Instrumentación mecánica

MECANISMOS DE POTENCIA
COMPUERTAS
Una compuerta consiste en una placa móvil plana o curva, que al levantarse permite graduar la altura del
orifico que se va descubriendo, a la vez que controlar la descarga producida al orificio generalmente se hace
entre el piso de un canal y el borde inferior de la compuerta, por lo que su ancho coincida con el del canal, en
estas condiciones el flujo puede considerarse bidimensional (fig. 1 y 2)
FIGURA 1. COMPUERTA PLANA FIGURA 2. COMPUERTA RADIAL
El gasto de una compuerta y las características hidráulicas de su descarga se pueden conocer a partir del
estudio de una red de flujo obtenido por cualquiera delos métodos expuestos. La red de flujo de la compuerta
plana en la fig. 3 permite explicar con claridad la contracción que experimenta el chorro descargado por el
orificio de altura a, hasta alcanzar un valor Coa en una distancia 1 en la que las líneas de corriente se vuelven
horizontales y tienen por ello una distribución hidrostática de presiones debido al fenómeno de contracción y a
la fricción en el piso, se produce una perdida de carga Dh, que influye en el calculo del gasto. Así mismo la
carga de velocidad V12 /2g con que llega el agua del canal aguas arriba de la compuerta, tiene mayor
importancia a medida que la relación y1/a disminuye.
FIGURA 3. RED DE FLUJO PARA UNA COMPUERTA PLANA
En el canto inferior de la compuerta las líneas de corriente tienden a unirse y es ahí donde la velocidad
adquiere su máximo valor. Debido a las curvaturas de las líneas de corriente una gran presión actúa sobre la
línea de intersección del plano de la compuerta, razón por la cual se tiene una velocidad pequeña.
Para obtener la ec. que proporciona el gasto, aquí se considerará el caso más general de una compuerta plana,
con inclinación q respecto a la horizontal (fig.4) y un ancho b. La inclinación q es equivalente de la tangente
en el labio de la compuerta radial de la fig. 2 y con q=90º incluye el caso de la compuerta vertical de la fig. 1.
Se establece la ecuación de a energía de una sección 1, aguas arriba, de la compuerta y la sección contraida a
saber:
H0y1+V12 /2g0C a+V22 /2g
Las experiencias de Gentilini incluyen el caso de la compuerta plana vertical con ángulo = 90º tipo del cual se
han acupado grandes investigadores como Knapp, al grado de agudeza del canto afilado de la compuerta u
propone una ecuación para calcular el coeficiente de velocidad en compuertas verticales con descarga libre en
función de a/H.
Cv 00.960+0.0979a/y1
Tiene como límite superior Cv=1 el cual se alcanza para a/y1=0.408. Por lo que respecta a los coeficientes de
gasto, Cofré y Buchheister comprobaron y ampliaron los resultados obtenidos por Henry. Se incluye aquí el
caso de las compuertas con descarga ahogada en el que se ha calculado el coeficiente de gasto Cd. Aquí dicho
coeficiente depende de y1/a, además de y3/a, esto es, del tirante y3 en el canal aguas de la compuerta.
Como se observa en la fig., 6 los resultados para q=90º en la primera concuerdan bastante con los de descarga
libre en la segunda.
FIGURA 4. COEFICIENTE DE GASTO DE UNA COMPUERTA PLANA VERTICAL SEGÚN COFE
1
De acuerdo con la fig. 3 la distancia horizontal desde el plano de una compuerta vertical hasta la sección
contraída alcanza el valor:
L = a/Co
Según Joukwski esta distancia debe ser igual a la abertura de la compuerta.
En compuertas planas verticales, cuando y1/a < 1.35, se inicia el despegamiento del chorro desde el canto de
la compuerta, además del arrastre del aire interior.
Cuando el labio inferior se redondee, como en la fig. 5 los coeficientes de contracción y de gasto se
multiplican por un coeficiente e, que varia con la relación r/a como sigue:
r/a 0.1 0.2 0.3 0.4
e 1.03 1.13 1.25 1.25
Donde r es el radio con el cual se redondea la arista.
2