Mecanica de Fluidos -Compuertas

Contenido ............................................................................................................................ ....................................................... 1 I.OBJETIVOS: ..................................................................... ........................................................................................................ 1 II.REVISIÓN LITERARIA: LITERARIA: ......................................................................................................... .............................................................................................................. ............................................ 1 2.1COMPUERTAS: . .................................................................. ................................................................................................................................. 2 2.2 USO: .................................................................................................................................. ........................................................................................................... ............................................. 2 2.3 CLASIFICACIÓN: .............................................................. ............................................................................................. 2 2.3.1Compuerta 2.3.1Compuerta tipo t ipo tejado: ..............................................................................................

2.3.2 Compuerta cilíndrica: ............................................................................................... 3 ........................................................................................... 3 2.3.3 Compuerta tipo escala: ............................................................................................ ............................................................................................ ................................. 4 2.3.4 Compuerta tipo sector: ........................................................... ........................................................................................... 4 2.3.5 Compuerta tipo stoney: ............................................................................................ ............................................................................................ 5 2.3.6 Compuerta tipo visera: .............................................................................................

2.3.7 Compuerta plana: ..................................................................................................... 5 ............................................................................................................... ............................................ 6 III.PROCEDIMIENTO: ...................................................................

4. SÍNTESIS DE ANÁLISIS DE GASTO EN UNA COMPUERTA PLANA INCLINADA: ..................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... 14 .............................................................................................................. 17 5. CONCLUSIONES: ............................................................................................................... ...................................................................................................... 18 6.RECOMENDACIONES: ....................................................................................................... ................................................................................................................... ...................................................... 18 7.BIBLIOGRAFÍA: ............................................................. .............................................................................................................................. ................................................................. 19 8. ANEXOS: .............................................................

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Norte de la Universidad Peruana Facultad de Ingeniería

I.OBJETIVOS: 

Estudiar experimentalmente experimentalmente el comportamiento de una una compuerta compuerta como estructura hidráulica para el control de niveles y m edición de caudales.



Definir la ecuación de patronamiento del caudal para una compuerta plana.



Observar y analizar el funcionamiento de una compuerta compuerta plana.



luye a través de una compuerta” Determinar el gasto que f luye



Determinar las diferentes ecuaciones.

II.REVISIÓN LITERARIA: 2.1COMPUERTAS: Una compuerta consiste en una placa móvil, plana o curva, que al levantarse permite graduar la altura del orificio que se va descubriendo y a la vez controlar la descarga descarga producida. El orificio generalmente se se hace entre el piso de un canal y el borde inferior de la compuerta, por lo tanto, su ancho coincide con el ancho del canal y, en estas condiciones, el flujo puede considerarse bidimensional. (GILBERTO SOTELO ÁVILA)

ARAUJO GUTIÉRREZ M.DENILSON

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El caudal bajo una compuerta y las características hidráulicas de la descarga se pueden conocer a partir del estudio de una red de flujo u otro método de aforo. (GILBERTO SOTELO ÁVILA)

2.2 USO: Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar dependerá principalmente de su tamaño y forma de la abertura, de la carga estática, el espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación. Algunos usos son:     

Control de flujo de agua. Control de inundaciones. Proyectos de irrigación. Sistemas de drenaje. Plantas de tratamiento

2.3 CLASIFICACIÓN: Las compuertas se clasifican según su uso para obras hidráulicas de gran envergadura, (canales, presas, esclusas, etcétera) y para tuberías. Los principales tipos de compuertas de gran envergadura son:

2.3.1Compuerta tipo tejado: Es operada utilizando el desnivel de agua creado por éstas y no requiere de equipo mecánico para su operación.

Fuente: GEYMET, Alfredo Bianco. Elaborada en un proceso constructivo. http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Alfredobi.


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2.3.2 Compuerta cilíndrica: Las compuertas cilíndricas se utilizan para descargas en presión, permitiendo la colocación de la sección de toma

a

cualquier

profundidad, en un embalse. En

el

mismo

pozo

se

pueden disponer tomas de agua a diversas alturas. Se acopla fácilmente a una tubería de salida. Fuente: GEYMET, Alfredo Bianco. Elaborada en un proceso constructivo. ttp://commons.wikimedia.org/wiki/User:Alfredobi

2.3.3 Compuerta tipo escala: Tienen bisagras verticales que se accionan por medios mecánicos o por pistones hidráulicos que permiten el paso de embarcaciones que deben atravesar una diferencia de niveles pronunciados.


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2.3.4 Compuerta tipo sector: Es una compuerta utilizada en vertederos y presas, es manipulada utilizando

el

desnivel

de

agua

creado por éstas, no requiere de equipo mecánico para su operación. La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma adecuada, lo que incrementa el volumen de hormigón del mismo

2.3.5 Compuerta tipo stoney: Son utilizadas para tomas de presión para descargas de fondo o para la toma de una central hidroeléctrica


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2.3.6 Compuerta tipo visera: Es utilizada en canales navegables. Es accionada por un pistón hidráulico o neumático.

2.3.7 Compuerta plana: Son el tipo de compuertas que tienen propiedades hidráulicas cuando están bien calibradas, y pueden emplearse como medidores de flujo

Fuente: SOTELO, Gilberto. Hidráulica general. p.213.


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Las compuertas planas según su flujo aguas abajo se clasifican en descarga libre y descarga sumergida.

Fuente: SOTELO, Gilberto. Hidráulica general. p.213

III.PROCEDIMIENTO: 3.1 funcionamiento hidráulico:


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3.2 Red de flujo para una compuerta plana:


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3.2 Ecuación de cálculo de caudal:


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3.3 Coeficiente contracción:

3.4 Coeficiente de velocidad:


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3.4 Coeficiente de descarga:

Figura 22.

Coeficiente de descarga según Cofré y Buchheister

Fuente: SOTELO, Gilberto. Hidráulica general. p.216.


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3.5

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

Qr = Vr*Ar;

Vr= Cv*Vt;

Ar = Cc*Ao;

Cd = Cv*Cc

En donde: Qr : caudal A r : área

real.

real de flujo.

Vr : velocidad real. A o: área

del orificio.

Vt: velocidad teórica.

Qr = Cv*Vt*Cc*Ao

C v :

Qr = Cd*Ao*Vt

coeficiente de velocidad.

C c : coeficiente de contracción C d : coeficiente de descarga

Para el estudio del cálculo del caudal se establece la ecuación de la energía entre dos Secciones específicas, una sección 1, aguas arriba de la compuerta y la otra sección 2 en la sección contraída, o sea a una distancia b aguas abajo de la compuerta.


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4. SÍNTESIS DE ANÁLISIS DE GASTO EN UNA COMPUERTA PLANA INCLINADA:

Como se muestra en la figura, el agua al pasar bajo la compuerta sufre un efecto de contracción. La profundidad del agua en la sección contraída será igual al producto de la apertura de la compuerta (a) por un coeficiente de contracción (Cc), a esta profundidad se le denomina profundidad contracta (ycont).


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ENTONCES:


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4.1

REQUISITOS GENERALES DE INSTALACIÓN DE UNA COMPUERTA:

a. La compuerta debe ubicarse en canales de sección uniforme y alineamiento recto aguas arriba. b. El plano del vertedero debe ser normal al flujo y la compuerta vertical plana. 4.2QUÉ HACER CUANDO SALIMOS A PRÁCTICA: A. Observaciones Observar el comportamiento de la compuerta y del resalto hidráulico para diferentes caudales. B.Mediciones: B.1compuertas: 1. Colocar la pendiente del canal en cero (pendiente horizontal). 2. Determinar las características geométricas del canal en que se va a realizar el ensayo. 3. Instalar convenientemente la compuerta en el canal de ensayo y medir la altura de la abertura de la compuerta a. 4. Determinar las características geométricas de la compuerta que se va a ensayar. 5. Abrir la válvula para permitir el flujo en el canal. 6. Hacer circular un caudal lo máximo posible y observar el comportamiento del chorro. 7. Una vez que se estabilice el flujo, aforar el caudal usando el vertedero situado en la estructura de entrega aguas abajo. 8. Medir el nivel aguas arriba Y 1 y aguas abajo Y 2 9. Leer las alturas de nivel que se presentan en los piezómetros colocados en la compuerta de ensayo. (Observen que la mayoría de los piezómetros marcan la misma elevación). 10. Anote los datos obtenidos en la Tabla XII.1.(ANEXOS)

B.2 Resalto Hidráulico 1. Manipular la compuerta al final del canal para formar el resalto hidráulico teniendo como control aguas arriba la compuerta usada previamente. 2. Medir los datos correspondientes a Y1, Y2, L y consignarlos en la tabla XII.2(ANEXOS)


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5. CONCLUSIONES: 1. En todo conducto hidráulico es importante conocer el gasto que está circulando en un determinado instante o a lo largo de un determinado tiempo, por lo que resulta necesario instalar una estructura hidráulica de aforo. Los orificios son buenos medidores de caudales en la derivación de un canal principal a canales secundarios 2. Cuando el flujo de agua sale por el orificio y va abandonando a éste, el chorro va contrayéndose gradualmente, por lo que es importante el considerar el coeficiente de contracción para calcular el caudal. 3. Al comparar los caudales reales observados con los caudales generados en los orificios, de todos los diámetros, se puede observar que el caudal generado con la ecuación Qr=Cd experimental *Qt es la que presenta menor error de medición respecto del caudal real observado. Sin embargo, las otras dos ecuaciones deducidas también son confiables, ya que presentan un margen de error bajo. 4. Se legró determinar cada una de las ecuaciones


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6.RECOMENDACIONES: 1. Es necesario biselar el perímetro de los orificios y la parte baja de las compuertas, para así garantizar que el flujo sobre las mismas sea libre y no presenten escurrimientos o ahogamientos en sus paredes, ya que esto da lugar al caso de descarga ahogada. 2. Antes de tomar lecturas de carga Y, en los orificios y en las compuertas se debe esperar a que se estabilice el flujo de agua en el canal, para obtener medidas precisas. 3. Es necesario que las ranuras estén completamente selladas con silicón para evitar fugas de agua en las paredes del canal.

7.BIBLIOGRAFÍA: 1. GILES, Ronald V. Mecánica de fluidos e hidráulica . México: Mc-GrawHill1994. 567 p. 2. MOTT, Robert L. Mecánica de fluidos. 6ª ed. México: Pearson Educación, 2006. 627 p. 3. SOTELO AVILA, Gilberto. Hidráulica General . México: Limusa,1999. 561 p. 4. STREETER, Víctor L.; WYKE, Benjamín. Mecánica de los fluidos . México: McGraw Hill, 1999. 740 p. 5. VILLÓN BÉJAR, Máximo. Hidráulica de canales . Cartago: Tecnológica de Costa Rica, 1995. 487 p. 6. RODRÍGUEZ DÍAZ, Héctor Alfonso. Hidráulica Experimental . Escuela

Colombiana de Ingeniería, 1990-2000. 337 p.


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8. ANEXOS: DATOS PARA LA COMPUERTA Tabla XII.1

TIPO DE COMPUERTA: _______________________________________________ Ancho de la compuerta L: _______________________________________________

DATOS PARA EL RESALTO HIDRÁULICO

Tabla XII.2


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