Balances de energía y cantidad de movimiento para calcular el desagüe por compuertas planas

Abstract

Las compuertas sumergidas (Fig. 1a), cuya función p rimaria es el control del flujo del agua en canales abiertos, pueden usarse también para la medida del caudal (Belaud et al. 2009, Lozano et al. 2009, Sepúveda et al. 2009). El flujo en una compuerta sumergida consta de una c orriente de aproximación con calado y 1 en movimiento permanente. El flujo pasa por debajo de la abertura w de la compuerta en forma de chorro sumergido de espesor variable h , cuya máxima contracción se localiza en la sección 2 (Fig. 1b). El coeficiente de contra cción del chorro C c es el espesor del mismo en relación a w . Encima de este chorro existe una zona de recircul ación o vórtice, que no contribuye al transporte del caudal q que pasa por la compuerta. La predicción de las características del desagüe bajo este tipo de c ompuertas se realiza comúnmente resolviendo de forma simultánea una forma simplific ada de los balances de energía (entre la sección 1 y 2, Fig. 1b) y cantidad de movimiento (entre las secciones 2 y 3), lo que se conoce como método EM (Henderson 1966, Clemmens et al. 2003, Whal 2005). Este método asume que el remolino del resalto hidráulico tras la compuerta es una zona estática con flujos netos de energía y cantidad de movimiento despreciables (Woycicki 1931, Henderson 1966). En los cálculos se suele asu mir también un coeficiente de contracción del chorro sumergido igual a 0.61 (Cast ro-Orgaz et al. 2010; 2013). Investigaciones anteriores han encontrado que este método da resultados excelentes en algunos ensayos de laboratorio (Woycicki 1931; Esca nde 1938, 1939; Henry 1950), si bien al ser aplicado en campo el método es impreciso (Lo zano et al. 2009). En este trabajo se presentan los balances de energía y cantidad de mov imiento generales para compuertas planas verticales, los cuales son usados para estud iar las implicaciones del método EM. En concreto, los efectos de las perdidas de carga y la recirculación del resalto hidráulico son evaluados y discutidos.