Universidad Militar Nueva Granada Laboratorio de hidráulica II
Informe N°6 Practica Compuerta Civil 2 lunes !am " #am
INFORME DE LABORATORIO DE COMPUERTA Bettin Ricardo, Moreno Carolina, Rodríguez onat!an, Ro"a# Natalia
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El objetivo principal del laboratorio de compuerta se basa primordialmente en la determinación experimental de los coeficientes de descarga y contracción, para la condición de una apertura constante, al tiempo que se determina la distribución de presiones, tanto sobre la compuerta como en el fondo del canal de prueba. Para estos cálculos inicialmente se tomaron en el laboratorio datos tales como lecturas piezométricas para el fondo del canal y apertura de compuerta constante variando el caudal una vez por apertura de compuerta, trabajando as con seis formas diferentes de cálculo para el laboratorio. !omo en los anteriores laboratorios se calculó la altura del vertedero as como las alturas iniciales y finales para el cálculo del caudal que utilizamos en cada caso. Por "ltimo, después de la toma y análisis de datos, se procede a trabajar con las ecuaciones de coeficiente de descarga y coeficiente de contracción para determinar sus valores y la variación que presenta con cambios de caudal y apertura de compuerta.
Palabras Clave: Compuerta, coeficiente de descarga, coeficiente de contracción, distribución de pr esiones.
INTRODUCCIÓN Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior inferior y la estructura hidráulica hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría de los casos para la reulación de caudales, y como emeren emerencia cia y cierre cierre para para manten mantenimie imiento nto en los otros. !as compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orific orificios ios y, cuando cuando están están bien bien calibr calibradas adas,, tambi"n pueden emplearse como medidores de flu#o. !as condiciones físicas, hidráulicas, climáticas y de operación, evaluadas apropiadamente, imponen la sele selecc cció iónn del del tipo tipo y tama tama$o $o adec adecua uado do de las las compuertas. %stas se dise$an de diferentes tipos y con variadas características en su operación y en su meca mecani nism smoo de izad izado, o, los los cual cuales es perm permititen en clasif clasifica icarlas rlas en rupos rupos enera enerales les de la siuien siuiente te manera&
de las compuertas principales, siendo concebidas para para funcion funcionar ar tanto tanto en condic condicione ioness de presió presiónn dife difere renc ncia ial,l, en cond conduc ucto toss a pres presió ión, n, como como en condiciones de presión equilibrada. c. e acuerdo a sus características características eom"tricas& Compuer Compuertas tas planas planas&& rectan rectanul ulares ares,, cuadra cuadradas das,, circulares, trianulares. Compuertas curvas o alabeadas. e esta manera y mediante el monta#e con el que se cuenta en el laboratorio, se pretende entender el comportamiento del flu#o de aua así como la lámina de aua antes y despu"s de la compuerta y su posterior descara utilizando un canal rectanular con una compuerta cuya apertura variamos desde a cm. así mismo se entenderá y se aplicara en un futuro donde se requiera la construcción de canales con compuerta para reular el descarue.
ELEMENTOS DEL TRABAJO Y METODOLOGÍA a. 'en las condiciones del flu#o auas aba#o& Compuerta con descara libre. Compuerta con descara sumerida o ahoada b. 'en el tipo de operación o funcionamiento& Compuertas *rincipales& se dise$an para operar ba#o cualquier condición de flu#o+ se les llama de reulación cuando se les conciben para controlar caudales en un canal abierto o sobre una estructura de presa, con aberturas parciales, y se conocen como compuertas de uarda o de cierre aquellas que funcionan completamente abiertas o cerradas. Compuertas de emerencia& se utilizan en los eventos de reparación, inspección y mantenimiento
/nicialmente se verifica el nivel del aua en toda la cresta cresta del vertedero vertedero 0o con el piezómetro piezómetro que tiene y se anota este valor en el formato del laboratorio, previamente purados. *osterior a esto, se abrió la compuerta con una ampli ampliac ación ión de 1 cm y se toma tomaro ronn las medidas medidas piezom"tricas para dos diferentes tipos de caudal. espu"s de cada lectura piezómetrica se tomó la $%& Una vez altura final del vertedero y el valor de 2 $%& finalizado la toma de datos para una abertura de 1cm se abrió la compuerta 3.4cm más y se tomaban las las medi medidas das de dos dos caud caudal ales es para para esta esta nuev nuevaa
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apertura hasta llear a una apertura de cm, cabe aclarar que para cada medición se abrió la válvula de entrada procurando obtener una lámina de aua que cubriera el piezómetro 5o 4 ubicado en la compuerta del canal y se esperaba hasta que ducha lámina de aua se estabilizara con el fin de realizar las mediciones. 6inalmente, para tomar las lecturas iniciales del vertedero se de#ó una lámina de aua muy peque$a de#ando estabilizar el caudal.
RESULTADOS
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Cc=
Y donde 2=: es el área de la compuerta y A
2>: área del orificio.
Tabla (. C'l$"lo #! C$ ) C$ obs!r*a#o + C#.
7l valor teórico del coeficiente de contracción es 3.<--.
Tabla ,. C'l$"lo or$!-ta! #! !rror !-tr! los *alor!s #! C$ + C# Tabla 1. Datos laboratorio.
Tabla 2. A!rt"ra #! la $o%"!rta.
7l valor de 0o8 -3.9 cm y el ancho del canal corresponde a b8 13.4 cm. *ara iniciar se realiza el cálculo de caudales para cada apertura, a partir de la ecuación del vertedero el cual es de eometría trianular Gr'/i$a 1. C$ obs!r*a#o0A34o5.
2,343
Q=0,0172 H
Tabla &. C'l$"lo #! $a"#al!s.
*ara cada abertura se calcularon los coeficientes de descara usando los caudales obtenidos anteriormente. Q=Cd∗a √ 2 gHo onde 2a: corresponde al valor de la abertura y 20o: a la lectura del piezómetro 5;<. = los coeficientes de contracción se calcularon mediante Cc= Cd +
1 2
C
d
2
∗a
ho
donde 2ho: corresponde
a *rofundidad del aua antes de la abertura, valor que se confronta con el obtenido en la ecuación
Gr'/i$a 2. C$ 0A34o5.
AN6LISIS DE RESULTADOS Un factor importante que influye en los cálculos y los porcenta#es de error es el coeficiente de contracción y descara teóricos que no varían para cada tipo de abertura por lo que se acerca más el valor cuando la abertura es mayor.
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!os cálculos pueden ser menos acertados debido a que el comportamiento del flu#o despu"s de pasar por una abertura de compuerta menor tiene un punto de resalto hidráulico que varía de manera más alta que para una abertura mayor, por lo que la toma de estos valores de piezómetros puede variar y alunos cálculos respectivos.
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CONCLUSIÓN ?ediante la práctica de laboratorio se entendió el concepto de descara mediante una compuerta y la reulación del caudal para distintas obras de ineniería, puesto que el conocimiento del proceso y los cálculos nos permiten controlar el flu#o desde auas arriba para la posterior descara. > medida de que la compuerta se iba el tirante auas arriba de esta iba disminuyendo mientras que auas arriba iba aumentando. !os coeficientes Cd (coeficiente de descara), y CC (coeficiente de contracción) dependen, obviamente, de la eometría del flu#o.
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U. D. CAUCA, «unicauca.edu.co, !"n l#nea$. Available: %ttp:&&artemisa.unicauca.edu.co&'%dulica&1()ar iete.pdf. !*ltimo acceso: + ebrero 2-1$. /. 0ng, «" 03C43 D" 035"30"6, 27 /ar8o 2-19. !"n l#nea$. Available: %ttp:&&.elrincondelingeniero.com&5olpe;d e;ariete. !*ltimo acceso: + ebrero 2-1$. D. <. =. 5. . ". oren8o, «Curso de >idrolog#a e >idr?ulica Aplicadas, 2-1-. !"n l#nea$. Available: %ttp:&&.fing.edu.u@&imfia&imfiaeb&sites&d efault&files&eo9)1-)b.pdf. !*ltimo acceso: ebrero 2 2-1$. . /arbello, «U30B"0DAD 3AC063A D" C66/<0A "D" /"D"3, !"n l#nea$. Available: %ttp:&&.bdigital.unal.edu.co&12+7&-&EE( E+2.2--(.ParteF2-11.pdf. !*ltimo acceso: 2 ebrero 2-1$. . d. >idraulica, #lujo uniforme,
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