Compuerta de Mecanica de Fluidos

Mecánica de fluidos

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Objetivos ……………………………….4 Marco teórico ……………………………4 Datos ……………………………………..7 Cálculos ………………………………...10 Proceso de fabricación ………………..14 Aplicaciones ……………………………..22 Conclusiones …………………….……..23


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LA MECÁNICA DE FLUIDOS ES UN CURSO IMPORTANTE EN NUESTRA FORMACIÓN COMO FUTUROS INGENIEROS CIVILES, POR ESTA RAZÓN SE NOS ENCOMENDÓ EL DISEÑO DE UNA COMPUERTA CON EL FIN DE AFIANZAR NUESTROS CONOCIMIENTOS ADQUIRIDOS EN LA PRIMERA PARTE DEL CURSO. POR TAL MOTIVO EL DISEÑO DE ESTA COMPUERTA NOS SERVIRÁ, PARA PODER APLICAR LAS ECUACIONES VISTAS EN CLASE HACIA UN PROBLEMA REAL


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Diseñar y pre-dimensionar el diseño de la compuerta, realizando los cálculos para nuestro diseño a escala, teniendo en cuenta su funcionamiento correcto y estético. Fabricación física de nuestra compuerta. Acoplar la compuerta automática para demostrar su correcto funcionamiento.

i. DEFINICIONES: 

Compuerta Hidráulica.-Una compuerta hidráulica puede definirse como una barrera móvil para controlar el paso de un fluido, esta definición explica a la compuerta hidráulica como una estructura de funcionamiento mecánico que posee ciertas características físicas para el control de flujo a través de un sistema hidráulico.

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Compuertas Automáticas.- Una compuerta auto-operante, en general, es aquella que no requiere de la intervención de la mano del hombre ni de la aplicación de energía externa para su funcionamiento ya que aprovecha la fuerza de gravedad y la energía disponible del agua expresada en las fuerzas hidrostáticas y dinámicas del agua. Para lograr su movimiento automático la compuerta utiliza una estructura compuesta por contrapesos y flotadores, generalmente el uso de compuertas automáticas obedece a la necesidad de controlar niveles en almacenamientos, tanques o canales.


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Nuestra compuerta se podría definir como una compuerta automática.

ii. COMPONENTES DE UNA COMPUERTA: Una compuerta se compone de tres elementos: 

La hoja o placa.Es un elemento móvil que sirve como tabique hermético para el paso del agua, su principal función es represar el fluido. Los sellos o empaques están hechos de bandas de caucho y están enroscados en la placa palanca.

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Las partes incrustadas.Se pueden ver como todos los elementos que están unidos al sostén de la compuerta (la compuerta puede estar sostenida en: concreto, suelo, etc.), para redistribuir parte de las fuerzas actuantes en la compuerta. Elementos que pertenecen a este tipo pueden ser entre otros: ríeles, guías laterales, soportes, etc.

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Mecanismos de operación.Son los responsables directos dela apertura o cerrad dela compuerta o ambos casos como puede ser el de las compuertas movidas por la presión del agua


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iii.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA COMPUERTA:

A continuación mencionaremos sus ventajas y desventajas: 

Ventajas.No requieren ninguna fuente externa de energía, son simples y fiables. Siempre que su diseño sea correcto hidráulicamente, funcionarán siempre con una fuerza mínima y requieren muy poco mantenimiento. Ahorros en costos de operación. Una vez instalada y calibrada la compuerta automática normalmente no volverá a requerir ajustes posteriores, ni será necesario manipularla, y tampoco requerirá del suministro de energía externa ya que funciona por automatización.

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Desventaja.Es conveniente mencionar que un riesgo inherente a este tipo de compuertas es que dependen de un mecanismo balanceado el cual resulta muy vulnerable a ser alterado por la simple adición o extracción de un contrapeso y por lo tanto modifica el adecuado funcionamiento de la compuerta.


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Tenemos varios datos como datos constantes tanto de la pecera, como también de los accesorios usados en la fabricación de la compuerta, para la facilitación de los cálculos. A continuación daremos estos datos: a) De la urna de vidrio:   

H= L= A=


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b) Datos de los accesorios: Barra:  d2=39cm.  d1=20cm.  W1=45gr.

Boya: 


W2=40gr.

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Tubos:  r=0.45cm

Soportes de vidrio:  L=A=0.5cm


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Analizando todo el sistema de fuerzas en la posición de equilibrio:

............... ( 1 )

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Realizando el D.C.L de la figura:


Atubo=0.64 cm2

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Aplicando ecuaciones de equilibrio:

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Ahora procedemos a analizar de forma aislada a la boya: La boya presentara un movimiento constante, hasta llegar a la posición de cerrado como se muestra en (1), entonces podemos establecer el siguiente análisis: NOTA: la boya presentara un desplazamiento vertical, por ende podría pensarse que esta presentaría una aceleración, pero no porque esta presentara un movimiento uniforme, en todo su recorrido hasta llegar a la posición de equilibrio (posición 1), debido al que el llenado de la urna de vidrio es uniforme desde la posición mostrada en la figura.


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Realizando el D.C.L de la boya en la posición (1):

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Reemplazando


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Definimos E:


Abase=44.18 cm2

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A continuación daremos una descripción de los pasos que seguimos para la fabricación de nuestra compuerta: Pasó 1: como primer pasó mandamos a construir una pecera de vidrio (la decidimos hacerla de vidrio para que se muestre mejor la compuerta), con ciertas características como:  

Un circulo en la base de R= para el vaciado del agua. 2circulos supriores de R=0.5cm para el ingreso de los tubos.

Pasó 2: luego procedimos a construir la barra que nos serviría de palanca, sobre esta iban a actuar todas nuestras fuerzas, elegimos el aluminio como material para la barra debido a su ligereza y resistencia, ya que el vidrio podría quebrarse. Mecánica de fluidos

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Procedimos al cortado de la barra de aluminio (40 cm), para luego hacer 2 orificios: 

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Uno aproximadamente en el centro; sobre el cual se colocara la válvula K1, para el cerrado de la caída del agua. Uno en el extremo; para el colocado de la boya

Luego se procedió al fijado de la barra en el la pecera, haciendo uso: 

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1 bisagra soldada a la barra de aluminio, el uso de la soldadura mantendrá a la barra en un movimiento vertical, por el cual ya no habrá la necesidad de hacer guías. La bisagra se empotra a la pecera haciendo uso de 2 placas de vidrio de 5x5cm


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PASÓ 3: este paso consistió únicamente en el diseño de la válvula K1, ya que de esta dependería un correcto cerrado del ingreso del agua, esta válvula debía de cumplir 2 condiciones:  

Ser hermético. Ser sensible.

Como primera idea fue realizar una válvula de silicona, pero esta no funciono ya no se le pudo dar una forma adecuada.

Luego se optó que para el diseño de la válvula K1, debía realizarse de uniones de tubo pegadas entre sí, pero en la parte superior de estas debía colocarse volandas de jebe.


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PASÓ 4: una vez terminado de diseñar la barra y sus accesorios, se procedió a la construcción del sistema de tubos el cual presentaba al igual que la barra varios accesorios tales como:   

Uniones T. Collarín; que tiene la función de mantener fija la tubería a urna de vidrio. Uniones.


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Para la realizacion del emsamblado se usaron difernetes herramientas tales como:   

Llave francesa. Cinta de teflon. Rosca.


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Una vez ensamblado el sistema de tubos se procedió a realizar una prueba para verificar que no haya fugas.

Ya probado, el que no haya fugas en el ensamblé de tubos, se procedió a colocarlos en la parte superior de la urna de vidrio, específicamente en los orificios superiores, que se diseñaron con este fin, luego se los ajusto haciendo uso de los collarines.


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Paso 5: aquí procedimos a diseñar la válvula K2, para la cual empleamos la válvulas usado en los tanques de los inodoros, está la colocamos sobre el orificio de la base del pecera, el conectamos a una palanca.


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Finalmente así quedo la compuerta totalmente terminada:


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Dentro de las aplicaciones que podemos tener para este tipo de compuertas tenemos:   

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Como controladores de niveles de aguas en reservorios, presas, estanques, canales, etc. Como válvula de cerrado de flujos de agua, a diferentes alturas según sea nuestro diseño. Pueden usarse como sistemas de almacenamiento de aguas, estos almacenamientos se harán hasta las alturas que deseemos. En canales de drenaje. Mantiene el agua en el nivel deseado; permanece cerrada en el estiaje para evitar un descenso anormal del agua subterránea, y se puede hacer uso de esta agua en tiempos de sequía. En lagos con usos recreativos y embalses. Mantiene un nivel adecuado de agua en todas las estaciones. Puede usarse en el hogar como simulando la tarea de los tanques de agua de los waters.


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VII. 

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La compuerta no puede ser representada perfectamente en su totalidad por una maqueta hecha a escala menor debido a que varía algunas condiciones, como por ejemplo, la fuerza ejercida por la presión, ya que en tamaño real esta puede presentar perdidas. Pero el mayor o principal problema que tuvimos fue hallar una manera eficaz para sellar el flujo de agua ya que se necesitaba un dispositivo sensible y hermético. Se pude cumplir el objetivo principal el cual es diseñar la compuerta a escala gracias a cálculos matemáticos y principios físicos previamente estudiados en el curso de Mecánica de Fluidos En este proyecto se utilizó el principio físico de vasos comunicantes y flotabilidad con los cuales se produjo la fuerza de empuje la cual logro logró cerrar el flujo de agua. Al analizar y hacer los cálculos respectivos tomando en cuenta las dimensiones, datos geométricos y el peso del material se puede concluir que el flujo de agua se cerrará cuando la altura h del Vsuemrgido sea h= Al acoplar y ensamblar nuestra compuerta se notó que los datos teóricos son muy similares a los datos obtenidos por nuestras ecuaciones.


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Compuerta de Mecanica de Fluidos

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