Compuerta Hidráulica.Es un dispositivo hidráulico-mecánico o puerta movible plana o curva, que se coloca en las esclusas de canales, presas, obras de derivación u otra estructura hidráulica, utilizada en la mayoría de los casos a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, también como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros. Importancia de las compuertas. Las compuertas regulan el caudal del río porque no forma un embalse, sino que asegura un nivel de agua tal que permite su descarga desde la presa, por un canal o por un conducto cerrado hacia el lugar de utilización. Aplicación de las compuertas. Las compuertas son aplicadas en los siguientes casos: Control de los flujos de aguas. Control de inundaciones. Proyectos de irrigación. Crear reservas de agua. Sistemas de drenaje. Proyectos de aprovechamiento de suelos. Plantas de tratamiento de agua. Incrementar capacidad de reserva de las presas. Clasificación de las Compuertas. Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios y, cuando están bien calibradas pueden emplearse también como medidores de flujo. El uso y escogencia de las mismas dependerá de las condiciones físicas, hidráulicas, climáticas, forma y tamaño del orificio, mecanismo de apertura y las condiciones particulares de operación. De acuerdo a las variadas características de las compuertas permiten clasificarlas en grupos de la siguiente manera: Según las condiciones del flujo de agua. Una compuerta puede operar bajo dos clases de situaciones de control: control aguas arriba (o flujo libre) y control aguas abajo (o flujo sumergido), tal y como se muestra en las figuras: La relación profundidad .a)Flujo Libre b) Flujo sumergido -Flujo aguas arriba o flujo libre: el salto hidráulico se forma aguas abajo de la compuerta y el caudal a través de ella no es influenciado por las condiciones de flujo aguas abajo. ya que la posición de la abertura determina una relación profundidad. El salto hidráulico se forma debajo de la compuerta y se conoce como sumergido o ahogado en la compuerta. -Flujo aguas abajo: se les llama así debido al que el agua pasa por debajo de la estructura. En este caso el flujo de la profundidad aguas abajo es mayor que . C es un coeficiente de descarga. Puesto que el flujo aguas arriba de la compuerta es subcrítico. En este caso la compuerta controla efectivamente el flujo.caudal.Caudal para flujo libre para una compuerta se puede obtener de la siguiente manera: La velocidad del flujo bajo la compuerta: donde b y a representan el ancho y la abertura respectivamente. este es controlado por la estructura aguas abajo. el caudal es función de las condiciones aguas arriba. H0 es la cabeza de energía aguas arriba y H 1 es la profundidad del agua en la vena contraria. K es un coeficiente. la compuerta Tainter (o radial) y la compuerta de rodillo. -Compuertas principales: son compuertas diseñadas para operar bajo cualquier condición de flujo. El caudal sumergido es dado por la ecuación del flujo a través de un orificio sumergido como sigue Qsumergido = bas Donde ∆ H = H0 – H2. con aberturas parciales. Para calcular el caudal de flujo parcialmente sumergido o ahogado se utiliza la siguiente ecuación: Qretardado = KQ donde: Q: caudal a flujo libre.la profundidad conjugada H1 y la salida libre de la compuerta es retardada por el nivel de aguas abajo. Dentro de este tipo de compuertas se encuentran: a) Compuertas de regulación: se les llama de regulación cuando se les conciben para controlar caudales en un canal abierto o sobre una estructura de presa. En este caso el salto hidráulico es completamente ahogado y como tal. ELWIMARY Según el tipo de operación o funcionamiento. El mecanismo de regulación de una compuerta puede . en las cuales el diseñador hidráulico se interesa en dos aspectos importantes: la relación altura-caudal y la distribución de presiones sobre la superficie de la compuerta en diferentes posiciones de la misma. como se muestra en la figura. Ejemplos comunes de compuertas flujo abajo son la compuerta deslizante. el caudal bajo la compuerta es función tanto de las condiciones aguas arriba como de aguas abajo. En la práctica el valor de este coeficiente ha sido determinado experimentalmente por varios autores. sin variación de ancho y con resalto al pie es la siguiente: Q = CC ab Ho = ho 2g (H0 CC a) V02 2g Donde: Q: Caudal a: Abertura de la compuerta b: Ancho de la compuerta CC: Coeficiente de contracción de la compuerta CCa: Altura del escurrimiento de la sección donde se presenta la vena contraída H0: Energía en la sección de aguas arriba de la compuerta h0 : Altura aguas arriba de la compuerta V0 : Velocidad aguas arriba de la compuerta g: Aceleración de gravedad El coeficiente CC es variable en función de la relación ho/ a. siendo concebidas para funcionar tanto en condiciones de presión diferencial. -Compuertas de emergencia: se utilizan en los eventos de reparación. -Compuertas Planas: rectangulares. Ecuación para el cálculo de una compuerta plana. La ecuación básica para el cálculo de una compuerta plana de sección rectangular de arista viva. etc. como en condiciones de presión equilibrada. Entre ellas se encuentran: . -Compuertas curvas o alabeadas: son compuertas curvas a una superficie plana. circulares.realizarse a mano. cuando la contracción aguas abajo de la compuerta es perfecta. De acuerdo a la geometría de sus características. triangulares. en conductos a presión.611. con un valor teórico igual π/ (π +2) = 0. inspección y mantenimiento de las compuertas principales. por fuerza motriz o simplemente por la misma presión del agua. b) Compuertas de guara o cierre: son aquellas que funcionan completamente abiertas o cerradas. cuadradas. La ventaja principal de este tipo de compuertas es que la fuerza para operarlas es pequeña y facilita su operación ya sea manual o automática. que se utilizan principalmente en aliviaderos. En el caso de tomas. el caudal de la compuerta puede expresarse como: Q = CLHe Donde: C: coeficiente de descarga L: longitud de la compuerta He: altura total . Con frecuencia se instalan contrapesos en las compuertas para equilibrar parcialmente su peso. Constan de un segmento cilíndrico unido a los cojinetes de los apoyos por medio de brazos radiales. por lo cual. son principalmente un elemento regulador. lo que las hace muy versátiles. puesto que no requiere de superestructuras que incluyan grúas. una determinada cota en el canal. aguas arriba o aguas abajo. Es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere de equipo mecánico para su operación. ni volantes para su manejo. tomas de las presas y en canales abiertos. Este tipo de compuerta actúa como un vertedero. Las compuertas Taintor empleadas en canales abiertos se suelen emplear como elemento regulador para aportar un caudal determinado de agua o para mantener. b) Compuerta tipo tambor: es un tipo de compuerta hidráulica utilizada en vertederos de presas. Se utiliza para controlar la superficie del agua hacia aguas arriba. En los aliviaderos permiten elevar la cota del agua embalsada y realizar grandes evacuaciones o regular dicha cota. lo que reduce la capacidad del mecanismo elevador. lo que constituye cierta ventaja sobre los otros tipos de compuertas. cables.a) Compuerta radiales o Tainter: son compuertas construidas de acero o combinado de acero y madera. Su empleo está recomendado para cargas de agua que generen esfuerzos hidrostáticos moderados. Entre otros tipos de compuertas utilizadas en canales. el único peso que debe ser movido es el equivalente al peso propio de la compuerta. así como para cierre en mantenimiento de conductos a presión. en presas o tanques como elemento de regulación. presas. -Compuertas deslizantes: se les llama compuertas deslizantes porque para su accionar se deslizan por unos rieles guías fijos.-c) Compuertas Cilíndricas: consisten en cilindros sólidos de acero abiertos que se extienden a ambos extremos de un vertedero de presa y funcionan por el balance de las presiones de agua en las superficies interior y exterior. Se acopla fácilmente a una tubería de salida. Ruedan a su posición de sello debido a su propio peso y se izan con cadenas o cables por medio de grúas especiales fuera de la superficie del agua hasta una caseta de operación donde se les hace mantenimiento. Este tipo de compuertas generalmente son levantadas por medio de cables o máquinas hidráulicas. -Compuertas rodantes: son utilizadas en vertederos de presas. se manipulan desde los pilares del vertedero accionado por cadenas. ya que mayores esfuerzos requerirían el empleo de compuertas vagón. en un embalse. Generalmente se construyen en acero colado y se emplean en estructuras de canales y en algunas obras de captación. Cuando se estudian los esfuerzos producidos por el agua (o cualquier otro líquido) sobre una superficie y se requiere que ésta se comporte como una compuerta. esclusas y obras hidráulicas de envergadura se encuentran: . Está constituida por un cilindro vacío y rueda sobre sí misma al ser elevada o descendida. En el mismo pozo se pueden disponer tomas de agua a diversas alturas. Pueden ser movidas por diferentes tipos de motores. JAVIER Según el mecanismo de izado. una en cada punta. como la presión del agua siempre se encuentra balanceada. Se utilizan en obras de toma profunda para casos de emergencia y de servicio. Son utilizadas en grandes proyectos especiales para descargas en presión permitiendo la colocación de la sección de toma a cualquier profundidad. aparece un sistema que funcionará accionado por la fuerza producida por el mismo fluido y se deberá contar con la posibilidad de mover o hacer rotar esa superficie alrededor de un eje de manera que se límite el nivel alcanzado por el fluido en cuestión. Pueden ser utilizadas tanto en la cima del vertedero de una presa como instalado en el fond de un río o canal. como consecuencia de estos se necesita motores de menor potencia para moverlas. . Estas compuertas se abren automáticamente por un diferencial de presión aguas arriba y se cierran cuando el nivel aguas abajo supera el nivel aguas arriba o cuando el nivel aguas arriba alcance el nivel deseado de almacenamiento. Pueden ser diseñadas para abrirse hacia arriba o hacia abajo. Los rodillos minimizan el efecto de la fricción durante la apertura y el cierre de las compuertas. La separación de las pilas de apoyo depende del material de las vigas. es decir. Están soportadas en rodillos que recorren guías fijas a través de los cuales se desliza y generalmente tienen sellos de caucho para evitar filtraciones a través de los rodillos. para disminuir la corrosión e infiltraciones son rellenadas con materiales inertes como el concreto. GUSTAVO Compuertas Ataguía Son compuertas utilizadas en vertederos. Compuertas Flap o Clapetas Son compuertas formadas por un tablero articulado en su arista de aguas arriba que puede abatirse dando paso al agua. diseñadas especialmente para controlar el flujo de agua a través de grandes canales donde la economía y la facilidad de operación sean dos factores preponderantes. Están compuestas de vigas separadas colocadas unas sobre otras para formar un muro o ataguía soportado en ranuras en sus extremos. para quitarlas y ponerlas. de la carga que obre en ellas. Generalmente son operadas por una grúa móvil. para poder hacer el mantenimiento de las compuertas principales. descargas de fondo. como también la adaptación de la compuerta en el campo como lo es el tamaño y forma del orificio. tomas para centrales hidroeléctricas de presas y en canales. Generalmente son de sección transversal hueca. como una compuerta auxiliar. Estas compuertas son muy versátiles ya que pueden diseñarse tanto para trabajar bajo presión en una o ambas caras simultáneamente. Compuertas Planas de Rodillos Son compuertas construidas en acero al carbón o fundición de hierro gris. Para el diseño de la compuerta plana se deben tener presente las especificaciones técnicas deseadas. y de los medios que se disponga para manejarlas. Este tipo de compuertas son utilizadas tanto para altas como para bajas cabezas de presión. Ambos extremos de la compuerta están equipados con orugas que facilitan su desplazamiento a lo largo de ranuras paralelas a los lados de la compuerta. se manipulan utilizando el desnivel de agua creado por estas. en honor a su inventor. Aunque pueden ser utilizadas para controlar el flujo en ambas direcciones la mayoría de las instalaciones sólo las utilizan para controlar el flujo en una dirección. Su utilización y características son semejantes a la compuerta tipo tambor. mediante dispositivos instalados en los pilares del vertedero. Con las compuertas mariposa es posible tener una máxima cabeza de energía en ambos lados de la compuerta. lo que facilita su operación bajo diferentes condiciones de flujo. La mayoría de estas compuertas son instaladas en sitios con baja cabeza de presión (menor a 6 metros). Actualmente son accionadas mediante pistones hidráulicos o pneumáticos. Estas pueden ser utilizadas como reguladoras de flujo. Compuerta tipo sector: se utilizan en presas. pues al rotar la hoja cambia el tamaño de la abertura y se regula el caudal que fluye a través de ella. Las orugas se mueven alrededor de la compuerta mientras la compuerta es movida. las secciones circulares no son muy comunes ya que estas se utilizan en válvulas mariposa. Compuertas Mariposa Son compuertas utilizadas para controlar el flujo de agua a través de una gran variedad de aberturas. . La cabeza estática se mide desde el eje horizontal de apertura de la compuerta. Han sido utilizadas con cabezas hasta de 200 pies en varios proyectos hidroeléctricos y de control de inundaciones. Son ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un eje. Antiguamente se movían jaladas por cadenas. Compuerta tipo segmento: son muy utilizadas en la cresta de los vertederos de las presas. Compuertas Caterpillar (Tractor) Son también conocidas como Compuertas de Broome. Este tipo de compuertas es movido por medio de cables de acero tirados por motores. Las secciones transversales de este tipo de compuertas normalmente son cuadradas o rectangulares. No requiere de equipo mecánico para su operación. no es necesario disponer de espacio para levantarlas y allí se puede ubicar el mecanismo de apertura. Algunas compuertas de este tipo disponen. liberar el embalse de materiales fluctuantes y llenar la cuenca de disipación del vertedero para mejorar su funcionamiento en las fases iniciales de grandes descargas. . en la parte superior. de una parte abatiente. Esto permite descargar caudales pequeños.