Embed Size (px)
Citation preview
Mecánica de fluidos Página 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
MECANICA DE FLUIDOS
COMPUERTA AUTOMATICA
INTEGRANTES:
LUIS MIGUEL ROCA MENDOZA
RAFAEL MOISES ATENCIO PANCCA
RENZO RODRIGO RAMOS LIBANDRO
JOHANNY FERNANDO CHOQUE SUCASACA
EDGAR RENE HUAMAN HUILLCA
OSCAR FERNANDO PACHECO PUMA
AÑO:
2013
Arequipa- Perú
Mecánica de fluidos Página 2
INDICE:
Objetivos ……………………………….4
Marco teórico ……………………………4
Datos ……………………………………..7
Cálculos ………………………………...10
Proceso de fabricación ………………..14
Aplicaciones ……………………………..22
Conclusiones …………………….……..23
Mecánica de fluidos Página 3
INTRODUCCION
LA MECÁNICA DE FLUIDOS ES UN CURSO IMPORTANTE EN
NUESTRA FORMACIÓN COMO FUTUROS INGENIEROS CIVILES,
POR ESTA RAZÓN SE NOS ENCOMENDÓ EL DISEÑO DE UNA
COMPUERTA CON EL FIN DE AFIANZAR NUESTROS
CONOCIMIENTOS ADQUIRIDOS EN LA PRIMERA PARTE DEL
CURSO.
POR TAL MOTIVO EL DISEÑO DE ESTA COMPUERTA NOS SERVIRÁ,
PARA PODER APLICAR LAS ECUACIONES VISTAS EN CLASE HACIA
UN PROBLEMA REAL
Mecánica de fluidos Página 4
I. OBJETIVOS:
Diseñar y pre-dimensionar el diseño de la compuerta,
realizando los cálculos para nuestro diseño a escala,
teniendo en cuenta su funcionamiento correcto y estético.
Fabricación física de nuestra compuerta.
Acoplar la compuerta automática para demostrar su
correcto funcionamiento.
II. MARCO TEÓRICO:
i. DEFINICIONES:
Compuerta Hidráulica.-Una compuerta hidráulica puede
definirse como una barrera móvil para controlar el paso de
un fluido, esta definición explica a la compuerta hidráulica
como una estructura de funcionamiento mecánico que posee
ciertas características físicas para el control de flujo a
través de un sistema hidráulico.
Compuertas Automáticas.- Una compuerta auto-operante,
en general, es aquella que no requiere de la intervención de
la mano del hombre ni de la aplicación de energía externa
para su funcionamiento ya que aprovecha la fuerza de
gravedad y la energía disponible del agua expresada en las
fuerzas hidrostáticas y dinámicas del agua. Para lograr su
movimiento automático la compuerta utiliza una estructura
compuesta por contrapesos y flotadores, generalmente el
uso de compuertas automáticas obedece a la necesidad de
controlar niveles en almacenamientos, tanques o canales.
Mecánica de fluidos Página 5
Nuestra compuerta se podría definir como una compuerta
automática.
ii. COMPONENTES DE UNA COMPUERTA:
Una compuerta se compone de tres elementos:
La hoja o placa.-
Es un elemento móvil que sirve como tabique hermético para el
paso del agua, su principal función es represar el fluido. Los
sellos o empaques están hechos de bandas de caucho y están
enroscados en la placa palanca.
Las partes incrustadas.-
Se pueden ver como todos los elementos que están unidos al
sostén de la compuerta (la compuerta puede estar sostenida
en: concreto, suelo, etc.), para redistribuir parte de las
fuerzas actuantes en la compuerta. Elementos que pertenecen
a este tipo pueden ser entre otros: ríeles, guías laterales,
soportes, etc.
Mecanismos de operación.-
Son los responsables directos dela apertura o cerrad dela
compuerta o ambos casos como puede ser el de las
compuertas movidas por la presión del agua
Mecánica de fluidos Página 6
iii. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA COMPUERTA:
A continuación mencionaremos sus ventajas y desventajas:
Ventajas.-
No requieren ninguna fuente externa de energía, son simples y
fiables. Siempre que su diseño sea correcto hidráulicamente,
funcionarán siempre con una fuerza mínima y requieren muy
poco mantenimiento.
Ahorros en costos de operación. Una vez instalada y calibrada
la compuerta automática normalmente no volverá a requerir
ajustes posteriores, ni será necesario manipularla, y tampoco
requerirá del suministro de energía externa ya que funciona por
automatización.
Desventaja.-
Es conveniente mencionar que un riesgo inherente a este tipo
de compuertas es que dependen de un mecanismo balanceado
el cual resulta muy vulnerable a ser alterado por la simple
adición o extracción de un contrapeso y por lo tanto modifica
el adecuado funcionamiento de la compuerta.
Mecánica de fluidos Página 7
III. DATOS:
Tenemos varios datos como datos constantes tanto de la
pecera, como también de los accesorios usados en la
fabricación de la compuerta, para la facilitación de los cálculos.
A continuación daremos estos datos:
a) De la urna de vidrio:
H=
L=
A=
Mecánica de fluidos Página 8
b) Datos de los accesorios:
Barra:
d2=39cm.
d1=20cm.
W1=45gr.
Boya:
W2=40gr.
Mecánica de fluidos Página 9
Tubos:
r=0.45cm
Soportes de vidrio:
L=A=0.5cm
Mecánica de fluidos Página 10
VI. CÁLCULOS:
Realizando el D.C.L de la figura: Atubo=0.64 cm2
Analizando todo el sistema de fuerzas en la posición de equilibrio:
............... 1( )
Mecánica de fluidos Página 11
Aplicando ecuaciones de equilibrio:
F2=0.048 kg.
Ahora procedemos a analizar de forma aislada a la boya:
La boya presentara un movimiento constante, hasta llegar a la
posición de cerrado como se muestra en (1), entonces
podemos establecer el siguiente análisis:
NOTA: la boya
presentara un
desplazamiento
vertical, por ende
podría pensarse que
esta presentaría una
aceleración, pero no
porque esta presentara
un movimiento uniforme,
en todo su recorrido
hasta llegar a la
posición de equilibrio
(posición 1), debido al
que el llenado de la
urna de vidrio es
uniforme desde la
posición mostrada en la
figura.
Mecánica de fluidos Página 12
Realizando el D.C.L de la boya en la posición (1):
Reemplazando
E=0.088 kg
Mecánica de fluidos Página 13
Definimos E: Abase=44.18 cm2
h=2cm
Mecánica de fluidos Página 14
V. PROCESO DE FABRICACIÓN:
A continuación daremos una descripción de los pasos que seguimos
para la fabricación de nuestra compuerta:
Pasó 1: como primer pasó mandamos a construir una pecera
de vidrio (la decidimos hacerla de vidrio para que se muestre
mejor la compuerta), con ciertas características como:
Un circulo en la base de R= para el vaciado del agua.
2circulos supriores de R=0.5cm para el ingreso de los
tubos.
Pasó 2: luego procedimos a construir la barra que nos serviría
de palanca, sobre esta iban a actuar todas nuestras fuerzas,
elegimos el aluminio como material para la barra debido a su
ligereza y resistencia, ya que el vidrio podría quebrarse.
Mecánica de fluidos Página 15
Procedimos al cortado de la barra de aluminio (40 cm), para
luego hacer 2 orificios:
Uno aproximadamente en el centro; sobre el cual se
colocara la válvula K1, para el cerrado de la caída del
agua.
Uno en el extremo; para el colocado de la boya
Luego se procedió al fijado de la barra en el la pecera,
haciendo uso:
1 bisagra soldada a la barra de aluminio, el uso de la
soldadura mantendrá a la barra en un movimiento vertical,
por el cual ya no habrá la necesidad de hacer guías.
La bisagra se empotra a la pecera haciendo uso de 2
placas de vidrio de 5x5cm
Mecánica de fluidos Página 16
PASÓ 3: este paso consistió únicamente en el diseño de la
válvula K1, ya que de esta dependería un correcto cerrado del
ingreso del agua, esta válvula debía de cumplir 2 condiciones:
Ser hermético.
Ser sensible.
Como primera idea fue realizar una válvula de silicona, pero esta
no funciono ya no se le pudo dar una forma adecuada.
Luego se optó que para el diseño de la válvula K1, debía
realizarse de uniones de tubo pegadas entre sí, pero en la
parte superior de estas debía colocarse volandas de jebe.
Mecánica de fluidos Página 17
PASÓ 4: una vez terminado de diseñar la barra y sus
accesorios, se procedió a la construcción del sistema de
tubos el cual presentaba al igual que la barra varios accesorios
tales como:
Uniones T.
Collarín; que tiene la función de mantener fija la tubería
a urna de vidrio.
Uniones.
Mecánica de fluidos Página 18
Para la realizacion del emsamblado se usaron difernetes
herramientas tales como:
Llave francesa.
Cinta de teflon.
Rosca.
Mecánica de fluidos Página 19
Una vez ensamblado el sistema de tubos se procedió a realizar
una prueba para verificar que no haya fugas.
Ya probado, el que no haya fugas en el ensamblé de tubos, se
procedió a colocarlos en la parte superior de la urna de vidrio,
específicamente en los orificios superiores, que se diseñaron
con este fin, luego se los ajusto haciendo uso de los
collarines.
Mecánica de fluidos Página 20
Paso 5: aquí procedimos a diseñar la válvula K2, para la cual
empleamos la válvulas usado en los tanques de los inodoros, está la
colocamos sobre el orificio de la base del pecera, el conectamos a
una palanca.
Mecánica de fluidos Página 21
Finalmente así quedo la compuerta totalmente terminada:
Mecánica de fluidos Página 22
VI. APLICACIONES:
Dentro de las aplicaciones que podemos tener para este tipo
de compuertas tenemos:
Como controladores de niveles de aguas en reservorios,
presas, estanques, canales, etc.
Como válvula de cerrado de flujos de agua, a diferentes
alturas según sea nuestro diseño.
Pueden usarse como sistemas de almacenamiento de
aguas, estos almacenamientos se harán hasta las alturas
que deseemos.
En canales de drenaje. Mantiene el agua en el nivel
deseado; permanece cerrada en el estiaje para evitar un
descenso anormal del agua subterránea, y se puede
hacer uso de esta agua en tiempos de sequía.
En lagos con usos recreativos y embalses. Mantiene un
nivel adecuado de agua en todas las estaciones.
Puede usarse en el hogar como simulando la tarea de los
tanques de agua de los waters.
Mecánica de fluidos Página 23
VII. CONCLUSIONES:
La compuerta no puede ser representada perfectamente en
su totalidad por una maqueta hecha a escala menor debido
a que varía algunas condiciones, como por ejemplo, la fuerza
ejercida por la presión, ya que en tamaño real esta puede
presentar perdidas.
Pero el mayor o principal problema que tuvimos fue hallar
una manera eficaz para sellar el flujo de agua ya que se
necesitaba un dispositivo sensible y hermético.
Se pude cumplir el objetivo principal el cual es diseñar la
compuerta a escala gracias a cálculos matemáticos y
principios físicos previamente estudiados en el curso de
Mecánica de Fluidos
En este proyecto se utilizó el principio físico de vasos
comunicantes y flotabilidad con los cuales se produjo la
fuerza de empuje la cual logro logró cerrar el flujo de agua.
Al analizar y hacer los cálculos respectivos tomando en
cuenta las dimensiones, datos geométricos y el peso del
material se puede concluir que el flujo de agua se cerrará
cuando la altura h del Vsuemrgido sea h=
Al acoplar y ensamblar nuestra compuerta se notó que los
datos teóricos son muy similares a los datos obtenidos por
nuestras ecuaciones.
