compuertas taintor

Universidad Nacional De Trujillo

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOINGENIERIA MECATRNICA

DISEO DE COMPUERTAS TAINTORESTUDIANTES: Cajo Flores Nilo Gongora Bayona Jorge Leiva Calvanapon Omar Rodriguez Ochoa Jairo Vasquez Cabanillas Ivan Zuiga Cruzado William DOCENTE: Luis Julca Verastegui CURSO: Mecnica de fluidos 2014

ndice

Introduccin ------------------------------------------------------------------------- 1Resumen ----------------------------------------------------------------------------- 2Objetivos ----------------------------------------------------------------------------- 3Hiptesis ----------------------------------------------------------------------------- 3Fundamento terico---------------------------------------------------------------- 4Esquema y Dimensionamiento ------------------------------------------------- 7Clculos y resultados -------------------------------------------------------------- 11 Graficas ------------------------------------------------------------------------------- 25Simulacin y anlisis --------------------------------------------------------------- 30Conclusiones ------------------------------------------------------------------------- 50Bibliografa ---------------------------------------------------------------------------- 52Anexos --------------------------------------------------------------------------------- 53

Universidad Nacional De Trujillo

INTRODUCCIN

En el Per desde tiempos ancestrales la actividad agrcola siempre ha sido de vital importancia, la cual se ha ido desarrollando paulatinamente conforme se iban mejorando y adquiriendo nuevas tcnicas y saberes. Entre estas nuevas adquisiciones de conocimientos para el desarrollo e implementacin se encuentran la ejecucin de grandes obras hidrulicas admirables para su poca, las cuales fueron utilizadas para la desviacin y/o almacenamiento, del agua, la cual posteriormente la utilizaban para el riego o su uso domstico.Con el pasar del tiempo estas obras se fueron perfeccionando, pero manteniendo los mismos principios de la mecnica. Algunos de estos principios que se usan son la de la mecnica de fluidos y la Hidrulica los cuales nos permiten la liberacin controlada del flujo de agua de los grandes depsitos accionados mediante los diferentes tipos de compuertas y elevadores hidrulicos, tales como las compuertas tipo Taintor.

Actualmente este tipo de sistemas son utilizados con fines industriales o agrcolas as como la del proyecto Chavimochic la cual es la tercera de mayor importancia en el Per y es considerado por muchos como la ms importante obra hidrulica iniciada en la costa norte peruana, en donde este tipo de compuertas son las encargadas de retener o dejar pasar el flujo de agua proveniente del rio Santa, donde se inicia el proyecto

Por la importancia mencionada anteriormente es as que en el presente informe analizaremos y evaluaremos el diseo de una compuerta tipo Taintor para la regulacin de caudal para la cual utilizaremos el software de simulacin Solidworks Adems se harn todos los clculos necesarios de fuerzas y momentos que intervienen, para la posterior eleccin del material y dimensiones de la compuerta. RESUMEN

A travs de los aos se ha visto la necesidad de realizar proyectos de irrigacin, sistemas de drenaje con fines agrcolas. Algunos de estos proyectos fue la construccin de presas y compuertas. Las cuales se siguen construyendo hasta la actualidad por ser: simples, fciles de mantener, y econmicas.Estas compuertas son dispositivo hidraulo-mecnico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubera. Estructuralmente consta de una placa mvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidrulica a la que se une. Este tipo de diseos son usados generalmente en la construccin de represas para el almacenamiento de agua Existen diferentes tipos de compuertas tales como deslizantes, rodantes, hidrodinmicas, tipo charnelas, radiales, etc,En el presente informe analizamos las compuertas tipo taintor o radiales cuya importancia radica en que son las ms utilizadas y requeridas en nuestro medio regional y nacional. Pudiendo aprovechar esta situacin para la implementacin de sistemas mecatrnicos en este tipo de compuertas Hicimos el anlisis correspondiente las fuerzas y momentos ejercidos sobre la compuerta asi como la simulacin respectiva en el software de diseo Solidworks

OBJETIVOS

Comprender y reconocer el funcionamiento de las compuertas tipo Taintor, as como tener en cuenta sus aplicaciones y posible adaptacin a los sistemas mecatrnicos Utilizar diversos conocimientos de diseo asi como de resistencia de materiales para el desarrollo de una compuerta tipo radial. Realizar un anlisis de fuerzas y momentos sobre las fuerzas que se generan sobre la compuerta Taintor. Lograr un criterio de diseo integrador que permita construir compuertas radiales ms duraderas y con mejores beneficios.

HIPTESIS

El fluido con el que se trabajo es el agua a 10 CSe utilizaron medidas estipuladas por el docente.R(m)d(m)L(m)b(m)

862412

Como ya mencionamos anteriormente las compuertas tipo taintor son unas de las ms usadas en las obras hidrulicas en el Per por ser una de las ms confiables y la de menos costo. Estas compuertas con forma de sector circular giran alrededor de una articulacin, por medio de unos brazos radiales fijados al tablero para transmitir la presin del agua a la estructura.Las partes principales de este tipo de compuerta son:TABLEROEst conformada una superficie de revolucin cuyo centro de curvatura coincide con el eje de giro de la compuerta, estructuralmente es formada por armaduras compuestas de una o varias vigas en posicin horizontal con refuerzos verticales dando as una gran rigidez y resistencia a la torsin.La superficie inferior del tablero se recubre generalmente con chapas de acero de manera que se obtenga superficies planas para facilitar su mantenimiento.Su funcin principal es soportar la carga hidrulica de la compuerta encargndose de transmitir los esfuerzos a los brazos de la compuerta y estos a su vez a los goznes de giro.

GOZNESEstn hechos de acero unidos a cada uno de los Brazos de la compuerta. Pueden llevar casquillos de bronce para girar sobre los ejes de giro o llevar rtulas esfricas los cuales estn apoyados en soportes de acero atornillados sobre las mnsulas que sobresalen de la estructura.SELLOS Su principal funcin es permitir la hermeticidad en la represa evitando fugas indeseadas. Generalmente los sellos son fabricados con compuestos de Caucho se dispone de una gran variedad de sellos estndar para minimizar el coeficiente rozamiento entre el sello y la solera. Son a ajustables a los tornillos para permitir una alineacin vertical. ACCIONAMIENTO El accionamiento de las compuertas puede realizarse mediante sistemas electromecnico, moto reductor, y sistema oleo hidrulicos, con un cilindro hidrulico en cada brazo, de modo que en los dos dispositivos de accionamiento, mecnico e hidrulico, las tensiones en los cables de acero y las presiones en los dos cilindros sean iguales. El sistema de accionamiento Oleo hidrulico es el ms recomendado por su costo, versatilidad requiere poco mantenimiento.

ACCIONAMIENTO POR MOTORREDUCTOREste tipo de accionamiento se encarga de dar la velocidad ptima que produzca un mnimo desgaste del husillo en la subida de la compuerta.El moto reductor ir en funcin de las dimensiones y de la presin hidrulica en la compuerta. Adems el accionamiento elctrico ir acompaado de un limitador de par electrnico para evitar sobreesfuerzos,

ACCIONAMIENTO HIDRAULICO O NEUMATICOConstituido mediante cilindros neumticos o hidrulicos, y solo tienen aplicacin en compuertas de un solo husillo. El sistema ser de apertura todo-nada.

HIERROS FIJOSUtilizados para el apoyo y cierre de la compuerta, tanto en la solera como en los laterales.Estos elementos llevan un dispositivo para nivelacin por medio de pernos de anclaje que permiten ajustarlos en montaje al conjunto de la compuerta.

ESQUEMA DE LA COMPUERTA Y DIMENSIONAMIENTO:

Material de la compuerta: Acero AISI estirado en fro

Plancha: espesor 400mm; radio =8000mm; altura de la compuerta=6000mm, ancho=12000mm.

Soportes: espesor =500mm.

Soporte auxiliar: espesor=200mm.

Compuerta tipo TAINTOR ensamblada.

2Propiedades Fsicas

CLCULOS Y RESULTADOS:

Definimos las constantes usadas en el clculo

CONTANTESvalor

Ax72 m

Ay32.496 m

Ps101325 Pa

g9.81

V estructura7.4652

densidad del agua1000

masa (estructura)58601.81 Kg

C.G estruct. En y(Cy)3.0128

C.G estruct. En x(Cx)2.01434

(Izz)c (estructura)1141.124 kg.m2

rea de accin 85.48446

Fpatm(H)7295400 N

Fpatm(V)3292657.2 N

CG(respecto de O)gx5.98566 m

CG(respecto de O)gy3.0128 m

:

Clculos del volumen equivalente y parmetros auxiliares, para cada nivel (Li)

Para el volumen:

Para Li=34 entonces Vequi.= 1240.223 Para Li=32 Vequi=1240.223-65.004=1175.219. Para Li=30 entonces Vequi.= 1175.219-65.004=1110.215

Para Li=28 Vequi=1110.215-65.004=1045.211 Y as sucesivamente hasta Li=10, donde el Vequi=525.179-65.004=460.175longitudes(Li) m volumen de agua equivalente m^3

341240.223

321175.219

301110.215

281045.211

26980.207

24915.203

22850.199

20785.195

18720.191

16655.187

14590.183

12525.179

10460.175

Para el centro de gravedad variable:

Los datos de solidworks para cada altura son:longitudes(Li) mcentro de gravedad en la direccin x (m)

341.38187

321.38339

301.3851

281.38702

261.38919

241.39167

221.39453

201.39787

181.40181

161.40653

141.41228

121.41947

101.42868

Para

Se obtiene la siguiente lista de datos

(hc)Ax m

37

35

33

31

29

27

25

23

21

19

17

15

13

Para hallar el valor de Yc

Hacemos que el Centro de gravedad de la estructura en y(Cy)= 3.0128.(constante)Es decir: Yc=3.0128+Li Para Li=34 Yc=3.0128+34= 37.0128 Para Li=32 Yc=3.0128+32= 35.0128 Para Li=30 Yc=3.0128+30= 33.0128 Para Li=28 Yc=3.0128+28= 31.0128 Y as sucesivamente hasta Li=10, donde Yc=3.0128+10= 13.0128

longitudes(Li)mYc m

3437.0128

3235.0128

3033.0128

2831.0128

2629.0128

2427.0128

2225.0128

2023.0128

1821.0128

1619.0128

1417.0128

1215.0128

1013.0128

Para (Yp)Para hallar el valor del centro de presiones (Yp) nos apoyamos del auxiliar:Aux(Izz/Yc) el cual es igual al cociente del momento de inercia con cada Yc.El centro de presiones Yp:

Entonces: Donde lzz= 1141.124 m4 Para Yc= 37.0128 Aux=1141.124/37.0128=30.83.05 Entonces: Yp= (Aux/85.48446)+37.0128= 37.37

Para Yc=35.0128 Aux =1141.124/35.0128=32.59 Entonces: Yp= (Aux/85.48446)+37.0128= 35.39 Para Yc= 33.0128 Aux =1141.124/33.0128=34.566 Entonces: Yp= (Aux/85.48446)+37.0128= 33.417 Para Yc=31.0128 Aux =1141.124/31.0128=36.795 Entonces: Yp== (Aux/85.48446)+37.0128= 31.44 Y as sucesivamente hasta Yc=13.0128 donde el Aux =87.69 Entonces: Yp=14.038

Yc mAux(Izz/Yc) m3Yp m

37.012830.830523537.3734565

35.012832.591623635.3940579

33.012834.566107733.4171555

31.012836.795258731.4432321

29.012839.331743229.472904

27.012842.243825127.5069696

25.012845.621601725.546483

23.012849.58649123.5928644

21.012854.306137221.648075

19.012860.018724219.714901

17.012867.074438117.797439

15.012876.010071415.9019683

13.012887.692425914.0386289

Resumiendo todos los datos anteriores en una sola tabla se obtiene:

VOLUMEN EQUIVALENTE

longitudes(Li)volumen de agua equivalente(Vequi)centro de gravedad en la direccin x(hc)AxYcAux(Izz/Yc)

341240.2231.381873737.012830.8305235

321175.2191.383393535.012832.5916236

301110.2151.38513333.012834.5661077

281045.2111.387023131.012836.7952587

26980.2071.389192929.012839.3317432

24915.2031.391672727.012842.2438251

22850.1991.394532525.012845.6216017

20785.1951.397872323.012849.586491

18720.1911.401812121.012854.3061372

16655.1871.406531919.012860.0187242

14590.1831.412281717.012867.0744381

12525.1791.419471515.012876.0100714

10460.1751.428681313.012887.6924259

Clculos de la fuerza horizontal y la fuerza vertical por efectos de la presin, para cada nivel (Li):

Para hallar FH :

Entonces:

Para = 37 FH = 7295400+(1000*9,81*37*72)=33429240 Para = 35 FH = 7295400+(1000*9,81*35*72)=32016600 = 33 FH = 7295400+(1000*9,81*33*72)=30603960 = 31 FH = 7295400+(1000*9,81*31*72)=29191320 Y as sucesivamente hasta = 13 FH = 7295400+ (1000*9,81*13*72)=16477560

(hc)Ax mFH N

3733429240

3532016600

3330603960

3129191320

2927778680

2726366040

2524953400

2323540760

2122128120

1920715480

1719302840

1517890200

1316477560

Para FV hacemos:

Para = 1240.223 m3 FV = 3292657.2+(9.81*1000*1240.233)=15459244.8 Para = 1175.219 m3 FV = 3292657.2+(9.81*1000*1175.219)=14821555.6 Para = 1110.215 m3 FV = 3292657.2+(9.81*1000*1110.215)=14183866.4 Y as sucesivamente se obtiene :volumen de agua equivalenteFV

1240.22315459244.8

1175.21914821555.6

1110.21514183866.4

1045.21113546177.1

980.20712908487.9

915.20312270798.6

850.19911633109.4

785.19510995420.2

720.19110357730.9

655.1879720041.67

590.1839082352.43

525.1798444663.19

460.1757806973.95

Para hallar El FH(res)

FH(res)=FH-7295400

FH NFH(res) N

3342924026133840

3201660024721200

3060396023308560

2919132021895920

2777868020483280

2636604019070640

2495340017658000

2354076016245360

2212812014832720

2071548013420080

1930284012007440

1789020010594800

164775609182160

Dnde:

FH(res)= 33429240-7295400 = 26133840 FH(res)= 32016600-7295400 = 24721200 FH(res)= 30603960-7295400 = 23308560 FH(res)= 29191320-7295400 = 21895920 Y asi sucesivamente hasta FH(res)= 16477560-7295400 = 9182160

Para hallar el FV(res)

FH(res)=FV-3292657.2

Dnde:

FV(res)= 15459244.8-3292657.2 = 12166587.6 FV(res)= 14821555.6-3292657.2= 11528898.4 FV(res)= 14183866.4-3292657.2 = 10891209.2 FV(res)= 13546177.1-3292657.2 = 10253519.9 Y asi sucesivamente hasta FV(res)= 7806973.95-3292657.2 = 4514316.75

FVFV(res)

15459244.812166587.6

14821555.611528898.4

14183866.410891209.2

13546177.110253519.9

12908487.99615830.67

12270798.68978141.43

11633109.48340452.19

10995420.27702762.95

10357730.97065073.71

9720041.676427384.47

9082352.435789695.23

8444663.195152005.99

7806973.954514316.75


longitudes(Li)YpFHFVFH(res)FV(res)

3437.37345653342924015459244.82613384012166587.6

3235.39405793201660014821555.62472120011528898.4

3033.41715553060396014183866.42330856010891209.2

2831.44323212919132013546177.12189592010253519.9

2629.4729042777868012908487.9204832809615830.67

2427.50696962636604012270798.6190706408978141.43

2225.5464832495340011633109.4176580008340452.19

2023.59286442354076010995420.2162453607702762.95

1821.6480752212812010357730.9148327207065073.71

1619.714901207154809720041.67134200806427384.47

1417.797439193028409082352.43120074405789695.23

1215.9019683178902008444663.19105948005152005.99

1014.0386289164775607806973.9591821604514316.75

Clculos del centro del centro de presiones, de la fuera de tensin y del torque. Para hallar CP respecto de O (px) se hace:

CP= 8-(centro de gravedad en la direccin x)

Entonces para cada:

CP= 8-1.38187 = 6.61813 CP =8-1.38339= 6.61661 CP =8-1.3851 = 6.6149 CP =8-1.38702 = 6.61298 Y asi sucesivamente hasta CP =8-1.42868 = 6.57132

centro de gravedad en la direccin xCP respecto de O (px)

1.381876.61813

1.383396.61661

1.38516.6149

1.387026.61298

1.389196.61081

1.391676.60833

1.394536.60547

1.397876.60213

1.401816.59819

1.406536.59347

1.412286.58772

1.419476.58053

1.428686.57132

Para hallar CP respecto de O (py) se hace:

CP= YP-Li

Entonces para cada:

CP= 37.3734565-34 = 3.37345647 CP =35.3940579-32= 3.39405788 CP =33.4171555-30 = 3.41715545 CP =31.4432321-28 = 3.44323214 Y asi sucesivamente hasta CP =14.0386289-10 = 4.03862886

|YpCPrespecto de O (py)

3437.37345653.37345647

3235.39405793.39405788

3033.41715553.41715545

2831.44323213.44323214

2629.4729043.47290401

2427.50696963.50696964

2225.5464833.54648298

2023.59286443.59286439

1821.6480753.64807496

1619.7149013.71490099

1417.7974393.79743896

1215.90196833.90196829

1014.03862894.03862886

Para hallar Ft(tensin):

Entonces para cadaFH(res)CP respecto de O (py)Ft(tensin)

261338403.3734564711064017

247212003.3940578810531993.5

233085603.417155459999967.2

218959203.443232149467937.51

204832803.472904018935903.75

190706403.506969648403865.03

176580003.546482987871820.15

162453603.592864397339767.51

148327203.648074966807704.89

134200803.714900996275629.15

120074403.797438965743535.64

105948003.901968295211417.29

91821604.038628864679262.62

Para hallar T(torque):

Entonces para cada:

T= (11064017)*8 = 88512136.3 T =(10531993.5)*8= 84255948.2 T =(9999967.2)*8 = 79999737.6 T =(9467937.51)*8 = 75743500 Y asi sucesivamente hasta T =4679262.62*8= 37434101

Ft(tensin)T(torque)

1106401788512136.3

10531993.584255948.2

9999967.279999737.6

9467937.5175743500

8935903.7571487230

8403865.0367230920.2

7871820.1562974561.2

7339767.5158718140.1

6807704.8954461639.1

6275629.1550205033.2

5743535.6445948285.2

5211417.2941691338.3

4679262.6237434101


longitudes(Li)CP respecto de O (px)CP respecto de O (py)Ft(tensin)T(torque)Si Ft =T/2(Ften)

346.618133.373456471106401788512136.31106401.703

326.616613.3940578810531993.584255948.21053199.353

306.61493.417155459999967.279999737.6999996.7199

286.612983.443232149467937.5175743500946793.7506

266.610813.472904018935903.7571487230893590.3749

246.608333.506969648403865.0367230920.2840386.5027

226.605473.546482987871820.1562974561.2787182.0149

206.602133.592864397339767.5158718140.1733976.7509

186.598193.648074966807704.8954461639.1680770.489

166.593473.714900996275629.1550205033.2627562.9146

146.587723.797438965743535.6445948285.2574353.5644

126.580533.901968295211417.2941691338.3521141.7291

106.571324.038628864679262.6237434101467926.2625

Grficos

Comportamiento del volumen para cada nivel:

Comportamiento del punto de presin en el eje X.

Variacin del punto de presin en el eje Y.

Comportamiento de la fuerza de tensin segn el nivel del agua:

Comportamiento del torque en el punto fijo segn vare Li.

Asumiendo que existen tanto Torque como fuerza de tensin se obtuvo el siguiente comportamiento.

DeformacinAltura

40.81716

39.79518

26.11820

42.76622

55.26424

46.48726

69.31928

71.37532

78.02534

85.59436

56.67138

78.40540

Graficas adicionales obtenidas con los datos de la simulacin

F de SeguridadAltura

6.4516

5.6118

4.9720

4.4622

4.0424

3.726

3.4128

2.9432

2.7834

2.5936

2.4538

2.3140

Mpaaltura

82.16855216

94.40200818

106.6358120

118.88487222

131.10420824

143.33755226

155.57283228

180.04051232

192.27491234

204.508836

216.74132838

228.97635240

SIMULACION Y RESULTADOS

R(m)d(m)L(m)b(m)

862412

RESULTADOS SEGN VARIEMOS LA ALTURA: Para una altura de h=40m con L=34, tenemos:

Para una altura de h=38m con L=32, tenemos:











CONCLUSIONES Se realiz los clculos de la fuerza horizontal y vertical que actan sobre la compuerta radial as como el torque y la fuerza necesaria Calculamos el centro de presiones de la compuerta radial. Es necesaria la implementacin de los algoritmos de diseo en programas que permitan simplificar pasos y ahorrar tiempo.

Por ejemplo en el caso particular cuando L=24, se tuvo los siguientes resultados. Considerando slo la tensin de la cuerda. La tensin en la cuerda para ese nivel fue Ft= 8403865.03 N (Newton) con un factor de seguridad de 3.16, lo cual es aceptable.

Considerando slo el torque en el apoyo fijo: El torque para ese nivel fue T=67230920.2 (W) con un factor de seguridad de 3.16 Considerando que existen ambos, tanto torque como fuerza de tensin con Ft=T/2 La fuerza de tensin aplicando ambos se obtuvo: Ften=840386.5027N Comparando estos resultados se puede concluir que cuando se aplican tanto el torque como la fuerza de tensin se obtiene una fuerza de tensin mucho menor que cuando se aplica slo Ff, Que es de Ften =840,386 K

BIBLIOGRAFIA [[1]] http://www.proemisa.com/archivos_subidos/fitxa_comp_taintor_96_02.pdf[[2]] http://es.wikipedia.org/wiki/Compuerta_hidr%C3%A1ulica[[3]] http://hidrometalica.com/wp-content/uploads/COMPUERTASpdf.pdf[[4]]http://www.coutex.es/fileadmin/user_upload/coutex/PDF_Equipos/01_Compuertas.pdf http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/compuertas/compuert as.html

ANEXOS

Partes de una compuerta taintor Brazos

Hierros Fijos

Compuertas Taintor

PROYECTO CHAVIMOCHIC ElProyecto Especial Chavimochices un sistema deirrigacinque se extiende en gran parte de la costa de laRegin La Libertaden la zona norteperuana. Se extiende en la parte baja de las cuencas de los rosSanta, en el cual se ubica la bocatoma principal,Chao,Vir,MocheyChicama. El objetivo del Proyecto Especial es el de garantizar el agua de riego en los permetros de riego de las partes bajas de las cuencas mencionadas.

En este proyecto se puede apreciar la utilizacin de este tipo de compuertas:

Compuertas tipo Taintor:Encargadas de retener o dejar pasar el flujo de agua proveniente del rio Santa, es en este punto en donde comienza todo el proyecto.Con estas compuertas cumplen la funcin de regular el flujo, estn accionadas por unas gras por medio de un sistema de control automtico, en el se encarga de cerrarlas el paso en el caso de una alza del rio o abrirla en el caso de una baja en el nivel del rio, esto con el fin de mantener un flujo constante de agua al canal madre, para que de ah valla a las distintas estaciones.Sistema de control automtico:Que se encarga de mover las compuertas segn el flujo de agua en el rio.

Compuertas tipo Taintor Gras de las compuertas

Mando de control de las compuertas

Compuertas tipo Taintor

Mecnica de Fluidos55

compuertas taintor

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