UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Fuerza sobre una compuerta Curso: Mecánica de Fluidos Profesor : Gonzales Linares, César Apellidos y nombres: Alva García, Oswaldo Agustín
Grupo: 02 Subgrupo: 02 Fecha de presentación: Jueves, 27 de Octubre
2011
FUERZA SOBRE UNA COMPUERTA INTRODUCCION Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría de los casos para la regulación de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros. Las fuerzas horizontales causadas por la presión sobre superficies que encierran al fluido, aumentan linealmente con la profundidad, de modo que se tienen fuerzas distribuidas no uniformes actuando sobre ellas. Las compuertas son equipos mecánicos para el control de flujo de agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de irrigación. irrigación. Existen diferentes tipos con una variada variada clasificación según su forma, función y movimiento. La determinación de la fuerza sobre la compuerta, se puede calcular por medio de la aplicación del principio de impulso-momento. Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría de los casos para la regulación de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros.
OBJETIVO El objetivo de la presente práctica es la determinación experimental de la fuerza ejercida por el flujo sobre una compuerta deslizante montada en el canal de pendiente variable del laboratorio. Estimar la fuerza resultante sobre la placa de una compuerta con descarga de fondo El centro de presiones o el punto de aplicación de la fuerza resultante
EQUIPO
Canal de pendiente variable. Compuerta Rotámetro. Linnímetro Wincha.
TEORIA:
FUERZA SOBRE UNA COMPUERTA
En el caso en particular de una compuerta, inmediatamente aguas arriba no es válida la ley hidrostática ya que las líneas de corriente curvan al pasar por debajo de ésta, por lo tanto, tomaremos un punto (1) alejado de la compuerta, y consideraremos que las pérdidas friccionales entre este punto y la compuerta son despreciables.
Por otro lado, aguas abajo de la compuerta, existe un punto donde el flujo alcanza la máxima contracción, donde es válido suponer una distribución hidrostática de presiones. La altura de escurrimiento en la máxima contracción es de Cc·a, donde Cc es el coeficiente de contracción, igual a p/(p+2) si a/h es pequeño. En este caso en particular, considerando los supuestos anteriores, es posible decir que la energía específica entre los puntos 1 y 2 se conserva. Si la compuerta actúa como control hidráulico, es decir, si la altura en la máxima contracción es menor que la altura crítica (impone un régimen supercrítico), el escurrimiento aguas arriba de la compuerta será subcrítico, y es posible determinar la altura de escurrimiento h1, sólo sabiendo que por el sistema escurre un caudal unitario” unitario” q” y que la abertura de la compuerta es “a”.
F y1
v1
a
v2
y2
Cuando se tiene una compuerta con un flujo por debajo de ella, la distribución de presiones sobre ésta difiere de la que se tiene en el caso estático. En el caso dinámico parte de la altura de presión hidrostática se manifiesta como carga de velocidad. La determinación de la fuerza total que actúa sobre la compuerta puede hallarse a partir del diagrama de distribución de presiones hidrodinámicas:
F=b
y1
0
a
p dh
Donde: b = ancho del canal p = presión actuante sobre la compuerta h = distancia de un punto de la compuerta respecto a su base. Otra manera de determinar la fuerza que actúa sobre la compuerta es empleando las ecuaciones de cantidad de movimiento y de continuidad: La ecuación de cantidad de movimiento: F = QV, que para el caso de la figura Nº 1 seria 1 2
1
b y12 -
2
b y22 - F = Q (v2 - v1)
…………………….
(1)
La ecuación de continuidad: Q = b v1 y1 = b v2 y2
……………………………. …………………………….
(2)
Expresando v1 en función de v2 de la ecuación (2), reemplazando en (1) y despejando F se obtiene: F =
g b
(y1 - y 2 )
2
(y1 + y 2 ) -
b y1 y 2 Q
2
…………………..( 3 )
La ecuación Nº (3) nos permite determinar la fuerza en estudio sobre la compuerta
PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO EN EL LABORATORIO.
Medir la abertura de la compuerta “a” Establecer un flujo a través del canal. Medir el caudal. Medir los tirantes y1 e y2 . Ver figura Nº 1 Repetir el procedimiento para cinco caudales diferentes
DATOS Ancho del canal: bO = 30 cm. Altura de la compuerta = 33 cm Abertura = 3 cm
Formula
Q= 1,32 h 2,48 (Q en m3/s, h en m)
“Fuerza sobre una compuerta” N°
Q = (m3/h)
Z(cm)
H (cm)
01
740.16
6
47.25
02
742.32
11
47.30
03
746.28
16.5
47.40
04
748.08
21
47.45
05
755.28
26.3
47.63
06
779.72
29.8
48.25
CALCULOS Y PRESENTACION DE RESULTADOS Resultado de los cálculos del Laboratorio “Fuerza sobre una compuerta” 2 g b Q F = (y 1 - y 2 ) (y 1 + y 2 ) b y1 y 2 2
N° Ensayo 01
Q (m3/s) 0.2056
Z (m) 0.06
H (m) 0.4725
F (N) 328.59
02
02062
0.11
0.473
314.12
03
0.2073
0.165
0.474
289.83
04
0.2078
0.21
0.4745
268.33
05
0.2098
0.263
0.4763
235.17
06
0.2166
0.298
0.4825
200.30
Fuerza resultante sobre sobre la compuerta compuerta
= 32 Kg/m2 La ubicación de la fuerza sobre la compuerta
yp = 0.213 m = 21.3 cm CONCLUSIONES La fuerza resultante en el campo con descarga de fondo estimado en el laboratorio es:
= 32 Kg/m2 El Cp se ubica a la distancia de:
yp = 0.213 m = 21.3 cm ANEXOS
