Compuerta Hidráulica.
Es un dispositivo hidráulico-mecánico hidráulico-mecánico o puerta movible plana o curva, que se coloca en las esclusas de canales, presas, obras de derivación u otra estructura hidráulica, utilizada en la mayoría de los casos a regular el pasaje de agua u otro fluido fluido en en una tubería tubería,, también como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros Importancia de las compuertas.
!as compuerta compuertass regulan regulan el caudal del del río porque porque no forma forma un embalse, embalse, sino sino que asegura asegura un nivel de agua tal que permite su descarga desde la presa, por un canal o por un conducto cerrado hacia el lugar de utilización Aplicación de las compuertas.
!as compuertas son son aplicadas en los los siguientes siguientes casos" casos" • • • • • • • •
#ontrol de los flujos de aguas #ontrol de inundaciones $royectos de irrigación #rear reservas de agua %istemas de drenaje $royectos de aprovechamiento de suelos $lantas de tratamiento de agua &ncrementar capacidad de reserva de las presas
Clasificación de las Compuertas.
!as compuertas compuertas tienen tienen las propiedades propiedades hidráuli hidráulicas cas de los orificios orificios y, y, cuando están están bien calibradas pueden emplearse también como medidores de flujo El uso y escogencia de las mismas dependerá de las condiciones físicas, hidráulicas, climáticas, forma y tama'o del orificio, mecanismo de apertura y las condiciones p articulares de operación (e acuerdo a las variadas características de las compuertas permiten clasificarlas en grupos de la siguiente manera"
Según las condiciones del flujo de agua )na compuerta puede operar bajo dos clases de situaciones de control" control aguas arriba *o flujo libre+ libre+ y control aguas abajo abajo *o flujo sumergido+, sumergido+, tal y como se muestra muestra en las figuras"
a)Flujo Libre
b) Flujo sumergido
-Flujo aguas arriba o flujo libre" el salto hidráulico se forma aguas abajo de la compuerta y el caudal a través de ella no es influenciado por las condiciones de flujo aguas abajo el caudal es función de las condiciones aguas arriba
$uesto que el flujo aguas arriba de la compuerta es subcrítico, este es controlado por la estructura aguas abajo En este caso la compuerta controla efectivamente el flujo, ya que la posición de la abertura determina una relación profundidad- caudal !a relación profundidad - #audal para flujo libre para una compuerta se puede obtener de la siguiente manera" !a velocidad del flujo bajo la compuerta"
donde b y a representan el ancho y la abertura respectivamente, # es un coeficiente de descarga, . es la cabeza de energía aguas arriba y / es la profundidad del agua en la vena contraria -Flujo aguas abajo: se les llama así debido al que el agua pasa por debajo de la estructura El salto hidráulico se forma debajo de la compuerta y se conoce como sumergido o ahogado en la compuerta En este caso el flujo de la profundidad aguas abajo es mayor que
la profundidad conjugada / y la salida libre de la compuerta es retardada por el nivel de aguas abajo Ejemplos comunes de compuertas flujo abajo son la compuerta deslizante, la compuerta 0ainter *o radial+ y la compuerta de rodillo, en las cuales el dise'ador hidráulico se interesa en dos aspectos importantes" la relación altura-caudal y la distribución de presiones sobre la superficie de la compuerta en diferentes posiciones de la misma
$ara calcular el caudal de flujo parcialmente sumergido o ahogado se utiliza la siguiente ecuación" 1retardado 2 31 donde" 1" caudal a flujo libre 3 es un coeficiente, como se muestra en la figura
En este caso el salto hidráulico es completamente ahogado y como tal, el caudal bajo la compuerta es función tanto de las condiciones aguas arriba como de aguas abajo El caudal sumergido es dado por la ecuación del flujo a través de un orificio sumergido como sigue
1sumergido 2 bas (onde 4 2 . 5 6
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Según el tipo de operación o funcionamiento -Compuertas principales" son compuertas dise'adas para operar bajo cualquier condición de flujo (entro de este tipo de compuertas se encuentran" a& Compuertas de regulación" se les llama de regulación cuando se les conciben para controlar caudales en un canal abierto o sobre una estructura de presa, con aberturas parciales El mecanismo de regulación de una compuerta puede
realizarse a mano, por fuerza motriz o simplemente por la misma presión del agua
b& Compuertas de guara o cierre" son aquellas que funcionan completamente abiertas o cerradas -Compuertas de emergencia: se utilizan en los eventos de reparación, inspección y mantenimiento de las compuertas principales, siendo concebidas para funcionar tanto en condiciones de presión diferencial, en conductos a presión, como en condiciones de presión equilibrada
'e acuerdo a la geometr(a de sus caracter(sticas -Compuertas )lanas" rectangulares, cuadradas, circulares, triangulares, etc cuación para el cálculo de una compuerta plana. !a ecuación básica para el cálculo de una compuerta plana de sección rectangular de arista viva, sin variación de ancho y con resalto al pie es la siguiente"
Q = CC ab
H o = ho
2g (H0 CC a)
7.6 2g
(onde" 1" #audal a" 8bertura de la compuerta b" 8ncho de la compuerta ##" #oeficiente de contracción de la compuerta ##a" 8ltura del escurrimiento de la sección donde se presenta la vena contraída ." Energía en la sección de aguas arriba de la compuerta h. " 8ltura aguas arriba de la compuerta 7. " 7elocidad aguas arriba de la compuerta g" 8celeración de gravedad
El coeficiente ## es variable en función de la relación ho9 a, con un valor teórico igual π/ *π +6+ 2 .://, cuando la contracción aguas abajo de la compuerta es perfecta En la práctica el valor de este coeficiente ha sido determinado e;perimentalmente por varios autores -Compuertas cur*as o alabeadas" son compuertas curvas a una superficie plana Entre ellas se encuentran"
a)
Compuerta radiales o +ainter" son compuertas construidas de acero o combinado de acero y madera, que se utilizan principalmente en aliviaderos, tomas de las presas y en canales abiertos En los aliviaderos permiten elevar la cota del agua embalsada y realizar grandes evacuaciones o regular dicha cota En el caso de tomas, son principalmente un elemento regulador !as compuertas 0aintor empleadas en canales abiertos se suelen emplear como elemento regulador para aportar un caudal determinado de agua o para mantener, aguas arriba o aguas abajo, una determinada cota en el canal.
#onstan de un segmento cilíndrico unido a los cojinetes de los apoyos por medio de brazos radiales #on frecuencia se instalan contrapesos en las compuertas para equilibrar parcialmente su peso, lo que reduce la capacidad del mecanismo elevador !a ventaja principal de este tipo de compuertas es que la fuerza para operarlas es peque'a y facilita su operación ya sea manual o automática lo que las hace muy versátiles
b+ Compuerta tipo tambor" es un tipo de compuerta hidráulica utilizada en vertederos de presas Es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere de equipo mecánico para su operación, lo que constituye cierta ventaja sobre los otros tipos de compuertas, puesto que no requiere de superestructuras que incluyan gr
1 2 #!e
(onde" #" coeficiente de descarga !" longitud de la compuerta e" altura total
-c+ Compuertas Cil(ndricas" consisten en cilindros sólidos de acero abiertos que se e;tienden a ambos e;tremos de un vertedero de presa y funcionan por el balance de las presiones de agua en las superficies interior y e;terior Este tipo de compuertas generalmente son levantadas por medio de cables o máquinas hidráulicas como la presión del agua siempre se encuentra balanceada, el
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Según el mecanismo de iado -Compuertas desliantes" se les llama compuertas deslizantes porque para su accionar se deslizan por unos rieles guías fijos $ueden ser movidas por diferentes tipos de motores =eneralmente se construyen en acero colado y se emplean en estructuras de canales y en algunas obras de captación, en presas o tanques como elemento de regulación
%u empleo está recomendado para cargas de agua que generen esfuerzos hidrostáticos moderados, ya que mayores esfuerzos requerirían el empleo de compuertas vagón
-Compuertas rodantes" son utilizadas en vertederos de presas se manipulan desde los pilares del vertedero accionado por cadenas, una en cada punta Está constituida por un cilindro vacío y rueda sobre sí misma al ser elevada o descendida %e utilizan en obras de toma profunda para casos de emergencia y de servicio, así como para cierre en mantenimiento de conductos a presión >uedan a su posición de sello debido a su propio peso y se izan con cadenas o cables por medio de gr
Entre otros tipos de compuertas utilizadas en canales, presas, esclusas y obras hidráulicas de envergadura se encuentran"
Compuertas )lanas de $odillos %on compuertas construidas en acero al carbón o fundición de hierro gris, dise'adas especialmente para controlar el flujo de agua a través de grandes canales donde la economía y la facilidad de operación sean dos factores preponderantes Están soportadas en rodillos que recorren guías fijas a través de los cuales se desliza y generalmente tienen sellos de caucho para evitar filtraciones a través de los rodillos !os rodillos minimizan el efecto de la fricción durante la apertura y el cierre de las compuertas, como consecuencia de estos se necesita motores de menor potencia para moverlas $ueden ser dise'adas para abrirse hacia arriba o hacia abajo Estas compuertas son muy versátiles ya que pueden dise'arse tanto para trabajar bajo presión en una o ambas caras simultáneamente =eneralmente son de sección transversal hueca, para disminuir la corrosión e infiltraciones son rellenadas con materiales inertes como el concreto $ara el dise'o de la compuerta plana se deben tener presente las especificaciones técnicas deseadas, como también la adaptación de la compuerta en el campo como lo es el tama'o y forma del orificio
Compuertas Flap o Clapetas %on compuertas formadas por un tablero articulado en su arista de aguas arriba que puede abatirse dando paso al agua Estas compuertas se abren automáticamente por un diferencial de presión aguas arriba y se cierran cuando el nivel aguas abajo supera el nivel aguas arriba o cuando el nivel aguas arriba alcance el nivel deseado de almacenamiento $ueden ser utilizadas tanto en la cima del vertedero de una presa como instalado en el fond de un río o canal
/0S+A1
Compuertas Atagu(a %on compuertas utilizadas en vertederos, descargas de fondo, tomas para centrales hidroeléctricas de presas y en canales, como una compuerta au;iliar, para poder hacer el mantenimiento de las compuertas principales =eneralmente son operadas por una gr
Compuertas #ariposa %on compuertas utilizadas para controlar el flujo de agua a través de una gran variedad de aberturas 8unque pueden ser utilizadas para controlar el flujo en ambas direcciones la mayoría de las instalaciones sólo las utilizan para controlar el flujo en una dirección #on las compuertas mariposa es posible tener una má;ima cabeza de energía en ambos lados de la compuerta !a cabeza estática se mide desde el eje horizontal de apertura de la compuerta !a mayoría de estas compuertas son instaladas en sitios con baja cabeza de presión *menor a : metros+ !as secciones transversales de este tipo de compuertas normalmente son cuadradas o rectangulares las secciones circulares no son muy comunes ya que estas se utilizan en válvulas mariposa %on ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un eje, no es necesario disponer de espacio para levantarlas y allí se puede ubicar el mecanismo de apertura Estas pueden ser utilizadas como reguladoras de flujo, pues al rotar la hoja cambia el tama'o de la abertura y se regula el caudal que fluye a través de ella
Compuertas Caterpillar 2+ractor& %on también conocidas como #ompuertas de ?roome, en honor a su inventor Este tipo de compuertas son utilizadas tanto para altas como para bajas cabezas de presión an sido utilizadas con cabezas hasta de 6.. pies en varios proyectos hidroeléctricos y de control de inundaciones
8mbos e;tremos de la compuerta están equipados con orugas que facilitan su desplazamiento a lo largo de ranuras paralelas a los lados de la compuerta !as orugas se mueven alrededor de la compuerta mientras la compuerta es movida Este tipo de compuertas es movido por medio de cables de acero tirados por motores, lo que facilita su operación bajo diferentes condiciones de flujo
Compuerta tipo sector" se utilizan en presas se manipulan utilizando el desnivel de
agua creado por estas @o requiere de equipo mecánico para su operación %u utilización y características son semejantes a la compuerta tipo tambor
Compuerta tipo segmento" son muy utilizadas en la cresta de los vertederos de las presas 8ntiguamente se movían jaladas por cadenas, mediante dispositivos instalados en los pilares del vertedero 8ctualmente son accionadas mediante pistones hidráulicos o pneumáticos
8lgunas compuertas de este tipo disponen, en la parte superior, de una parte abatiente Esto permite descargar caudales peque'os, liberar el embalse de materiales fluctuantes y llenar la cuenca de disipación del vertedero para mejorar su funcionamiento en las fases iniciales de grandes descargas
