flujo a través de compuertas
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Una Compuerta es una placamóvil, plana o curva, que allevantarse, forma un orificioentre su borde inferior y laestructura hidráulica (presa,canal, etc.) sobre la cual seinstala, y se utiliza en lamayoría de los casos para laregulación de caudales, ycomo emergencia y cierrepara mantenimiento en losotros.
Control de flujos de aguasControl de inundacionesProyectos de irrigaciónCrear reservas de aguaSistemas de drenajeProyectos de aprovechamiento de suelosPlantas de tratamiento de aguaIncrementar capacidad de reserva de las presas
TIPOS MAS COMUNES
Compuerta tipo anillo
Compuerta tipo basculante
Compuerta tipo cilindro
Compuerta tipo esclusa
Compuerta tipo lagarto
Compuerta tipo rodante
Compuerta tipo sector
Compuerta tipo segmento
Compuerta tipo Stoney
Compuerta tipo tambor
Compuerta tipo tejado
Compuerta tipo vagón
Compuerta tipo visera
Compuerta tipo Stop Log
2. Según el tipo de operación o funcionamiento
Compuertas Principales
Compuertas de emergencia
3. De acuerdo a sus características geométricas
Compuertas planas Compuertas curvas o alabeadas
Rectangulares
Cuadradas
Circulares
Triangulares
Radiales
Tambor
Cilíndricas
1. SEGÚN LAS CONDICIONES DE
FLUJO AGUAS ABAJO
Compuerta con descarga libre.
Compuerta con descarga sumergida
o ahogada.
Las compuertas se diseñan de diferentestipos y con variadas características en suoperación y en su mecanismo de izado, loscuales permiten clasificarlas en gruposgenerales de la siguiente manera:
Ecuaciones para el caudal de flujo a través de compuertas
A través de compuertas planas:
Normalmente se considera que la estructura de la compuerta es un
tablero plano vertical que se puede deslizar subiendo o
bajando.
Pero para deducir la expresión, se considera el
caso más general, donde la compuerta está inclinada un
ángulo respecto a la horizontal, y tiene un ancho
B igual al del canal.
La profundidad del flujo en la vena contracta y2, se relaciona con la
abertura a, por medio del coeficiente de contracción Cc, así:
a
yCC
2
Suponiendo las hipótesis de fluido incompresible, flujo permanente y uniforme, se expresa lo siguiente:
g
VPatmy
g
VPatmy
22
2
222
2
111
g
Vy
g
Vy
22
2
222
2
111
Por continuidad:
2211
2211
....
..
VyBVyBQ
VAVAQ
2
1
21 V
y
yV
g
Vy
g
Vy
22
2
222
2
111
2
1
21 V
y
yV
2`
1
2
2
221
2
21
2
2
2`
1
2
1
12
22
y
y
g
Vyy
g
Vy
g
Vy
y
y
1
21
1
21
2
12
2 22
ygyy
y
yy
ygV
1
1
2
2 2
1
1yg
y
yV
Simplificando
aCy c 2
1
1
2 2
1
1yg
y
CaV
C
1
1
2
2 2
1
1yg
y
yV
Introduciendo el coeficiente de velocidad, Cv, resulta:
22 VCV Vreal
1
1
2 2
1
1yg
y
CaCV
C
Vreal
1
1
2 2
1
1yg
y
CaCV
C
Vreal
2211
2211
....
..
VyBVyBQ
VAVAQ
21
1
2222
2
1
Byyg
y
Ca
CQ
ByVAVQ
C
V
realreal
1
1
2
1
ygaB
y
Ca
CCQ
C
CV
Introduciendo el coeficiente de descarga, Cd, como:
1
1y
Ca
CCC
C
CVd
1
1
2
1
ygaB
y
Ca
CCQ
C
CV
12 ygBaCQ d
Para determinar, el coeficiente de contracción en función del coeficiente de
velocidad y coeficiente de descarga.
1
1y
Ca
C
CC C
C
dv
1
2221
y
CaCCC C
dvCElevando al cuadrado
1
2221
y
CaCCC C
dvC
242
1
2
1 4
1
2
1
v
d
v
d
v
d
CC
C
C
C
y
a
C
C
y
aC
2
12
1
v
d
C
C
y
ak
Asumiendo
2
2
v
d
CC
CkkC
Los coeficientes Cc, Cv y Cd dependen del número de Reynolds y de las características geométricas del escurrimiento.
EJEMPLO DE APLICACIÓN EN COMPUERTAS
• La compuerta circular dela figura de 2.0 m dediámetro pesa 15,708Ton. Su plano forma uángulo de con lahorizontal.
La compuerta puedepivotear alrededor de unpunto A y se mantienecerrada por su propiopeso. Se pide determinarla altura del agua sobre lachanela A, capaz de abrirla compuerta.
SOLUCION: Grafico nº 01
El empuje hidrostático sobre la compuerta es
Esta fuerza esta ubicada en el centro de presiones
Simplificando tenemos:
• Tomando momentos con respecto al punto A:
• Remplazando (1), (2), como también:
• Estos datos en la ecuación (3).
• Simplificando y ordenando:
• Resolviendo la ecuación d segundo grado tenemos
que: