Canal de la garganta cortada

El canal Cutthroat es un tipo de canal de medición de caudal desarrollado entre 1966 y 1967 que se utiliza para medir el caudal de aguas superficiales, aguas residuales y vertidos industriales. Al igual que otros canales , el canal Cutthroat es una estructura hidráulica fija . Mediante paredes laterales verticales, el canal acelera el flujo a través de una contracción de dichas paredes hasta que el flujo alcanza la "garganta" del canal, donde se expande. A diferencia del canal Parshall , el canal Cutthroat carece de una sección de garganta con paredes paralelas y mantiene un fondo plano en todo su recorrido. ^{[ 1 ]}

El diseño del canal Cutthroat está estandarizado, pero no está cubierto por ninguna norma nacional o internacional (a diferencia del canal Parshall ). Los canales no están patentados y las tablas de descarga no están protegidas por derechos de autor.

Se han desarrollado un total de 16 tamaños estándar de canales Cutthroat, que cubren rangos de caudal desde 0,3536 gpm [0,0223 L/s] hasta 54.801 gpm [3.458 L/s]. ^{[ 2 ]}

En condiciones de flujo libre, la profundidad del agua en un punto específico aguas arriba de la garganta del canal se puede convertir en un caudal.

La descarga de flujo libre se puede resumir como ^{[ 3 ]}

${\displaystyle Q=CH^{n}}$

${\displaystyle C=KW^{1.025}}$

Dónde

• Q es el caudal
• "C" es el coeficiente de flujo libre
• K es el coeficiente de longitud de flujo libre para el canal.
• H es la altura en el punto de medición principal.
• n es el exponente de flujo libre
• "W" es el ancho de la garganta

Tanto “K” como “n” varían únicamente en función de la longitud del canal.

Tabla 1 ^{[ 4 ]}

Las transiciones de inmersión para los canales Cutthroat varían según la longitud del canal:

• 60% para 18 pulgadas de largo
• 65% para 36 pulgadas de largo
• 70% para 54 pulgadas de largo
• 80% para 108 pulgadas de largo

Los valores de transición de inmersión para los canales Cutthroat son generalmente mejores que los de los canales Parshall de tamaño similar, una ventaja en canales de pendiente plana donde la hidráulica aguas abajo puede aumentar la relación de inmersión en el canal. ^{[ 5 ]}

A diferencia del canal Parshall, el punto de medición secundario, Hb, en el canal Cutthroat se encuentra alejado de la sección de la garganta, lo que facilita relativamente la determinación del nivel. ^{[ 6 ]}

El canal Cutthroat fue desarrollado entre 1966 y 1967 en el Laboratorio de Investigación del Agua de Utah, perteneciente a la Universidad Estatal de Utah, en Logan, Utah, por Skogerboe, Hyatt, Anderson y Eggleston. El resultado de estos esfuerzos fue un canal de forma y construcción sencillas, idóneo para su uso en aplicaciones con pendiente suave (pendiente baja).

Los canales Cutthroat carecen de una sección de garganta de paredes paralelas (de ahí su nombre) y tienen un fondo plano para permitir su instalación en canales de pendiente suave. Visto desde arriba, el canal Cutthroat tiene forma de reloj de arena, similar al canal Parshall, con el que a veces se confunde.

Las paredes de un canal Cutthroat son verticales, al igual que en los canales Parshall y HS/H/HL. Las paredes de la sección de aproximación se contraen uniformemente en una proporción de 3:1, mientras que las de la sección de descarga se expanden en una proporción de 6:1. El punto donde se unen las paredes de las secciones de aproximación y descarga se denomina la "garganta" del canal Cutthroat.

El punto de medición principal, Ha, se encuentra en un punto aguas arriba de la garganta del canal y puede determinarse mediante la ecuación

${\displaystyle H_{a}=2L/9}$

Donde L es la longitud del canal.

El punto de medición secundario, Hb, se produce en un punto aguas abajo de la garganta del canal y se puede determinar mediante la ecuación

${\displaystyle H_{b}=5L/9}$

Donde L es la longitud del canal.

• La simplicidad de la geometría del canal Cutthroat es tal que puede fabricarse en una amplia variedad de materiales, incluyendo hormigón , acero galvanizado, láminas de policarbonato , acero inoxidable , madera (para aplicaciones temporales) o fibra de vidrio , según lo requiera la aplicación. ^{[ 7 ]}
• La geometría del canal Cutthroat es la misma para todas las longitudes. El ángulo de contracción en la sección de entrada y el ángulo de expansión en la sección de salida son iguales para todos los canales Cutthroat.
• Dado que el coeficiente de flujo libre (K) y el exponente de flujo libre (n) dependen únicamente de la longitud del canal, se pueden desarrollar canales Cutthroat de tamaños intermedios sin necesidad de verificación en laboratorio.
• Gracias a su diseño de fondo plano, el canal se puede adaptar a los cauces existentes sin necesidad de elevarlo ni ajustar la hidráulica aguas abajo.
• Si el ancho de la garganta es lo suficientemente grande, y gracias a su diseño de fondo plano, el canal Cutthroat permite el paso de sedimentos y escombros con bastante facilidad.

• La dificultad para replicar las características de flujo de la investigación inicial ha llevado a algunos investigadores a recomendar el canal Cutthroat. ^{[ 8 ]}
• Al igual que las presas , los canales también pueden afectar a la fauna local. Algunas especies, o ciertas etapas de su ciclo de vida, pueden verse bloqueadas por los canales debido a su velocidad de natación relativamente lenta o a características de su comportamiento.
• En los canales de tierra, pueden producirse desvíos aguas arriba y erosión aguas abajo.
• Los canales de garganta cortada con anchos de garganta inferiores a 3 pulgadas no deben utilizarse en flujos sanitarios sin cribar debido a la probabilidad de obstrucción. ^{[ 9 ]}

Se han desarrollado cuatro longitudes estándar del canal Cutthroat, con cuatro anchos de garganta para cada longitud.

A continuación se muestran las longitudes estándar de los canales con sus respectivos anchos de garganta estándar.

• 18 pulgadas
  • 1 pulgada, 2 pulgadas, 4 pulgadas, 8 pulgadas
• 36 pulgadas
  • 2 pulgadas, 4 pulgadas, 8 pulgadas, 16 pulgadas
• 54 pulgadas
  • 3 pulgadas, 6 pulgadas, 12 pulgadas, 24 pulgadas
• 108 pulgadas
  • 12 pulgadas, 24 pulgadas, 48 ​​pulgadas, 72 pulgadas

Para una longitud dada, se pueden desarrollar canales Cutthroat de anchos de garganta intermedios sin necesidad de pruebas de laboratorio. ^{[ 10 ]}

${\displaystyle Q=CH^{n}}$

${\displaystyle C=6,585L^{-0,3310}W^{1,025}}$

${\displaystyle n=2,0936L^{-0,1225}-0,128(W/L)}$

Dónde

• Q es el caudal
• "C" es el coeficiente de flujo libre
• H es la altura en el punto de medición principal.
• n es el exponente de flujo libre
• "W" es el ancho de la garganta
• "L" es la longitud del canal.

Al igual que con el canal Parshall , las aplicaciones iniciales de los canales Cutthroat se concibieron para medir caudales en canales de riego y otras aguas superficiales.

Una vez más, al igual que el canal Parshall, el canal Cutthroat ha demostrado ser aplicable a una variedad de flujos en canales abiertos, entre los que se incluyen:

• Canales y acequias de riego
• Surcos
• Aguas superficiales (depresiones, arroyos, riachuelos y ríos)
• Flujos de tuberías elevados, por encima del nivel del suelo
• Flujos de tuberías bajo el nivel del suelo (cámaras de hormigón / pozos de registro incorporados en pozos de registro de medición prefabricados)

• Imágenes de canales Cutthroat de fibra de vidrio, acero galvanizado y acero inoxidable.

• Bos, Marinus (1989). Estructuras de medición de descargas. Tercera edición revisada. Publicación 20. Oxford, Reino Unido: Instituto Internacional para la Recuperación y Mejora de Tierras. ISBN 978-9070754150.
• Skogerboe, Gaylord (1974). Canales de medición de agua (PDF) . Ft. Collins, CO: Oficina de Agricultura, Oficina de Asistencia Técnica. Archivado del original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
• Skogerboe, Gaylord (1973). Selección e instalación de canales de medición para agua de riego y drenaje (PDF) . Ft. Collins, CO: Estación Experimental de la Universidad Estatal de Colorado.