INTRODUCCINLas compuertas hidrulicas las cuales son unos dispositivos hidrulico-mecnico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubera, en un canal, presas, esclusas, obras de derivacin u otra estructura hidrulica. Las compuertas fueron creadas por los europeos pero en nuestro continente los primeros en utilizarlas fueron los indgenas en Mesoamrica las eran hechas sea con meras obstrucciones de tierra en los canales, sea como compuertas de cabecera y de desage a manera de puertitas en los canales. Los antiguos romanos y griegos aprovechaban la energa del agua; utilizaban ruedas hidrulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retras su aplicacin generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidrulicas de madera desarrollaban una potencia mxima de cincuenta caballos. Las presas y los canales eran necesarios para la instalacin de ruedas hidrulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros, para controlar el caudal de las presas fue necesaria la construccin de compuertas que se pudieran manipular cuando se deseara.

OBJETIVOSObjetivo General:

Determinar la gran importancia y el uso que tienen los diferentes tipos de compuertas hidrulicas en la rama de la ingeniera.

Objetivos Especficos: Explicar las mltiples aplicaciones que tienen las compuertas hidrulicas. Hablar de los diferentes tipos de compuertas hidrulicas que existen. .

1. COMPUERTAS HIDRAULICAS

1.1 Historia y DesarrolloSegn la Enciclopedia Britnica, una compuerta hidrulica puede definirse como una barrera mvil para controlar el paso de un fluido a travs de un canal o de una represa[footnoteRef:1]. Esta definicin explica a la compuerta hidrulica como una estructura de funcionamiento mecnico que posee ciertas caractersticas fsicas para el control de un flujo a travs de un sistema hidrulico. [1: Encyclopedia Britannica, undcima edicin 1010-1911.]

A partir de esta definicin se puede citar algunas reseas histricas que permitirn entender el uso de este tipo de mecanismos.El uso de compuertas en estructuras hidrulicas est estrechamente ligado a la bsqueda de soluciones para problemas de irrigacin, suministro de agua y sistemas de navegacin. En los comienzos de la ingeniera hidrulica se utilizaban diques de represamiento para depositar el agua en canales de irrigacin y los excesos de agua eran vertidos sobre el dique. Como una evolucin natural a este mecanismo, se empezaron a construir diques movibles, los cuales podan ser desplazados de su posicin original para permitir que los excesos vertieran con mayor seguridad para el conjunto del sistema hidrulico. Los primeros acercamientos a compuertas fueron dados en China, alrededor del ao 983. Los chinos desarrollaron una gran red de comercio y transporte fluvial, lo cual obligo a desarrollar tecnologas que permitieran navegar con mayor seguridad y precisin. Para sortear las zonas de rpidos empezaron por crear diques con pendientes en las riberas del canal, y los barcos eran arrastrados manualmente hasta pasar el dique. Debido al alto consumo de tiempo y energa en este proceso, crearon la primera estructura parecida a un esclusa, la cual consista en dos diques separados a una cierta distancia, creando una especie de piscina controlada a la cual entraban los barcos a navegar por si solos. Los niveles de agua eran controlados por barreras creadas con troncos atravesados horizontalmente, los cuales eran deslizados por rendijas cavadas a ambos lados del dique. Partiendo de troncos individuales que eran colocados y removidos uno por uno, llegaron a troncos amarrados formando barreras compactas y haladas por cuerdas, lo cual era conocido como compuertas tipo guillotina.En Holanda, el desarrollo de las compuertas sigui un curso parecido al de China, a diferencia de que los sistemas de cmaras con esclusas eran bastante utilizados al interior de las ciudades como medio de transporte. Compuertas tipo guillotina eran utilizadas con contrapesos para poder vaciar gradualmente las cmaras de las esclusas. En el siglo XVIII apareci el primer canal con esclusas en Amrica, llamada el Little Fallss Canal, este canal presento una novedad respecto al desarrollo de las compuertas, ya que las compuertas de madera que cerraban las esclusas no formaban una placa plana, si no que formaban un ngulo en direccin de aguas arriba y se mantenan cerradas gracias a la fuerza de presin del agua contenida debajo de ellas. Cerca de la base de las compuertas se instalaron mecanismo de pivotes que permitan la entrada y salida del agua.Este tipo de compuertas que dejaban de trabajar verticalmente para trabajar como pivotes en base a la presin del agua se empezaron a utilizar desde el siglo XV en Italia. Estas compuertas hacan parte de un tipo de esclusas llamadas Pound Locks, las cuales se convirtieron en la base de las esclusas que en la actualidad son implementadas; la palabra Pound es utilizada para ilustrar el compartimiento que es llenado y vaciado con agua entre las dos compuertas. Filipo Mara Visconti diseo en 1439 la primera esclusa de este tipo en Vareno, Italia, aunque la invencin de este tipo de compuertas se le atribuye a Leonardo da Vinci. El primer dibujo del cual se tiene constancia actualmente es de 1497, y en l se puede observar un mecanismo muy parecido al actual.

Otro tipo de compuertas implementadas en el siglo XIX son las Segment Gates, cuyo nombre atribuye a la forma curva de cada una de las compuertas, las cuales se pueden ver como segmentos de cilindro. Como ms adelante se ver, estas compuertas estn sujetas a traccin por brazos hidrulicos en el sentido radial de su curvatura. Las ms viejas compuertas de este tipo fueron utilizadas en 1853 para el Rio Siena, en Paris, Francia. Otras compuertas de este tipo fueron utilizadas en 1860 en el delta del Nilo, Egipto. El desarrollo de las compuertas sigui de forma acelerada y sujeto a las necesidades de mayor envergadura y capacidad para las esclusas. Los pases pioneros en el desarrollo de compuertas en el siglo XIX y comienzos del XX fueron Estados Unidos, Alemania y Holanda, los cuales empezaron a utilizar este tipo de estructuras para acueductos de ciudades y para manejo de cuencas hdricas en la construccin de otras obras civiles.

2. COMPUERTAUna compuerta es una puerta movible que se coloca en las esclusas de los canales y en los portillos de las presas de ro para detener o dejar pasar las aguas. Una esclusa, es el nombre de una obra hidrulica que cumple la funcin de permitir el sometimiento de los desniveles que se encuentran concentrados en los canales de navegacin, ya sea elevando o descendiendo segn sea necesario, los navos que estn ubicados en ellas. Las esclusas algunas veces son parte de las estructuras complementarias con que cuenta una presa en las ocasiones que est es construida sobre ros navegables.Las compuertas son equipos mecnicos utilizados para el control del flujo del agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniera, tales como presas, canales y proyectos de irrigacin. Existen diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones, segn su forma, funcin y su movimiento.Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicacin, el tipo de compuerta a utilizar depender principalmente del tamao y forma del orificio, de la cabeza esttica, del espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operacin.2.1 Aplicaciones:1. Control de flujos de aguas.1. Control de inundaciones.1. Proyectos de irrigacin.1. Crear reservas de agua.1. Sistemas de drenaje.1. Proyectos de aprovechamiento de suelo.1. Plantas de tratamiento de agua.1. Incrementar capacidad de reserva de las presas.2.2 Componentes de una compuerta:Las compuertas constan bsicamente de tres componentes: la hoja o placa, las partes incrustadas y los mecanismos de operacin.La hoja o placa es un elemento movible que serva como tabique hermtico para el paso del agua, su principal funcin es represar el fluido. Los sellos o empaques estn hechos de bandas de caucho y estn enroscados en la placa plana. Los elementos de gua y soporte se encuentran adjuntos a la hoja, tales como ruedas, rodillos, zapatas, placas de soporte etc.Los componentes incrustados se pueden ver como todos los elementos que estn unidos al concreto y que se encargan de guiar y acoger la hoja, para redistribuir en el concreto las fuerzas actuantes en la compuerta. Elementos que pertenecen a este tipo pueden ser entre otros, los rieles para ruedas o deslizaderos, guas laterales, contraguas, dinteles o soportes de los empaques.Los mecanismos de operacin son los directamente responsables de la apertura y cerrada de las compuertas. Algunas compuertas son movidas por la presin del agua, tales como las de sector, de tambor y de trabado.

1. Hoja de la compuerta. (b) ruedas. (c) pasador de ruedas. (d) travesao terminal. (e) empaque superior. (f) placa plana (g) empaque inferior.

3. Tipos de compuertas y clasificacinLas diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicacin, el tipo de compuerta a utilizar depender principalmente del tamao y forma del orificio, de la cabeza esttica, del espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operacin.Para canales, presas, esclusas y obras hidrulicas de envergadura los principales tipos de compuertas son:3.1 Compuertas tipo anillo:Las compuertas tipo anillo son utilizadas en la cresta de los vertederos tipo tulipa, en las presas que estn equipadas con este tipo de vertedero.

3.2 Compuertas Planas Deslizantes:Se le llama as debido a que en su accionar se deslizan por unos rieles guas fijos. Puede ser movida por diferentes tipos de motores.Estas compuertas pueden ser de acero estructural, madera y en caso de pequeas cabeza de hierro, el espesor y el material de la compuerta depender de la presin del agua y el diseo de los sellos.Este tipo de compuertas han sido utilizadas para todo tipo de cabezas, pero resultan ser ms econmicas para pequeas cabezas y tamaos moderados pues necesitan grandes fuerzas para ser movidas.

3.3 Compuerta tipo cilindro:Las compuertas cilndricas se utilizan para descargas en presin permitiendo la colocacin de la seccin de toma a cualquier profundidad, en un embalse. En el mismo pozo se pueden disponer tomas de agua a diversas alturas. Se acopla fcilmente a una tubera de salida.

3.4 Compuertas Radiales (Taintor)Las compuertas radiales se construyen de acero o combinando acero y madera. Constan de un segmento cilndrico que est unido a los cojinetes de los apoyos por medio de brazos radiales. La superficie cilndrica se hace concntrica con los ejes de los apoyos, de manera que todo el empuje producido por el agua pasa por ellos; en esta forma slo se necesita una pequea 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 todava ms la capacidad del mecanismo elevador.

3.5 Compuerta tipo esclusa:Las compuertas tipo esclusa tienen las bisagras verticales. Se accionan por medios mecnicos o por pistones hidrulicos. La compuerta se abre para permitir el paso del buque. Slo se puede abrir cuando la diferencia entre los niveles de agua fuera y dentro de la esclusa es de unos pocos centmetros.

3.6 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 mecnico para su operacin.

La necesidad de contar con una cmara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma ptima, lo que incrementa el volumen de hormign del mismo. Su utilizacin y caractersticas son semejantes a la compuerta tipo tambor.

3.7 Compuerta tipo vagn:La compuerta tipo vagn es un tipo de compuerta hidrulica utilizado en descargas de fondos y bocatomas de presas. Es accionada por un pistn hidrulico o neumtico.3.8 Compuerta tipo visera:La compuerta tipo visera es un tipo de compuerta hidrulica utilizada en canales navegables. Es accionada por un pistn hidrulico o neumtico.3.9 Compuerta tipo stop log:La compuerta tipo "Stop Log", es utilizada en vertederos, descargas de fondo, tomas para centrales hidroelctricas de presas y en canales, como una compuerta auxiliar, para poder hacer el mantenimiento de las compuertas principales. Generalmente son operadas por una gra mvil.3.10 Compuertas atagua:Estn compuestas de vigas separadas colocadas unas sobre otras para formar un muro o atagua soportado en ranuras en sus extremos. La separacin de las pilas de apoyo depende del material de las vigas, de la carga que obre en ellas, y de los medios que se disponga para manejarlas, es decir, para quitarlas y ponerlas.3.11 Compuerta tipo segmento:Las compuertas de segmento son muy utilizadas en la cresta de los vertederos de las presas. Antiguamente se movan jaladas por cadenas, mediante dispositivos instalados en los pilares del vertedero. Actualmente son accionadas mediante pistones hidrulicos o neumticos.Algunas compuertas de este tipo disponen, en la parte superior, de una parte abatiente. Esto permite descargar caudales pequeos, liberar el embalse de materiales fluctuantes y llenar la cuenca de disipacin del vertedero para mejorar su funcionamiento en las fases iniciales de grandes descargas.

3.12 Compuertas Flap o Clapetas:Llamadas tambin clapetas, formadas por un tablero articulado en su arista de aguas arriba que puede abatirse dando paso al agua. Estas compuertas se abren automticamente por un diferencial de presin aguas arriba y se cierran cuando el nivel aguas abajo supera el nivel aguas arriba o cuando el nivel aguas arriba alcance el nivel deseado de almacenamiento.Existen compuertas clapeta de contrapeso, en las que los tableros se mantenan en su posicin elevada por medio de un puntal, hasta que la sobre elevacin del nivel del agua les haca bascular sobre el extremo superior del puntal; tambin las hay sin contra peso que son recomendadas para aquellos casos de poca altura de agua y gran luz de vano.3.13 Compuertas Mariposa:Las compuertas tipo mariposa son utilizadas para controlar el flujo de agua a travs de una gran variedad de aberturas. Aunque pueden ser utilizadas para controlar el flujo en ambas direcciones la mayora de las instalaciones slo las utilizan para controlar el flujo en una direccin.Con las compuertas mariposa es posible tener una mxima cabeza de energa en ambos lados de la compuerta. La cabeza esttica se mide desde el eje horizontal de apertura de la compuerta. La mayora de estas compuertas son instaladas en sitios con baja cabeza de presin (menor a 6 metros). Las secciones transversales de este tipo de compuertas normalmente son cuadradas o rectangulares; las secciones circulares no son muy comunes ya que estas se utilizan en vlvulas mariposa. Son ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un eje, no es necesario disponer de espacio para levantarlas y all se puede ubicar el mecanismo de apertura. Estas pueden ser utilizadas como reguladoras de flujo, pues al rotar la hoja cambia el tamao de la abertura y se regula el caudal que fluye a travs de ella.3.14 Compuerta tipo tambor:La compuerta tipo tambor es un tipo de compuerta hidrulica utilizada en vertederos de presas. Es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere de equipo mecnico para su operacin.La necesidad de contar con una cmara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma ptima, lo que incrementa el volumen de hormign del mismo. Su utilizacin y caractersticas son semejantes a la compuerta tipo sector.

4. Mecanismos complementarios:Por sus grandes dimensiones, peso y cargas que deben soportar, las compuertas deben ser movidas por sistemas mecnicos (elctricos, hidrulicos, manuales). Estos sistemas pueden ser de gran variedad y su utilizacin depende de mltiples factores tales como espacio disponible, cargas transmitidas a la estructura y por supuesto el tipo de compuerta que deben mover. Los sistemas ms comunes son: prticos, puentes gra, vigas de alce, servomotores, contrapesos y malacates.Se deben incluir mecanismos adicionales como: marcos, sellos, rieles, fuentes de potencia, dispositivos de transporte y sistemas de control para garantizar su buen funcionamiento.5. Flujo a travs de compuertas: Las compuertas tienen las propiedades hidrulicas de los orificios y, cuando estn bien calibradas, tambin pueden emplearse como medidores de flujo. Las condiciones fsicas, hidrulicas, climticas y de operacin, evaluadas apropiadamente, imponen la seleccin del tipo y tamao adecuado de las compuertas. stas se disean de diferentes tipos y con variadas caractersticas en su operacin y en su mecanismo de izado, los cuales permiten clasificarlas en grupos generales de la siguiente manera:a. Segn las condiciones del flujo aguas abajo:

- Compuerta con descarga libre. - Compuerta con descarga sumergida o ahogada. b. Segn el tipo de operacin o funcionamiento:- Compuertas Principales: se disean para operar bajo cualquier condicin de flujo; se les llama de regulacin 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 reparacin, inspeccin y mantenimiento de las compuertas principales, siendo concebidas para funcionar tanto en condiciones de presin diferencial, en conductos a presin, como en condiciones de presin equilibrada.

c. De acuerdo a sus caractersticas geomtricas:

- Compuertas planas:

Rectangulares Cuadradas Circulares Triangulares, etc.

- Compuertas curvas o alabeadas:

Radiales: tambin llamadas compuertas Taintor, tienen la forma de una porcin de cilindro, y giran alrededor de un pivote o eje horizontal situado en el eje longitudinal de la superficie cilndrica. Por su forma algunas veces se les llama compuerta Sector.

Tambor: consisten en una estructura hermtica de acero, abisagrada en la cresta de rebose de un vertedero de presa, y con una forma tal que, cuando est en su posicin ms baja, ocupa un recinto dentro de la estructura de la presa, sin interrumpir el perfil de dicha cresta.

d. Segn el mecanismo de izado:

- Compuertas deslizantes: el elemento de cierre u obturacin se mueve sobre superficies deslizantes (guas 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 captacin, en presas o tanques de regulacin. La hoja de la compuerta o elemento de obturacin se acciona con un mecanismo elevador, a travs de un vstago o flecha de acero.

- Compuertas rodantes: el elemento de cierre u obturacin se mueve sobre un tren de ruedas, rodillos o de engranajes, hasta la posicin de estanca. Se utilizan en obras de toma profunda, para casos de emergencia y de servicio, as como para cierre en mantenimiento, en conductos a presin. Ruedan a su posicin de sello debido a su propio peso y se izan con cadenas o cables por medio de gras especiales, fuera de la superficie del agua, hasta una caseta de operacin, donde se les hace mantenimiento.[footnoteRef:2] [2: Fundamentos para las prcticas de laboratorio de hidrulica. Tomo No. 8, Ramiro Marbello Prez, Universidad Nacional de Colombia. Sede Medelln.]

CONCLUSIONES

El desarrollo de compuertas como mecanismo fundamental en las estructuras hidrulicas que a lo largo de la historia se han utilizado para controlar y manejar las fuentes hdricas, ha ido a la par con el desarrollo de la ciencia.. las compuertas son utilizadas mayormente en represas de gran tamao, las cuales tienen la funcin general de aliviar, mantener o soportar un nivel de agua, dependiendo de la funcin que se quiera poner a cumplir tal compuerta, como ejemplo podemos tomar las compuertas del canal de panam. El tipo de fuerza que se necesita para mover las compuertas es un factor importante, pues en algunos casos ser suficiente con la presin ejercida por el fluido represado, ms que todo en el caso de represas y diques donde la compuerta es el mecanismo de aislamiento para el vertedero.

RECOMENDACIONSe recomienda poder tener en cuenta los aspectos tcnicos de la estructura de control de una compuerta ya que dependiendo de su exigencia, as mismo debe ser su diseo, cumpliendo con todas las normas exigidas por la reglamentacin nacional, pues esto garantizar el cumplimiento del objetivo de la obra y evitar sobrecostos a la hora de modificar la compuerta.

BIBLIOGRAFA Mller John Tercera, LA MECANICA DE FLUIDOS, Edicin Editorial CECSA Mxico 1993. Wilson D. Jerry, La Mecnica de Fluidos, Aplicaciones en implicaciones, Segunda edicin, editorial Prentice Hall. Enciclopedia Britnica, undcima edicin 1010-1911. MATAIX, Claudio,Mecnica de Fluidos y Maquinas Hidrulicas.Harper &Row Latinoamericana, Mxico. 1982.

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