Mecánica de fluidos. Flujo bajo compuerta

OBJETIVOS
Conocer el funcionamiento de las compuertas, los tipos de compuertas y sus aplicaciones, especialmente en compuertas planas y sus componentes.
Relacionarse con las fórmulas de caudal y compuertas.
Utilizar correctamente las fórmulas relacionada con compuerta en ejercicios prácticos para calcular el coeficiente de descarga, la fuerza ejercida por el agua y demás comportamientos delflujo.
Interactuar con compuertas a pequeña escala.
INTRODUCCIÓN
El propósito de los ensayos realizados que se presentaran durante este informe fue principalmente relacionar al estudiante con el comportamiento de las compuertas y el flujo a través de estas. Para esto se usó una compuerta sencilla, plana y vertical, en un canal, todo a pequeña escala, de este modo los estudiantes tenían totalcontrol de la propiedades del flujo, como el caudal, la altura del fluido antes y después de la compuerta y la altura de apertura de la compuerta.
Para esto lo primordial fue identificar las partes del canal y como controlábamos cada factor pertinente. Sin embargo fue un proceso muy sencillo, pues solamente era necesario aprender a controlar la altura de la compuerta, la cantidad de caudal y conestos dos, la altura del agua antes y después de atravesar la compuerta. Estas se controlaban manualmente mediante llaves y se monitoreaban en una pantalla.
Se realizaron dos ensayos. Para el primero fue necesario mantener constante la altura del agua antes de atravesar la compuerta, para que fuera posible fue necesario variar el caudal para cada medida, ya que debían tomarse 10 datos cada uno parauna altura diferente de apertura de la compuerta y una altura de agua después de la compuerta, también debe anotarse la medida de cada caudal.
Para el segundo fue necesario mantener el caudal constante durante toda la práctica y variar la altura de la compuerta. Se debían medir la altura de la compuerta y la altura del agua antes y después de atravesar la compuerta. Este proceso se realizó para10 alturas diferentes.
Con los datos obtenidos será suficiente para calcular en cada caso la fuerza horizontal de empuje y la fuerza ejercida sobre la compuerta.


MARCO TEÓRICO
Caudal: Cantidad de agua que corre, se mide en la velocidad con la que corre el agua por el área del recipiente que la contiene, se mide en metros cúbicos sobre segundo (m3/s):

Ecuación . Caudal

Coeficiente dedescarga (Cd): Relación entre el caudal desembalsado en función del nivel del fluido en el embalse.

Ecuación .Coeficiente de descarga

Fuerzas: Para este informe es necesario calcular dos fuerzas:

Fuerza resultante sobre la compuerta (Fg):


Ecuación . Fuerza resultante para la compuerta

Fuerza horizontal de empuje hidrostático:


Ecuación . Fuerza horizontal empuje hidrostáticoPara las anteriores ecuaciones:
Q = Caudal
v = velocidad
A = Área
Cd = Coeficiente de descarga
b = Ancho del canal
dg = Apertura de la compuerta
g = Gravedad
do = Altura del agua antes de la compuerta
dg = Altura del agua después de la compuerta
𝜌 = densidad

Compuerta: Equipo mecánico movible encargado de controlar el flujo de agua en diferentes aplicaciones hidráulicas, talescomo canales, presas planta de tratamiento de agua, sistemas de drenaje, irrigación, etc. Existe un variado tipo de compuertas, esta pueden clasificarse según su forma, función, tipo y otros que serán explicados a continuación.

Según tipo:

Anillo: Utilizada en el tope de los vertederos.
Basculante: Utilizada en el tope de vertederos y en el fondo de ríos o canales.
Cilindro: Se usa enensambles, a cualquier tipo de profundidad para descargas a presión.
Esclusa: Se abren para que pasen buques.
Lagarto: Se usan para realizar descargas de fondo.
Rodante: Liberan el vano de vertederos.
Sector: Se manipula con el desnivel de agua que origina.
Stoney: Se utilizan en centrales hidroeléctricas, tomas de presión y descargas de fondo.
Tambor: Se manipula con el desnivel de agua que...