PRÁCTICA No. 8 “Compuertas”

Laboratorio de Hidráulica I
Práctica No. 8. “Compuertas”
PRÁCTICA No. 8
“Compuertas”
OBJETIVO: “Determinar el gasto que fluye a través de una compuerta”.
COMPUERTAS
Una compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al moverse verticalmente permite
graduar la altura del orificio que se va descubriendo en su parte inferior, controlando la
descarga producida.
El orificio que forma la compuerta generalmente se encuentra en el fondo de un canal y
coincide, generalmente, con el ancho de éste. Las características del flujo que atraviesa
esta compuerta pueden analizarse mediante una red de flujo, tal y como se muestra en
la figura 8.1.
Fig. 8.1. Red de flujo para una compuerta plana.
Como es posible observar en la figura anterior, el chorro de agua sufre de un efecto de
contracción al atravesar la compuerta.
El gasto puede determinarse mediante la expresión siguiente:
Q=
CC CV ba
C a
1+ C
y1
2 gy1 = Cd ba 2 gy1
(8.1)
donde:
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Cd =
CC CV
C a
1+ C
y1
(8.2)
La expresión 8.1 se ha determinado aplicando la ecuación de la energía entre ambos
lados de la pared vertical, considerando además la contracción que sufre el agua al
pasar a través de la compuerta.
Los coeficientes Cd (coeficiente de gasto), CV (coeficiente de velocidad) y CC
(coeficiente de contracción) dependen, obviamente, de la geometría del flujo y del
número de Reynolds. Estos coeficientes han sido determinados por diversos
investigadores; sin embargo, en ningún caso se ha encontrado coincidencia entre sus
resultados.
Gentilini realizó diversas investigaciones y obtuvo distintas relaciones para diversos
casos de compuertas planas inclinadas con descarga libre. Algunos de sus resultados
se ilustran en figura 8.2.
Fig. 8.2. Coeficientes de gasto para compuertas planas inclinadas con descarga libre.
Otros investigadores (Cofré, Buchheister y Henry) obtuvieron otros resultados (Fig.
8.3), entre los cuales se incluye la descarga ahogada en las compuertas verticales.
La contracción que sufre el chorro de agua al pasar a través de la compuerta se
prolonga desde la salida hasta una distancia L, la cual depende de la abertura a y del
coeficiente de contracción CC.
L=
a
CC
(8.3)
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Fig. 8.3. Coeficiente de gasto de una compuerta plana vertical según Cofré y Buchheister.
Knapp propuso una ecuación para calcular el coeficiente de velocidad en compuertas
con descarga libre:
a
(8.4)
CV = 0.960 + 0.0979
y1
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Determinar las características geométricas y operativas de la compuerta.
2. Generar un flujo de agua a través de la compuerta y variar el gasto o la
apertura “a” en distintas ocasiones
3. Medir los tirantes generados aguas arriba y aguas abajo de la compuerta.
4. Calcular cada uno de los gastos generados mediante los tubos venturi con los
cuales cuenta el canal de pendiente variable.
CONTENIDO DEL REPORTE DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Determinar, con base en las gráficas presentadas, los coeficientes de
descarga Cd correspondientes para cada una de las corridas realizadas. Se
deberán obtener los coeficientes tanto con la gráfica de la figura 8.2 como con
la gráfica de la figura 8.3.
2. Calcular los coeficientes Cv y Cc considerando las fórmulas 8.2 y 8.4.
3. Calcular los caudales de operación Q de la compuerta considerando los dos
grupos de Cd´s calculados.
4. Comparar, mediante una tabla, los dos grupos de caudales calculados contra
los caudales reales de operación de la compuerta (gasto en el tubo venturi).
5. Conclusiones de la realización de la práctica, estableciendo, con base en la
comparación de los caudales, cuáles coeficientes Cd (los de la Fig. 8.2 ó los
de la Fig. 8.3) producen, de ser el caso, los cálculos más precisos y
confiables.
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