COMPUERTA PLANA

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REVISIÓN:

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INGENIERIA CIVIL

HSLB+

102

JULIAN DAVID JAIMES RODRÍGUEZ

RAFAEL SITGES LEHOUCQ

ANDREA JOHANNA SOTELO BELLO

ING. DIEGO ANDRES GARCIA MENDIVELSO

BOGOTÁ D.C, COLOMBIA

27 DE OCTUBRE DE 2015

Tabla de contenido

1.  INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………….1
2. OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………...1
3. MARCO TEORICO……………………………………………………………………………………………...1
4. INSTRUMENTOS A UTILIZAR ………...……………………………………..………………………………5
5. ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN…………………………………………………………………………….6
6. PROCEDIMIENTO………………………………………………………………………………………………6
7. DATOS……………………………………………………………………………………………………………7
8. CALCULOS Y RESULTADOS…………………………………………………………………………………8
9. CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………...12
10. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………………………...13

Tablas de datos y graficas

1. Tabla 1- Medición 10 caudales. Compuerta con descarga libre…………………………………………….7
2. Tabla 2 – Mediciones descarga sumergida…………………………………………………………………..7
3. Tabla 3 – Caudal unitario medición No.1……………………………………………………………………..8
4. Tabla 4 – Alturas lámina de agua R w/y……………………………………………………………………...9
5. Tabla 5 – Coeficientes Medición No.1……………………………………………………………………......9
6. Tabla 6 – Datos para Curvas de calibración……………………………………………………………….10
7. Grafica 1 – Q Vs R y1/w………………………………………………………………………………………10
8. Grafica 2 – Cd1 Vs R y1/w……………………………………………………………………………………10
9. Grafica 3 – Cd2 Vs R y1/w……………………………………………………………………………………11
10. Tabla 7 – Cd para compuerta ahogada……………………………………………………………………..12

1. Introducción

Una compuerta plana es una placa utilizada como dispositivo de control del flujo ya que interfiere en el curso libre del agua y lo obliga a tomar una altura de lámina de agua  diferente que estará en función de la abertura  y la geometría del contorno inferior de la compuerta.

Se pueden generar diferentes secciones de control debido al libre movimiento vertical, horizontal  e inclinado, sin embargo para actuar correctamente se debe asegurar un flujo subcrítico aguas arriba que al pasar por dicha sección se transforme en flujo supercrítico. Adicional a esto las condiciones aguas abajo también influyen en dicho cambio ya que también hay presencia de una sección de control producida por la descarga al final del canal que puede ser libre o controlada mediante una persiana.

 A fin de observar la influencia de la compuerta plana y las secciones de control producidas se harán circular varios caudales que permitan determinar los coeficientes que relacionan la altura de lámina de agua luego de circular por el orificio producido por la compuerta y el fondo del canal.

2. Objetivos

• Para un caudal con descarga libre determinar los coeficientes de contracción, velocidad y descarga. Comparar con los teóricos.
• Determinar la curva de calibración de la compuerta para descarga libre midiendo 10 caudales. Calcular su ecuación.
• Modificar las condiciones aguas abajo del canal y generar una compuerta ahogada. Determinar los coeficientes de descarga para distintos valores de y1/w asegurando que y3/w=4 y Cc=0.6

3. Marco Teórico

Introducción

• La compuerta se utiliza regularmente como dispositivo de control que genera aguas abajo en flujo supercrítico que debe ser producido por un flujo sub- critico existente aguas arriba de la misma. En las cuales se analizaron los mismos conceptos estudias de la energía específica y la fuerza especifica.

Compuerta con descarga libre. Ecuación general

El flujo libre  se presenta en el chorro aguas debajo de la compuerta con un flujo supercrítico, y se encuentra ahogado por una sobre elevación de la superficie de agua. El chorro descargado por el orificio w experimenta una contracción cuya altura se expresa en función de la altura del orificio multiplicado por un coeficiente Cc.

[pic 2]

Imagen 1

El flujo donde antes y después de la compuerta se expresa como flujo uniforme, se puede expresar mediante la siguiente ecuación

[pic 3]

[pic 4]
Imagen 2

Para describir los tipos de compuerta, en el gráfico de arriba tenemos los dos casos a estudiar en la práctica de laboratorio. En el lado derecho de la imagen, podemos ver una compuerta con descarga libre, debido a que el flujo presentado en la descarga aguas es supercrítico y su descarga se da en la atmosfera, obteniendo de tal forma un chorro descargado con una altura y2.

Por otro lado, tenemos una compuerta plana con una descarga sumergida, producida por un control aguas abajo de la compuerta, que impide la formación de un resalto, generando que se ahogue el resalto y que la masa acumulada por encima de la altura del orificio w no se desplace, sino que por el contrario produzca un flujo de tipo circulatorio, a pesar de que la masa de agua del orificio es turbulenta completamente.

[pic 5]
Imagen 3

Para el análisis de la compuerta, suponemos que se desprecian las pérdidas de energía, de tal forma podremos obtener los coeficientes de velocidad, descarga y contracción. Además, se considera que aguas abajo y aguas arriba de la compuerta se presenta flujo uniforme. Para una sección rectangular se obtiene que al hacer la ecuación de energía, dada en función del caudal unitario

[pic 6]

De esta ecuación se puede expresar que el caudal unitario es

   (Ecuación 1)[pic 7]

Expresando la profundidad en la sección contraída en función de la abertura de la compuerta, se obtiene que y2 =Ccw, se puede obtener una nueva ecuación del caudal unitario.

 (Ecuación 2)[pic 8]

También se puede expresar como

 (Ecuación 3)[pic 9]

Dónde:                                                         (Ecuación 4)[pic 10]

De esta forma obtendremos que la velocidad, y que Cc es función del borde de la compuerta. Anteriormente, cuando se supuso la no existencia de pérdidas de energía, indirectamente se puede afirmar que Cv = 1. Por lo tanto, la velocidad real en la sección está definida por

 (Ecuación 5)[pic 11]

Donde  es un termino teorico de la velocidad[pic 12]

Para el caso de la compuerta con descarga sumergida, considerando que las pérdidas son mucho mayores durante la descarga de la compuerta hasta el flujo uniforme, se asume que las energías especificas son iguales al inicio y la descarga, por lo que solo es posible afirmar que las fuerzas especificas en una sección de la lámina  sumergida y una sección aguas arriba de la descarga son iguales

[pic 13]

Esta expresión explica que la fuerza hidrostática en la sección 2 (descarga) se presenta un empuje hidrostático y no y2 puesto que la descarga se encuentra sumergida. Su solución se obtiene a partir de eliminar el término de la energía del fluido en forma de caudal, obteniendo así una ecuación cuadrática

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