COMPUERTA HIDRÁULICA

Las compuertas se utilizan para cerrar las conducciones de agua (canales - tuberías), así como para regular el caudal de agua en dichas conducciones.

Únicamente hay que tener en cuenta que las compuertas sometidas a grandes presiones (por ejemplo, en las tomas de agua) habrán de ser de construcción más robusta que las compuertas que o de resistir pequeñas presiones (por ejemplo, en los canales de derivación abiertos).

El orificio generalmente se hace entre el piso de un canal y el borde inferior de la compuerta, por lo tanto, su ancho coincide con el ancho del canal y, en estas condiciones, el flujo puede considerarse bidimensional. El caudal bajo una compuerta y las características hidráulicas de la descarga se pueden conocer a partir del estudio de una red de flujo.

La red de flujo sobre la compuerta plana se puede apreciar con las variaciones que presentan las presiones y que permiten observar con claridad la contracción que experimenta el chorro descargado por el orifico a una altura “a” del piso. Aguas abajo se tiene el tirante de agua Y2 que se puede calcular en función del coeficiente de contracción “Cc” de la siguiente forma Y2 = Cc* a y que debe ser medido a una distancia b desde la compuerta, donde se tiene la relación de b = a/Cc.

A la distancia b las líneas de corriente son horizontales y se tiene el tirante Y2. Es importante hacer notar que debido al fenómeno de contracción y a la fricción con el piso, se generan pérdidas de carga que influyen notoriamente en el cálculo del caudal bajo la compuerta.

Así mismo, aguas arriba de la compuerta se hace necesario incluir también el efecto de la velocidad de llegada V1. Por consiguiente, la cabeza de velocidad debe considerarse para el cálculo de la energía total en esa sección, porque en la medida en que se abra la compuerta, la relación de Y1/a disminuye, y la velocidad V1 adquiere mayor importancia en el análisis.

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

Qr = Vr*Ar; Vr= Cv*Vt; Ar = Cc*Ao; Cd = Cv*Cc

En donde: Qr: caudal real. Ar: área real de flujo. Vr: velocidad real. Ao: área del orificio. Vt: velocidad teórica, Cv: coeficiente de velocidad. Cc: coeficiente de contracción Cd: coeficiente de descarga.

REQUISITOS GENERALES DE INSTALACIÓN DE UNA COMPUERTA:

a. La compuerta debe ubicarse en canales de sección uniforme y alineamiento recto aguas arriba.

b. El plano del vertedero debe ser normal al flujo y la compuerta vertical plana.

ACCIONAMIENTO DE LAS COMPUERTAS:

Para elevar una compuerta es necesario un esfuerzo que ha de ser superior al peso propio de la compuerta y a los rozamientos originados por la presión hidráulica; solamente las compuertas de pequeñas dimensiones pueden accionarse manualmente.

Para las compuertas de mayor peso se utilizan varios dispositivos:

cremallera con rueda sencilla o varias ruedas. cremallera con accionamiento de engranaje y tornillo sin fin. torno de husillo horizontal.

Para las grandes compuertas se utilizan así exclusivamente dispositivos oleo-hidráulicos con servomotor

PRINCIPALES TIPOS DE COMPUERTAS:

Para canales, presas, esclusas y obras hidráulicas de envergadura los principales tipos de compuertas son:

Compuerta tipo anillo:

Las compuertas tipo anillo son utilizadas en la cresta de los vertederos tipo "tulipa", en las presas que están equipadas con este tipo de vertedero.

Compuerta tipo basculante:

También denominada clapeta o chapaleta, puede ser utilizada tanto en la cima del vertedero de una presa como instalado en el fondo de un río o canal.

Compuerta tipo cilindro:

Las compuertas cilíndricas se utilizan para descargas en presión permitiendo la colocación de la sección de toma a cualquier profundidad, en un embalse.

En el mismo pozo se pueden disponer tomas de agua a diversas alturas. Se acopla fácilmente a una tubería de salida.

Compuerta tipo esclusa:

Las compuertas tipo esclusa tienen las bisagras verticales. Se accionan por medios mecánicos o por pistones hidráulicos.

La compuerta se abre para permitir el paso del buque. Sólo se puede abrir cuando la diferencia entre los niveles de agua fuera y dentro de la esclusa es de unos pocos centímetros. Compuerta tipo lagarto:

Las compuertas tipo "lagarto" son utilizadas para abrir o cerrar tomas en presión para descargas de fondo o para centrales hidroeléctricas. Compuerta tipo rodante:

La compuerta rodante, utilizada en vertederos de presas, es manipulada desde los pilares del vertedero accionando cadenas, una en cada punta.

La compuerta, constituida por un cilindro vacío, rueda sobre sí misma al ser elevada o descendida.

Compuerta tipo sector:

Una Compuerta tipo sector es una compuerta utilizada en vertederos de presas, es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas, no requiere de equipo mecánico para su operación.

Su utilización y características son semejantes a la compuerta tipo tambor. Compuerta tipo segmento:

Las compuertas de segmento son muy utilizadas en la cresta de los vertederos de las presas.

Antiguamente se movían jaladas por cadenas, mediante dispositivos instalados en los pilares del vertedero. Actualmente son accionadas mediante pistones hidráulicos o neumáticos.

Compuerta tipo Stoney:

Las compuertas de tipo "Stoney" son utilizadas para tomas en presión para descargas de fondo o para la toma de una central hidroeléctrica. Compuerta tipo tambor:

La compuerta tipo tambor es un tipo de compuerta hidráulica utilizada en vertederos de presas. Es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere de equipo mecánico para su operación.

La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen de hormigón del mismo.

Su utilización y características son semejantes a la compuerta tipo sector.

COMPUERTAS AUTOMÁTICAS PARA CONTROL DE NIVEL

Compuertas para el control de nivel agua arribas: compuertas AMIS

Las compuertas AMIS se utilizan para controlar el nivel del agua en estanques y canales aguas arribas de la compuertas.

Compuertas para el control de nivel aguas abajo: compuerta AVIS:

Las compuertas AVIS se utilizan para controlar el nivel del agua en canales agua debajo de la compuerta.

COMPUERTAS MOVIBLES: Son compuertas que se colocan en

las esclusas de los canales y en los portillos de las presas de río para detener o dejar pasar las aguas.

Estas compuertas son con equipos mecánicos utilizados para el control del flujo del agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de irrigación. Existen diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones, según su forma, función y su movimiento.

Aplicaciones: Control de flujos de aguas

Control de inundaciones

Proyectos de irrigación

Crear reservas de agua

Sistemas de drenaje

Proyectos de aprovechamiento de suelo

Plantas de tratamiento de agua

Incrementar capacidad de reserva de las presas

TIPOS DE COMPUERTAS

DESLIZANTES RADIALES RODANTES VERTEDORAS CHARNELAS MARIPOSAS

COMPUERTAS DESLIZANTES

COMPUERTAS PLANAS

DESLIZANTES:

Se les llama compuertas deslizantes pues para su accionar se deslizan por unos rieles guías fijos. Puede ser movida por diferentes tipos de motores.

Estas compuertas pueden ser : acero estructural, madera y en caso de pequeñas cabeza: de hierro,

el espesor y el material de la compuerta dependerá de la presión del agua y el diseño de los sellos

Al trabajar a compresión estas compuertas tienen buenas adaptaciones a los sellos presentando pequeñas fugas.Este tipo de compuertas han sido utilizadas para todo tipo de cabezas

COMPUERTAS PLANAS DE RODILLOS

Las compuertas planas de rodillos están diseñadas especialmente para controlar el flujo a través de grandes canales donde la economía y la facilidad de operación sean dos factores preponderantes.

Son denominadas compuertas de rodillos ya que están soportadas en rodillos que recorren guías fijas y generalmente tienen sellos de caucho para evitar filtraciones a través de los rodillos. Los rodillos minimizan el efecto de la fricción durante la apertura y el cierre de las compuertas

Estas compuertas son muy versátiles ya que pueden diseñarse tanto para trabajar bajo presión en una o ambas caras simultáneamente. Generalmente son de sección transversal hueca, para disminuir la corrosión e infiltraciones son rellenadas con materiales inertes como el concreto.

ACCIONAMIENTO MANUAL ACCIONAMIENTO ELECTRICO

COMPUERTAS VERTEDORA

Diseñadas para la regulación de caudales funcionando como vertedor, es decir, tienen apertura hacia abajo o hacia arriba, vástago no saliente.

COMPUERTAS RADIALES

Comúnmente utilizadas para control de aguas en Obras de Toma de Drenajes Urbanos, Canales a cielo abierto, Colectores Profundos, Presas Hidroeléctricas o Agrícolas, como elemento de control o bloqueo de flujos

Las compuertas radiales se construyen de acero o combinando acero y madera. Constan de un segmento cilíndrico que está unido a los cojinetes de los apoyos por medio de brazos radiales.

La superficie cilíndrica se hace concéntrica con los ejes de los apoyos, de manera que todo el empuje producido por el agua pasa por ellos; en esta forma sólo se necesita una pequeña cantidad de movimiento para elevar o bajar la compuerta

Con frecuencia se instalan contrapesos en las compuertas para equilibrar parcialmente su peso, lo que reduce todavía más la capacidad del mecanismo elevador.

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; lo que las hace muy versátiles.

CARACTERISTICAS

Capacidad de operación con alta Carga Hidráulica.

Operación Segura y Silenciosa.

Posibilidad de Automatización y Control remoto de posición, variedad de tipo de accionamientos.

COMPUERTAS CHARNELAS Altamente efectivas en aplicaciones tales como: Control de

inundaciones (anti retorno), Servicios municipales, Industriales, Estaciones de bombeo, entre otras. Fácil instalación, cero costos de operación, bajo mantenimiento

TIPOS

COMPUERTAS MARIPOSA:

Las compuertas tipo mariposa son utilizadas para controlar el flujo de agua a través de una gran variedad de aberturas.

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.

es posible tener una máxima cabeza de energía en ambos lados de la compuerta. La cabeza estática se mide desde el eje horizontal de apertura de la compuerta.

La mayoría de estas compuertas son instaladas en sitios con baja cabeza de presión (menor a 6 metros).

Son ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un eje, no es necesario disponer de espacio para levantarlas y allí se puede ubicar el mecanismo de apertura.

Estas pueden ser utilizadas como reguladoras de flujo, pues al rotar la hoja cambia el tamaño de la abertura y se regula el caudal que fluye a través de ella.

MATERIALES DE FABRICACION

Entre otros, de acuerdo a sus necesidades y aplicaciones:

Acero Inoxidable

Acero al Carbón

Aluminio

Plásticos de Ingeniería

Revestimientos

FUNCIONAMIENTO DE LA COMPUERTA DE NIVEL AGUAS ABAJO

La compuerta está constituida por un tablero y un flotador rígidamente unidos mediante soportes o brazos que apoyan en un eje montado sobre cojinetes.

El eje se sitúa a una altura en función del nivel regulado y mediante el contrapeso o lastrado se ajusta la posición del centro de gravedad.

Al producirse una variación de la carga en el canal AGUAS ARRIBA, aumentando el nivel de agua, el flotador sube por el principio de Arquímedes ejerciendo un par de fuerzas sobre la compuerta y la cierra.

En la compuerta de nivel se desarrollan dos pares de fuerzas, por un lado el par del flotador y por otro el par del peso propio de la compuerta que se opone a aquél, para cualquier posición del tablero cuando el nivel aguas abajo esté a la cota del eje de giro.

Al contrario si el nivel de aguas abajo disminuye, la compuerta va abriendo y sigue la maniobra hasta que el nivel haya vuelto a la cota del eje de giro.

FLUJO A TRAVÉS DE COMPUERTAS:

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.

Según las condiciones del flujo aguas abajo:

- Compuerta con descarga libre.

- Compuerta con descarga sumergida o ahogada.

Según el tipo de operación o funcionamiento:

- Compuertas Principales: Se diseñan para operar bajo cualquier condición de flujo; se les llama de regulación cuando se les conciben para controlar caudales en un canal abierto o sobre una estructura de presa, con aberturas parciales, y se conocen como compuertas de guarda o de cierre aquellas que funcionan completamente abiertas o cerradas.

- Compuertas de emergencia: Se utilizan en los eventos de reparación, inspección y mantenimiento de las compuertas principales, siendo concebidas para funcionar tanto en condiciones de presión diferencial, en conductos a presión, como en condiciones de presión equilibrada.

De acuerdo a sus características geométricas:

Compuertas planasRectangularesCuadradasCircularesTriangulares, etc.Compuertas curvas o alabeadas

Según el mecanismo de izado: Compuertas deslizantes: El elemento de cierre u obturación se

mueve sobre superficies deslizantes (guías o rieles) que sirven, a la vez, de apoyo y sello. Generalmente, se construyen en acero colado, y se emplean en estructuras de canales y en algunas obras de captación, en presas o tanques de regulación.

La hoja de la compuerta o elemento de obturación se acciona con un mecanismo elevador, a través de un vástago o flecha de acero. Compuertas rodantes: El elemento de cierre u obturación se

mueve sobre un tren de ruedas, rodillos o de engranajes, hasta la posición de estanca. Se utilizan en obras de toma profunda, para casos de emergencia y de servicio, así como para cierre en mantenimiento, en conductos a presión.

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.

VÁLVULAS DE INTERRUPCIÓN TIPO COMPUERTA DE CIERRE ELÁSTICOPARA REDES SECUNDARIAS DE AGUA POTABLE:

Las Válvulas de Compuerta son utilizadas para interrumpir el flujo en las líneas de agua potable, funcionando básicamente en posición abierta o cerrada.

Serán instaladas en contacto con el terreno y llevarán una caja de registro de acuerdo a las Especificaciones Técnicas de ejecución de obra vigente.

De no indicarse lo contrario en los proyectos, las Válvulas de Compuerta se emplearán en redes hasta DN 300 mm.

DESCRIPCIÓN:

o Las Válvulas de Compuerta deberán cumplir lo indicado en las Normas NTP 350.064 y NTP-ISO 7259 y serán aptas para una presión nominal de 10 kg/cm2 (PN 10) o la indicada en los proyectos.

o El cuerpo y la tapa serán de Fierro Fundido de grafito laminar o Fierro Fundido de grafito esferoidal, con recubrimiento interior y exterior por empolvado epoxy (Procedimiento electrostático) con un espesor mínimo de 150 micras.

o De no indicarse lo contrario, las Válvulas serán de cuerpo largo (serie 15) los de embone a tubos y serie 3 las bridadas.

De acuerdo a la clasificación de las Normas NTP 350.064 y NTP-ISO 7259, la Válvula corresponde a la categoría A, siendo sus elementos internos compuesto de los siguientes materiales:

Compuerta sólida: Fundición de grafito laminar o esferoidal recubierta íntegramente con elastómero, con cierre estanco por compresión del mismo.

Vástago: de Acero Inoxidable forjado en frío (mínimo 11.5% de Cromo)

Tuerca del vástago: de aleación de cobre. De utilizarse pernos para unir el cuerpo y la tapa, estos serán de

acero inoxidable, y la estanqueidad entre estos elementos se logrará mediante un sello de elastómero.Podrá usarse pernos de fierro, siempre que se adicione protección adicional para evitar la corrosión.

La estanqueidad del vástago será obtenida mediante (2) anillos cónicos de elastómero.

El cierre de la Válvula se realizará mediante giro del vástago en el sentido horario, consiguiéndose la compresión de todo el obturador en el perímetro interno de la parte tubular del cuerpo. Este, no llevará ninguna acanaladura en su parte interior que pueda producir el cizallamiento total o parcial del elastómero, así mismo se debe replegar, cuando la válvula este totalmente abierta del tal manera que el paso para el flujo sea del 100%.

El diseño de la Válvula será de tal manera, que permita desmontar y retirar el obturador sin necesidad de separar el cuerpo de la línea. Así mismo, deberá permitir sustituir los elementos que dan la estanqueidad al vástago estando la línea en servicio, sin necesidad de desmontar la Válvula ni el obturador.

Las embocaduras de las Válvulas, serán diseñados de tal manera que permitan el acople con tubos de:

- Asbesto cemento: Norma NTP-ISO 160

- Poli (Cloruro) de Vinilo rígido PVC: Norma NTP-ISO 4422

- Bridados: Norma ISO 7005-2

El número de vueltas en el vástago para la apertura y cierre será igual a:

Diámetro Nominal N° de Vueltas

50 mm 12.5

75 mm 15.0

100 mm 21.0

150 mm 30.0

200 mm 33.0

250 mm 41.5

300 mm 50.0

GRACIAS