Práctica 7 Compuerta Radial

SAMUEL PÉREZ NIETO 1

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO DEPARTAMENTO DE IRRIGACIÓN

HIDRÁULICA BÁSICA, PRÁCTICAS

PRÁCTICA 7: DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE GASTO EN UNA COMPUERTA RADIAL

OBJETIVOS

1. Conocer el funcionamiento hidráulico de las compuertas radiales.

2. Aprender el procedimiento para determinar el coeficiente de gasto para compuertas radiales.

a. A descarga libre

b. A descarga ahogada

3. Comparar los resultados obtenidos en la práctica con los de los siguientes investigadores:

a. Gentilini

b. Toch

c. Palacios

INSTRUMENTOS

1. Estructura de compuerta radial. Ésta consiste de una compuerta radial instalada aproximadamente a

la mitad de la longitud del canal Rehbock del laboratorio de hidráulica, de sección rectangular, con paredes formadas de placas transparente, pendiente de 0.0005 de 20 m de longitud. El canal es alimentado por un tanque de carga constante que sirve para aforar el flujo que pasa por el canal; en el extremo final del canal se encuentra una compuerta deslizante que sirve para controlar el tirante y de esta forma proporcionar diferentes condiciones de descarga a la compuerta radial. (Ver figuras 7.1, 7.2 y 7.3).

2. Piezómetros 3. Cinta métrica

Figura 7.1 Canal Rehbock


H

y1

___v

2g

1

2

r

y2

a

Øh

= Cc a

Perno

Descarga Ahogada

Descarga Libre

Figura 7.2 Esquema de una Compuerta Radial.


H

y1

___v

2g

1

2

r

y2

a

Øh

= Cc

Perno

Descarga Ahogada

Descarga Libre

2.64 m

L

H

Figura 7.3 Esquema de una Compuerta Radial instalada sobre el Canal Rehbock del Laboratorio de Hidráulica


DESARROLLO

La práctica consistirá en dos partes; en la primera se analizará el flujo de la compuerta en condiciones de descarga libre y en la segunda a descarga ahogada. PARTE 1: ANÁLISIS DEL FLUJO A DESCARGA LIBRE

1. Medir la altura del perno ( h ) en m. 2. Medir la abertura de la compuerta ( a ) en m. 3. Medir el ancho de la plantilla del canal ( b ) en m.

4. Medir el radio de la compuerta ( r ) en m.

5. Verificar la medida de la longitud de la cresta del vertedor en m.

nota: todos los valores medidos en los primeros cinco pasos son constantes; la altura de la cresta vertedora ( W ) es de 2.64 m.

6. Poner a funcionar las bombas que alimentan al tanque de carga constante. 7. Abrir la válvula de alimentación del canal hasta obtener un gasto máximo, el cual se obtiene cuando se

presenta un tirante (H) de 0.60 m aproximadamente.

8. Para que se presente la descarga libre, bajar la compuerta deslizante que se encuentra al final del canal.

9. Medir y1 en m.

10. Medir y2 en m.

11. Medir la elevación de la SLA en el vertedor con ayuda del piezómetro.

12. Anotar las mediciones en la tabla 1. 13. Cerrar la válvula de alimentación del canal para obtener un gasto menor al anterior.

14. Repetir los pasos 9 al 13 hasta tener un total de 8 mediciones.

PARTE 2: ANÁLISIS DEL FLUJO A DESCARGA AHOGADA

Para este caso, los datos de los pasos 1 al 5 son los mismos y los pasos 6 y 7 son iguales

15. Para que se presente la descarga ahogada, subir la compuerta deslizante que se encuentra al final del canal.

16. Medir y1 en m.

17. Medir y2 en m.

18. Medir la elevación de la SLA en el vertedor con ayuda del piezómetro.

19. Anotar las mediciones en la tabla 2.


20. Cerrar un poco la válvula de alimentación del canal para obtener un gasto menor al anterior.

21. Repetir los pasos 16 al 20 hasta tener un total de 8 mediciones. CÁLCULOS EN GABINETE

22. Con los datos obtenidos en el laboratorio, y para llenar completamente las tablas 1 y 2, calcular en gabinete los siguientes parámetros para cada medición:

Carga H del vertedor:

. . . 2.64.......(1)H Elev SLA Elev Cresta H Elev SLA

Coeficiente µ de Rehbock:

3

2

Rehbock

0.001 0.0010.6035 0.0813 1 ......(2)

H

W H

Gasto del vertedor: 3

22

2 .......(3)3

Q g L H

Coeficiente de gasto en la compuerta:

1

..........(4)2

QC

a b g y

23. Con ayuda de la gráfica de Coeficiente de gasto para una compuerta radial de Toch (obtenerla del

libro Sotelo Ávila, G. “Hidráulica General 1”. Vol. 1. Edit. Limusa. México. Pág. 218.), calcular el Coeficiente de gasto (C) para cada medición y tanto para descarga libre como para descarga ahogada.

24. Con la C de Toch, y los datos previamente medidos, calcular el gasto con la siguiente expresión:

12 ........(5)Q C a b g y

25. Con ayuda de la gráfica de Coeficiente de gasto para una compuerta radial de Gentilini (obtenerla del

libro Sotelo Ávila, G. “Hidráulica General 1”. Vol. 1. Edit. Limusa. México. Pág. 217.), calcular el Coeficiente de gasto (C) para cada medición. Sólo para descarga libre.

26. Con la C de Gentilini, calcular el gasto con la expresión (5)

27. Calcular el Coeficiente de gasto (C) según Palacios, para cada medición a descarga libre, con la

siguiente expresión:

1

2

10.01652258 1.49841296 0.85808441 0.17178304

y

rCy a h

r r r

28. Con la C de Palacios, calcular el gasto con la expresión (5) Registrar los resultados de los cálculos en los pasos 22 a 28 en las respectivas columnas de las tablas 1 y 2, según corresponda.


29. Realizar el análisis de la información elaborando gráficas de comportamiento H – C y H – Q y comparando los datos obtenidos con los que aportan los investigadores mencionados en los objetivos.

TABLA 1

Coeficiente de Gasto de compuerta radial.

Descarga Libre

Datos generales: a =____________ m b = ____________ m h = _____________ m r = ____________ m L = 0.60 m W = 2.64 m

Lectura

Vertedor

y1 (m)

y2 (m)

C

Toch Gentilini Palacios

Elev. SLA (m)

H (m)

µ

Rehbock

Q (m

3/s)

C Q

(m3/s)

C Q

(m3/s)

C Q

(m3/s)

1

2

3

4

5

6

7

8


TABLA 2

Coeficiente de Gasto de compuerta radial.

Descarga Ahogada

Datos generales: a =____________ m b = ____________ m h = _____________ m r = ____________ m L = 0.60 m W = 2.64 m

Lectura

Vertedor

y1 (m)

y2 (m)

C

Toch

Elev. SLA (m)

H (m)

µ

Rehbock

Q (m

3/s)

C Q

(m3/s)

1

2

3

4

5

6

7

8


CUESTIONARIO

1. Describa brevemente el funcionamiento hidráulico de una compuerta radial. 2. ¿Qué sucedería, si la altura del perno de la compuerta se elevara?

3. Con los datos de Q y H, tanto para descarga libre como para descarga ahogada, correr una regresión

(similar a la de la práctica anterior) y obtener la función potencial que permita calcular los gastos de la compuerta para distintos valores de carga. Esto constituye la calibración de la compuerta.

4. Con las funciones obtenidas calcule los valores de Q para los mismos valores dados de H y dibuje en

una sola gráfica las cuatro curvas (datos originales y calculados para descarga libre y descarga ahogada). Discuta los resultados.

5. ¿Por qué es importante calibrar una compuerta radial?

BIBLIOGRAFÍA

1. Arteaga Tovar, R. E. 1993. Hidráulica Elemental. Departamento de Irrigación de la Universidad

Autónoma Chapingo. Chapingo, México.

2. Martínez Ávila, R. H. 1986. Manual de prácticas del Laboratorio de Hidráulica. Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, Méx.

3. Palacios, S. L. A. 1981. Determinación de modelos matemáticos empíricos del coeficiente de gasto en

compuertas radiales. Tesis profesional. Universidad Autónoma Chapingo. Departamento de Irrigación. Chapingo, México.

4. Sotelo Ávila. G. 1974. Hidráulica General 1. Vol. 1. Edit. Limusa. México, D.F.

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