PARCIAL. DESCARGA LIBRE

MARCO TEORICO

La placa utilizada como dispositivo de control del flujo cuyo fin es graduar el orificio por el cual se puede controlar y realizar la descarga del caudal, puede presentar dos posibles casos del comportamiento del flujo dependiendo de su descarga:

DESCARGA LIBRE

Se considera libre cuando el chorro aguas debajo de la compuerta es un flujo supercrítico y no se encuentra ahogado o sumergido por una sobreelevación de la superficie del agua. El chorro descargado por el orificio de altura W experimenta una contracción, cuya altura se expresa en función de la altura del orificio multiplicado por un coeficiente de contracción [pic 1]

[pic 2]

Conociendo el valor del coeficiente de contracción  y despreciando las pérdidas de energía, para un canal rectangular se puede expresar:[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

𝑞=𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 

𝑦1=𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑠 𝑎𝑟𝑟𝑖𝑏𝑎 

𝑦2=𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑠 𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎)

[pic 6]

[pic 7]

Expresando el caudal unitario q en función de la altura del orificio w y de la velocidad tenemos que:

[pic 8]

 depende de la geometría del contorno (borde de la compuerta recto, biselado o redondeado) aunque en su mayoría se usara un borde recto. Y  dependerá únicamente de la relación [pic 9][pic 10][pic 11]

La expresión para la velocidad en la sección contraída (y considerando que el coeficiente de la velocidad  es igual a la unidad, con el supuesto de que las pérdidas de energía son despreciables) se puede determinar cómo:[pic 12]

[pic 13]

Por lo general en las aplicaciones prácticas los números de Reynolds son tan altos que los coeficientes  se hacen independientes del tipo de flujo y dependen únicamente de su geometría[pic 14]

Para el coeficiente luego de varios resultados experimentales y a partir de los diferentes análisis realizados se recomienda usar un valor  tanto para descarga libre como para descarga sumergida[pic 15][pic 16]

Para el coeficiente de velocidad se puede obtener con la siguiente ecuación:

[pic 17]

Mientras que para el coeficiente 𝐶𝑑 se presentan diferentes valores en función de la altura w y del ángulo θ formado entre el fondo del canal y la apertura de la compuerta, para compuertas verticales o inclinadas se podrá terminar el coeficiente 𝐶𝑑 con el siguiente grafico.

[pic 18]

DESCARGA SUMERGIDA

En algunos casos bajo la presencia de un resalto puede este ser ahogado, modificando las condiciones de la descarga a través de la compuerta. La profundidad 𝑦2 es producida por la compuerta mientras que la profundidad 𝑦3 es producida por un control aguas abajo. Si la profundidad 𝑦3 es mayor que la profundidad conjugada 𝑦2, ósea, aquella profundidad necesaria para que se forme un resalto hidráulico con 𝑦2 la descarga es controlada por 𝑦3. Lo que ocurre en estas condiciones es que el chorro de agua descargado por la compuerta es obstaculizado por una masa de agua ubicada en su parte superior y que, aunque es fuertemente turbulenta, produce un flujo circulatorio en el que el movimiento neto no es ninguna dirección.

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