SISTEMAS DE MEDIDA DE CAUDAL EN
CANALES ABIERTOS
Canal PARSHALL
El canal Parshall es uno de los sistemas de medida de caudal en canal
abierto más utilizados.
La precisión del sistema requiere de diferentes factores a tener en
cuenta durante su puesta en marcha así como en la instalación del
mismo.
1- El elemento que produce la variación de nivel. ( El canal Parshall )
2- la unidad de medida y control
3- La instalación del propio canal y del sensor de nivel
El volumen del agua se calcula con la función matemática que la norma
ISO 1438 indica,
Caudal Q = f( nivel (x)*K)
En donde el exponente (x) y la cte. K dependen del vertedero o canal.
El procesador de caudal tiene diferentes sistemas de linealización en
los que cada uno depende de la forma en que se mide el agua.
Canal Parshall prefabricado.
Hay varios proveedores que los suministran en material plástico reforzado con fibra, desde
1" hasta 10" de garganta preparados para encofrar en la misma instalación.
Estos canales aseguran una relación precisa entre el nivel de la lámina de agua y el caudal
que fluye a través de la garganta.
Ventajas:
Precisión: +/- 0.5 mm en la garganta
Dimensionado normalizado
Superficie lisa
Instalación sencilla
Incorpora soporte para el sensor de ultrasonidos del nivel de lámina.
Detalles de instalación del canal Parshall:
Para un correcto sistema de medida, se deben de considerar los siguientes puntos:
1-Considerar distancias mínimas recomendadas para el canal de aproximación.
2- Paredes rectas y a escuadra
3-Situar el canal prefabricado sobre un lecho de arena. Utilizando la madera contrachapada
del canal. nivelar longitudinalmente y transversalmente tanto el canal de aproximación
como el del canal de medición. Debe estar perfectamente nivelado
4- Los canales disponen de unas flechas que indican el sentido de circulación del agua.Se
debe d e respectar dicha orientación.
5-Anclar con puntos fijos de nivelación ambos canales ( medición y aproximación ).
rellenar los exteriores de los laterales con hormigón líquido hasta 1/3 de su altura.
Rellenar el resto con tierras de excavación u hormigón líquido según convenga.
6-Deben de evitarse al máximo remolinos. Para ello, se puede rellenar con rellenos
elásticos de unos 20 mm la entrada y salida de la zona del canal tanto entrada como
salida.
7-Sellar las juntas entre los canales de aproximación y de medida con cola de silicona o
masilla de poliuretano.
Detalle a modo de ejemplo.
Según el caudal, existen diferentes montajes con su separación correspondiente.
La fórmula que determina el caudal instantáneo en función de la altura es:
Q = K x han
Siendo K y n constantes ( Q en m3/h )
ha nivel de agua antes de la garganta
Condiciones de medida:
Con caudal libre se mide únicamente el nivel ha -Nivel de agua antes de la garganta
Es preciso tener flujo laminar sin remolinos y sin obstrucciones ni el la boca ni en la salida
Según normativa, antes del punto de medición, el canal tiene que extenderse al menos 10
veces la anchura de la entrada del canal.
En la parte de salida, la única exigencia es que el flujo discurra libremente.
hb < 0.7 x ha o bien 5 veces la garganta.
Datos a tener en cuenta:
Una vez seleccionado el canal adecuado, la unidad de control hace los cálculos
correspondientes considerando los valores de dimensiones conocidos
Canal KAFHAGI-VENTURI
Este canal, similar al anterior, se basa en constreñir el paso de agua dentro de una
garganta con dimensiones conocidas, lo que produce un aumento de la altura previa a la
garganta que es proporcional al caudal.
Estos canales se utilizan para medir el caudal de canales abiertos, tales como la entrada y
salida de aguas residuales, industriales, y comunales, minicentrales eléctricas, embalses,
etc..
Características:
Varios rangos, desde 0.4 l/s a 1500 l/s
Posibles diseños especiales para adaptarlos
Gran precisión
Pueden realizarse en fibra de vidrio con poliestrer o acero cromo/niquel
Resistentes a aguas residuales ácidas o alcalinas
Bajo nivel de altura optimizado para el caudakl de medición.
Estructura:
Proporcionan una relación directa entre velocidad de fluido y el nivel de agua.
El caudal se mide directamente con la altura del agua arriba de la contracción (garganta )
Según la altura detectada, se convierte en velocidad de fluidod por cálculo interno y a un
caudal que se presenta en la salida.
la cantiad de agua es totalizada y se muestra por pantalla.
La entrada a la garganta en un arco de un círculo para conseguir que el anchod e la entrada
coincida con el de la garganta.La fricción así es insignificante.
Para estos canales, se utiliza la relación B2/B1 8 ancho garganta / anchura de la entrda )
difreente en cada caso para conseguir un valor óptimo enyre la altura del agua en a entrada
y la precisión del sistema.
El ancho del canal de salida debe ser igual ( o mayor ) para obtener el mismo nivel de agua
que existe en aguas arribas.
La longitud de la salida de la garganta ( difusor ) esta en la proporción 1:8 con el fin de
mantener las pérdidas tan bajas como sea posible.
Un incremento de caudal en el canal de entrada supondrá un incremento de nivel de agua
debido a la contracción de la garganta, lo cual producirá una variación proporcional en la
medida del caudal.
Ventajas:
La mayor ventaja es que en este tipo de canal, hay una base contínua plana y lisa que
asegura que no se acumulen sedimentos aguas arriba o en el canal de descarga. Esto
garantiza una mejor exactitud a largo plazo sin necesidad de mantenimiento.
Los procesadores FMC 8000/FCP se prueban en un banco de ensayos simulado de forma
individual basado en la ecuación siguiente:
Q= 0.01744b2 x h 1,5 + 0.00091 x h 2,5
Q , caudal en l/s
b2 ancho garganta ( cm )
h= altura aguas arribad el canal ( cm )
Una vez calibrados, estos sistemas tienen un error máximo del 2% en el rango de trabajo de
6 al 20% del rango total del caudal.
En el caso del rango restante ( del 20 al 100% del caudal 9 el error máximo será del 1%
Indicaciones de instalación en canales Khafagi-Venturi:
El canal de medición se debe de instalar en unlugar donde el flujo sea suave no turbulento
Cauqlueir desnicvvel o turbuilencia producirá unos remolinosd de agua inmediatamente
antes del sistema de medición que pueden producir graves errores en la medición del
caudal.
Se debe de disponer de un canal recti de al menos, 10 xb1, es decir, 10 veces el ancho del
canal ( b1 = ancho de canal ) aguas arriba del sistema e medición.
En caso de existir un obstáculo técnico aguas arriba, el canal de legada deberá tener las
siguientes dimensiones:
a) 10 xb1 después de un codo
b) 30 x b1 después de una entrada de flujo lateral
c) 50 xb 1 después de una represa.
Precauciones:
Las paredes y base del canal deben ser tan lisas como sea posible.
La velocidad de flujo de agua debe ser de >0.6 m/s con el fin de que el contenido en sólidos
que pueda llevar el agua sea fácilmente arrastrado impidiendo que se acumule.
Pendiente del canal: del 0.2 a 0.5% aprox.
Si la pendiente es superior al 0.5%, el agua saldrá con demasiada fuerza
El eje longitudinal del canal de flujo debe coincidir exactamente con el canal de entrada. El
canal Khafagi-Venturi puede ser posicionado con precisión utilizando las cuatro referencias
en la superficie del cana prefabricado.
El canal de medida debe estar perfectamente alineado con el canal de entrada.
Comprobar que no se remansa agua
alimentación está seco.
en a zona de medición cuando el canal de
Debes de dejarse espacios de expansión de 10 a 15 mm en la entrada y salida del canal
sellándolos con algún relleno que permita elasticidad permanente.
El espacio lateral exterior a las paredes del canal ha de rellenarse con una capa delgada de
hormigón.
La presente documentación ha sido confeccionada con documentación de Desin Instruments
y complementada con proveedores de canales prefabricados.
Instrumentación para la medida de caudal en canales abiertos:
Existen los siguientes modelos o versiones:
FMC-8000/FCA
Procesadores con HMI para canales abiertos ( arquetas, rebosaderos )
FMC-8000/FCP
Procesadores con HMI para canales abiertos (canales parshall,venturi, ...)
FMC-8000/MAN
Procesadores con HMI para cauces y media carga
FMC-8000/FCC
Procesadores con HMI para tubos soterrados con sonda LFE
La diferencia básica entre ellos, es la programación interna la cual permite medir según un
principio de medida o fórmulas internas determinadas.
Características de los controladores FMC-8000/FCA.. FCP
Los sistemas de mediciónd e caudal en canales Parshall o rebosaderos permiten a través de
la detección del nivel de la lámina superficial de agua que pasa por un canal deprimido o que
rebosa en un vertedero, determinar el caudal tanto instantáneo como totalizado. Dicho
cálculo lo realiza el procesador con los algoritmos pre-programados que lleva ya
incorporado.
Este sistema es válido para cualquier sistema de canal abierto o que acaba en rebosadero.
El procesador permite la medida en diferentes vertederos normalizados:
- Vertedero rectangular de rebosadero ancho o estrecho
- Vertedero trapezoidal de rebosadero Cipolleti
- Vertedero triangular de rebosadero con corte en V
- Canal Khafagi - Venturi
- Canal Parshall
- Canal Palmer Bowlus
- Canal Leopold-Lagco...
Ejemplo de Instalación en un sistema FCA
V