (Q em m /s) 3

donde H0 = altura de nivel de agua en el punto 0 (m) W = ancho de garganta (m) Conforme Azevedo Netto y Alvarez (1982), en la Tabla 2 está indicado los valores máximos e mínimos del causal para diferentes tamaños del canal. Una condición importante para el correcto funcionamiento de un canal Parshall es que el nivel de agua aguas abajo del canal debe ser suficientemente baja para evitar el ser "ahogado", un término que indica que las aguas abajo del nivel de agua de la canaleta influye la cantidad de nivel. Experimentalmente se establece que, teniendo la base del riel, como referencia, el nivel del agua aguas abajo no exceda de 60 por ciento del nivel de agua para la garganta aguas arriba de las artesas 3, 6 o 9 pulgadas (es decir, W ≤ 229 mm). Para los valores de W sobre un pie (305 mm) es la proporción máxima de 70 por ciento, o es H2 / H1≤ 0,60 para garganta de 3, 6 o 9 pulgadas ou H2 / H1 ≤ 0,70 para garganta de 1 a 8 pies, Indicar el flujo libre, sin perjuicio de fluir con ahogamiento. En cualquier situación de este ahogamiento nunca debe superar el 95%.

Tabla 2 - Valores límites del caudal (l/s) en función de largura da garganta Ancho de la Garganta del Parshall (W) Pulg o Pies cm 3" 7.6 6" 15.2 9" 22.9 1’ 30.5 11/2’ 45.7 2’ 61.0 3’ 91.5 4’ 122.0 5’ 152.5 6’ 183.0 7’ 213.5 8’ 244.0

Caudal (lps) mínimo máximo 0.85 53.8 1.52 110.4 2.55 251.9 3.11 455.6 4.25 696.2 11.89 936.7 17.26 1426 36.79 1921 62.80 2422 74.40 2929 115.4 3440 130.7 3950

(Fuente: Azevedo Netto et alli, 1998)

4. TEORIA DE MEZCLA RAPIDA EN CONDICIONES CRITICAS En el tratamiento de aguas es el proceso de coagulación en el que los coagulantes se añaden al agua para reducir las fuerzas de repulsión entre los coloides en suspensión, floculante el proceso siguiente, que se favoreciendo así la aglomeración de las micropartículas de decantación natural unidades más grandes, llamado escamas en un razonablemente operativo. El proceso de coagulación también se denomina mezcla rápida, ya que la dispersión coagulante en el medio acuoso tiene que ser llevado a cabo más suavemente y en un tiempo más corto posible. Estas condiciones son un problema importante en el tratamiento químico del agua, por lo tanto, más allá de las dificultades del proceso de coagulación hidráulico natural y siendo una etapa inicial del tratamiento, la lesión se traducirá en un rendimiento deficiente en las siguientes fases. Hidráulicamente la forma más eficiente de lograr una distribución homogénea y rápida de una sustancia en un cuerpo de agua es a través de unas condiciones turbulentas de mezcla adecuadas para el depósito. Y una de las formas de calcular la eficiencia de esta mezcla es mediante la determinación del gradiente de velocidad. Este gradiente puede calcularse por la expresión

, en s-1, Donde: P (kgf.m / s) es la disipación de potencia debido a la pérdida de carga hf, Vol. (m3) es el volumen de desplazamiento del agua y el µ (kgf.s/m2) la viscosidad absoluta o dinámica.

Recuerde que potencia es el producto del peso específico x altura x de flujo, es decir, P = γ .Q.hf , en kgf.m/s. Cuadro de símbolos de algunas características dos líquidos y sus unidades utilizadas Símbolos

significado

Unidades Utilizadas

g

m/s2 aceleración de gravedad

ρ

masa específica

γ

peso específico ( = ρ .g )

δ

Densidad relativa

µ

coeficiente de viscosidad (dinámica o absoluta)

ν

viscosidad cinemática ( = µ /ρ )

kgf.s2 / m4 kgf / m3 kgf.s / m2 m2 / s

No hay estudios concluyentes sobre un valor óptimo para el gradiente con el fin de lograr una mezcla rápida ideales, pero la literatura disponible informa a trabajar con valores mínimos de 700 a 1000s -1 con tiempos de mezcla de menos de 1 segundo (si es posible menos de 0,5 s). Esta condición se alcanza normalmente cuando el proceso se lleva a cabo en canales rebotes hidráulicos, o abierto que se produce en el paso a través de las condiciones de régimen de flujo crítico supercrítico para aguas arriba. Este estudio se basa en el hecho de que cada vez que el agua pasa a través del régimen crítico, es posible establecer una relación matemática entre el flujo y la altura de la profundidad del agua drenada aguas arriba de la sección donde el sistema alcanza la condición crítica de flujo. El grado de turbulencia será mucho mejor cuando más pequeño es el espacio entre la etapa de transición supercrítico y posterior apacible.

5. ENERGIA HIDRÁULICA DISSIPADA E GRADIENTES DE VELOCIDADE El salto hidráulico es un fenómeno que se produce cuando la corriente pasa desde el régimen de líquido o supercrítico para el rápido subcrítico o tranquilo, pasando a lo largo de su desarrollo, el punto crítico de la corriente. Para ir allí (véase la figura) es la condición necesaria que

donde

Fi= el número de Froude en una sección "i" del salto (de William Froude, 1810-1879, matemático e ingeniero civil ingles).

La energía hidráulica disipada debido al gradiente de velocidad que promueve la mezcla rápida, se puede calcular por la fórmula de Bélanger (Jean-Baptiste Bélanger, 1789 - 1874, notável hidráulico francês):

hf = Para números de Froude comprendidos entre 4,5 e 16,0, por ejemplo, la extensión del resalto puede ser estimado por la expresión: L = 6,5 (h2 -h1). Como la potencia P = γ . Q. hf , entonces

onde o tempo de mistura T é T = 2L / (V2 + V1) Vi= velocidad média la sección "i", en m/s, γ = peso específico do líquido, en m3/s, µ= coeficiente de viscosidad. Un cambio brusco de la pendiente en un canal rectangular es uno de los medios más simples para producir un salto hidráulico a fin de efectuar un mezclado rápido. En caso de falta de coincidencia causada por cambios en la pendiente del fondo del canal son:

Eo = E1 =

+ h1

con h1 =

Donde B es el largo del canal q = Q/B, por lo tanto, el caudal específico o unidad. H1temos Sustituyendo según Eo

V1=

com cos θ=

.

6. CÁLCULO DE CALHA PARSHALL COMO MISTURADOR RÁPIDO

La condición del salto hidráulico produce una disipación de energía muy importante junto con el hecho de que el estrechamiento de la garganta Parshall favorece una distribución más homogénea del coagulante, son indicadores de que un Parshall se describe como un buen marco para el funcionamiento como una unidad mezclado rápido. El Parshall propuesto inicialmente sólo como un medidor de flujo no produce un diseñador significativo salto hidráulico que conduce, la mayor parte del tiempo, para crear las condiciones para hacer de este hombro se produce en la intensidad adecuada para proporcionar una buena mezcla. Estas estructuras resultantes se denominan Parshall modificado. Uno de los expedientes más comunes consiste en colocar las placas en la parte superior del canal de salida con el fin de "ahogar" el flujo adecuadamente en la salida de la garganta. Para un Parshall es eficiente debido a que diseñar de manera que la leva se produce inmediatamente aguas abajo de la garganta, el nivel del agua en el canal descendente es igual al umbral de la sección de la garganta convergente metros, velocidades empleadas a través de este cuello de no menos de 2,0 m / s, y las pérdidas totales que 0,25 m. Estas condiciones se recomienda que se obtengan buenos gradientes de velocidad (> 1000 s-1) con tiempo de retención adecuado (< 1s). (Ver figura abajo).

Según la literatura disponible número de Froude terminales hidráulico entre 4,5 y 9,0 producir la mezcla rápida más eficiente. Este intervalo corresponde a una disipación de potencia del orden de 3,5 a 7,0 HP por m3 / s de la capacidad de un tiempo de mezcla de aproximadamente un segundo.

La energía hidráulica disponible en la sección transversal calculada a 0 (primer examen de la figura) está dada por la siguiente expresión:

E0 = + H0 + N con velocidad V0 = e largura con valores de k e n se estandarizaron de acuerdo con la Tabla 3.

donde H0 = k. Q n

(Recuérdese que el punto 0 es sobre la sección transversal correspondiente a dos tercios del borde de aguas arriba de la garganta, es decir, en la sección de aguas arriba a una distancia 2/3 de entrada B de dicho garganta). Tabla 3 - VALORES DE "k" E "n" Ancho de la garganta del Parshall (w) Pulg o Pies mm 3¨ 76 6¨ 152 9¨ 229 1´ 305 11/2´ 457 2´ 610 3´ 915 4´ 1220 5´ 1525 6´ 1830 8´ 2440

K

m

3.704 1.842 1.486 1.276 0.966 0.795 0.608 0.505 0.436 0.389 0.324

0.646 0.636 0.633 0.657 0.650 0.645 0.639 0.634 0.630 0.627 0.623

(Fonte: Azevedo Netto e Richter (1991)