El documento describe el diseño y cálculo de una compuerta tipo Taintor para regular caudal. Se determinaron las fuerzas hidrostáticas que actúan sobre la compuerta en función del nivel de agua, así como la fuerza necesaria para elevarla. Adicionalmente, se especificó el material de acero A36 para la compuerta y se realizó una simulación en Solidworks del mecanismo.

1. DISEÑO Y CALCULO DE UNA COMPUERTA TIPO TAINTOR
PARA REGULACIÓN DE CAUDAL
I. Generalidades
1.1. Importancia y/o Justificación
La importancia de nuestro proyecto “Diseño de una compuerta tipo Taintor para
regulación de caudal” radica en las habilidades que podemos adquirir, los alumnos de
ingeniería mecánica como diseñadores, echando mano de los conocimientos adquiridos
en el curso de Mecánica de fluidos I, dándole una aplicación real a los conocimientos
teóricos aprehendidos de hidrostática, así como de los programas computacionales
Excel, que nos permite mediante la tabulación de datos analizar el comportamiento de
las distintas fuerzas actuantes sobre la compuerta en función del nivel de agua, y
Solidworks , para simular el mecanismo de funcionamiento de la compuerta tipo
Taintor.
Además de ir forjándonos en el área de diseño este proyecto hídrico tiene como fin
analizar el principio de funcionamiento de uno de los tipos de compuerta más eficientes
en regulación de caudal a gran escala, cabe resaltar la importancia de este tipo de de
compuerta pues permite controlar el nivel de agua de grandes canales y regular el
caudal de agua en represas, además posee ventajas únicas en comparación a los demás
tipos de compuertas:
1.- La forma radial proporciona una transferencia eficiente de la carga hidrostática a
través del muñón.
2.- Es necesaria una menor capacidad de elevación.
3.- Tiene una velocidad de funcionamiento relativamente rápido y puede funcionar de
manera eficiente.
4.- Los sellos secundarios se utilizan, por lo que las ranuras de la puerta no son
necesarios. Esto reduce los problemas asociados a la cavitación, de recogida de
residuos, y la acumulación de hielo.
1.2. Objetivos del proyecto
. Determinar las fuerzas estáticas que se aplican en una compuerta radial.
.Calcularlafuerzanecesariaparaabrirlacompuerta.
.Especificareltipodematerialylascaracterísticasdelacompuerta.

2. 1.3. Referencias y/o requisitos del diseño
1.3.1. Antecedentes. Criterios.
El departamento de estándar de India en su código13623: 1993"Criterios para la
elección de las compuertas y montacargas" proporciona la clasificación básica
de las compuertas, que se podrá hacer de acuerdo a los siguientes criterios:
1. Ubicación de la compuerta con respecto a la superficie del depósito de agua
2. Jefe de agua sobre solera de la compuerta
3. Operativo requisito
4. Material utilizado en la fabricación
5. Modo de funcionamiento
6. Forma de la compuerta
7. Descarga a través de la compuerta
8. Tipo de paso del flujo con el que conectarse y su ubicación
9. Ubicación del sello
10. Ubicación de la placa
11. Características de cierre
12. Impulso para operar
1.3.2. Características de Funcionamiento.
Una compuerta radial consiste en una hoja curva, sellos de goma, brazos de
soporte. La hoja de la puerta es de una construcción soldada que varían en
anchura y la altura según sea necesario dependiendo del tamaño de la abertura.
Los asientos incorporados de roce se montan al ras de la pared para
proporcionar una superficie lisa y plana para el sello para estar en contacto con
el piso; y deslice, a medida que la puerta se abre y se cierra. La presión del agua
aplicada en contra de la hoja curva se transmite a través de los brazos de
soporte en el eje integrado en el muro de hormigón. Dado que la hoja se curva, la
presión del agua también se aplica una presión al alza bajar la cantidad de
elevación requerida. Por lo tanto, se utiliza una grúa más pequeña en
comparación con otros tipos de puertas.
La compuerta radial es uno de los tipos móviles de presas, el agua fluye bajo una
puerta placa. El vertedero se ajusta a las paredes laterales del canal. Cuenta con
una placa base fuerte, la puerta se puede mover en torno a un punto de apoyo
fijo en la placa base. La puerta es de sección circular y, junto con las barras de

3. guía, tiene una barra más con que la puerta se activa, también puede ser
bloqueado en varias posiciones. Las compuertas radiales tienen la ventaja de
que las fuerzas de fricción generadas cuando la puerta se mueve son pequeñas.
II. Marco metodológico
2.1. Observaciones y/o hipótesis
. Se considera un fluido en reposo (v=0 y a=0)
. Flujo en estado permanente
. El fluido puede ser compresible o incompresible
. El fluido usado en el análisis es agua
. Se anula la acción de la fuerza de presión atmosférica
2.2. Descripción procedimental

4. III. Resultados del análisis y simulación:
3.1 Determinación de las curvas características de funcionamiento del sistema:
3.1.1 Fuerza Hidrostática horizontal vs Nivel de agua
L (m) FH (KN)
0 1412.64
2 2354.4
4 3296.16
6 4237.92
8 5179.68
10 6121.44
12 7063.2
14 8004.96
16 8946.72
18 9888.48
20 10830.24
y = 470.88x + 1412.6
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 5 10 15 20 25
fuerza
hidrostatica
horizontal
F
H
(Kn)
nivel L (m)
FH vs L

5. 3.1.2 Fuerza Hidrostática vertical vs Nivel de agua
L (m) FV (KN)
0 883.9851
2 1309.1109
4 1734.2367
6 2159.3625
8 2584.4883
10 3009.6141
12 3434.7399
14 3859.8657
16 4284.9915
18 4710.1173
20 5135.2431
y = 212.56x + 883.99
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 5 10 15 20 25
fuerza
hidrostatica
vertical
F
V
(KN)
nivel L (m)
FV vs L

6. 3.1.3 Fuerza Hidrostática resultante vs Nivel de agua
L (m) FR (N)
0 1666427.76
2 2693876.52
4 3724546.64
6 4756344.42
8 5788666.9
10 6821275.86
12 7854058.31
14 8886953.76
16 9919926.91
18 10952955.8
20 11986026
y = 516284x + 2E+06
0
2000000
4000000
6000000
8000000
10000000
12000000
14000000
0 5 10 15 20 25
fuerza
resultante
F
R
(N)
nivel L (m)
FR vs L

7. 3.1.4 Brazo de la Fuerza resultante vs Nivel de agua
L (m) dR (m)
2 0.00087178
4 0.00063054
6 0.00049376
8 0.0004057
10 0.00034429
12 0.00029901
14 0.00026426
16 0.00023674
18 0.00021441
20 0.00019593
y = 0.0015x-0.663
0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0.0012
0 5 10 15 20 25
brazo
de
la
fuerza
resultante
d
R
(m)
nivel L (m)
dR vs L

8. 3.1.5 Torque vs Nivel de agua
10, 6338.920141
y = 0.00002x2 - 3E-06x + 6338.
6338.906
6338.908
6338.91
6338.912
6338.914
6338.916
6338.918
6338.92
6338.922
0 2 4 6 8 10 12
torque
T
(KN)
nivel L (m)
T vs L
L (m) T ( KNm)
0 6338.91136
2 6338.90784
4 6338.90719
6 6338.90774
8 6338.9089
10 6338.91041
12 6338.91213
14 6338.91401
16 6338.91598
18 6338.91803
20 6338.92014

9. 3.1.6 Fuerza para izar la compuerta con cables vs Nivel de agua
L (m) F (KN)
0 792.36392
2 792.363357
4 792.362986
6 792.362683
8 792.362414
10 792.362164
12 792.361927
14 792.361698
16 792.361475
18 792.361257
20 792.361041
y = -0.00003x + 792.3
792.3605
792.361
792.3615
792.362
792.3625
792.363
792.3635
0 5 10 15 20 25
Fuerza
F
H
(KN)
nivel L (m)
F vs L

10. 3.2 Resultados de simulación en Solidworks
Propiedades físicas de Pieza1 (PartConfiguration - Predeterminado<Como mecanizada>)
Sistema de coordenadas de salida: -- predeterminado --
Densidad = 0.01 gramos por milímetro cúbico
Masa = 13622386.42 gramos
Volumen = 1735335850.06 milímetros cúbicos
Área de superficie = 166539651.46 milímetros cuadrados
Centro de masa: (milímetros)
X = -6163.01
Y = -2778.81
Z = -3999.49
Ejes principales de inercia y momentos principales de inercia: (gramos * milímetros cuadrados)
Medido desde el centro de masa.
Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 127229751530232.95
Iy = (0.91, 0.42, -0.00) Py = 142003264265268.56
Iz = (-0.42, 0.91, 0.00) Pz = 178332312065913.53
Momentos de inercia: (gramos * milímetros cuadrados)
Obtenidos en el centro de masa y alineados con el sistema de coordenadas de resultados.
Ixx = 148339624073771.81 Ixy = 13785934339747.97 Ixz = 57511123482.21
Iyx = 13785934339747.97 Iyy = 171995700782612.22 Iyz = 20666428568.46
Izx = 57511123482.21 Izy = 20666428568.46 Izz = 127230003005031.27
Momentos de inercia: (gramos * milímetros cuadrados)
Medido desde el sistema de coordenadas de salida.
Ixx = 471431145930117.25 Ixy = 247080878028596.75 Ixz = 335833964163708.50
Iyx = 247080878028596.75 Iyy = 907312746359086.87 Iyz = 151417453673972.31
Izx = 335833964163708.50 Izy = 151417453673972.31 Izz = 749834215494368.12

11. Propiedades del material usado: Acero A36

12. Compuerta ensamblada en Solidworks
Detalles de la estructura usada para sujetar la compuerta

14. IV. Discusión de resultados
Se determinó a través de los análisis realizados que las fuerzas de presión horizontal y vertical
actuantes sobre la superficie de la compuerta varían linealmente con la variación del nivel de
líquido y que por tanto la fuerza de presión resultante varía linealmente con la variación del
nivel de líquido, además cabe señalar que la fuerza de presión horizontal actuante es mayor
que la fuerza de presión vertical siendo aproximadamente el doble.
También se determinó que el brazo de la fuerza de presión resultante varía exponencialmente
con respecto a la variación del nivel del fluido y que el torque varía polinómicamente con
respecto a la variación del nivel de fluido, y que además aumenta con el aumento de este.
Además se determino que la fuerza para izar la compuerta con cables varía linealmente con
respecto a la variación del nivel de fluido y que además disminuye con el aumento de este.
V. Conclusiones y Sugerencias
5.1. Logramos determinar todas las fuerzas hidrostáticas actuantes sobre una compuerta
radial o tipo Taintor.
5.2. Logramos determinar la fuerza necesaria F aplicada en el extremo superior de la
compuerta si se necesitase izar la compuerta con cables.
5.3. Logramos determinar el torque necesario T en la articulación de la compuerta si se
accionase por un motor eléctrico para abrirla.
5.4. Logramos especificar el tipo de material del cual tendría que estar hecha la puerta para
resistir las grandes fuerzas hidrostáticas con las que interactúa y se determinó que el
material a usarse debería ser acero A36.
5.5. Adquirimos una importante cuota de experiencia en el área de diseño mecánico, logrando
llevar a la práctica los conocimientos teóricos adquiridos en el aula de clase de Mecánica
de fluidos I.
VI. Bibliografía.
6.1. R. W. Fox & A. T. Mc Donald, “Introducción a la mecánica de fluidos”, 2da edición
6.2. W. H. Li y S. H. Lam, Principles of Fluid Dynamics, Addison Wesley, 1964.
6.3. www.scribbd.com
6.4. www.ingeciber.com
VII. Anexos
En un CD se adjunta el ensamblaje y simulación de la compuerta tipo Taintor llevados a cabo
con ayuda de Solidworks.