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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA 
 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA 
 
 
 
 
 
Tesis titulada: 
 
 
METODOLOGÍA DE CALCULO DE UN SISTEMA DE COMPUERTA 
DE OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACIÓN 
 
 
 
 
Presentada por la Bachiller: 
MARTHA SOFIA ENCALADA ENCALADA 
Para optar el Título Profesional de: 
 
INGENIERO MECÁNICO 
Asesor: 
Mg. JOSE LUIS VELASQUEZ SALAZAR 
AREQUIPA – PERÚ 
 
2018 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
 
 
 
A Dios. 
 
 
Por haberme permitido llegar hasta este 
punto y haberme dado salud para lograr 
mis objetivos. 
 
A mi madre. 
 
 
Por haberme apoyado en todo momento, por 
sus consejos, sus valores, por la 
motivación constante que me ha permitido 
ser una persona de bien. 
 
Por los ejemplos de perseverancia y 
constancia que la caracterizan y que me ha 
infundado siempre, por el valor mostrado 
para salir adelante y por su amor. 
INDICE DE FIGURAS 
 
 
Figura N°1 Representación FE y C…………………-…………………………14 
 
 
Figura N°2 Fuerzas de tracción y compresión ………………………………..15 
 
 
Figura N°3 Compuerta de captación…………………………………………...16 
 
 
Figura N°4 Compuerta Plana…………………………………………………..17 
 
 
Figura N°5 Compuerta Vagón…………………………………………………18 
 
 
Figura N°6 Compuerta Radial…………………………………………………18 
 
 
Figura N°7 Compuerta Ataguía………………………………………………..19 
 
 
Figura N°8 Compuerta Mariposa………………………………………………20 
 
 
Figura N°9 Compuerta Caterpillar…………………………………………......20 
 
 
Figura N°10 Fuerzas actuando sobre compuerta ………………………………23 
 
 
Figura N°11 Fuerza actuante en un cuerpo sumergido ………………………..24 
 
 
Figura N°12 Tipo de soldadura…………………………………………………26 
 
 
Figura N°13 Soldadura de filete..………………………………………………26 
 
 
 
Figura N°14 Soldadura de filete………………………………………………..27 
 
 
 
Figura N°15 Union T para placas gruesas…………………………….………..27 
 
 
 
Figura N°16 Soldaduras en U y J para placas gruesas………………….……...27 
 
 
 
Figura N°17 Soldadura con filetes transversales…………….…………………28 
 
Figura N°18 Diagrama de cuerpo libre de Soldadura…………………………..28 
 
 
 
Figura N°19 Soldadura de filetes paralelas……………………………………..30 
 
 
 
Figura N°20 Propiedades del metal de aporte.....................................................30 
 
 
 
Figura N°21 Esfuerzos del metal de aporte…………………………………….31 
 
 
 
Figura N° 22 Accionamiento Manual …………………………………………31 
 
 
Figura N°23 Accionamiento Motorreductor …………………………………..32 
 
 
Figura N°24 Accionamiento Hidráulico……………………………………….33 
 
 
Figura N°25 Cilindro de Doble Efecto ………………………………………..34 
 
 
Figura N°26 Partes de Cilindros Hidráulicos…………………………………..35 
 
 
Figura N°27 Cilindro Hidráulico………………………………………………36 
 
 
Figura N°28 Unidad Hidráulica……………………………………………….37 
 
 
Figura N°29 Elementos de un circuito hidráulico……………………………..38 
 
 
Figura N°30 Sistema de protección catódica por ánodo de sacrificio en 
agua………---………………………………………………………………….40 
 
Figura N°31 Distribución de paneles en la Compuerta……………………… 44 
 
 
Figura N°32 Alturas de las presiones hidrostáticas ……...……………..……..45 
 
 
Figura N°33 Esfuerzos actuando en la placa …………………………………48 
 
 
Figura N°34 Panel o placa………………………………………………….. ...49 
Figura N°35 Área de influencia 𝐴𝑖 ………………………………………….57
 
Figura N°36: Sello superior vista lateral ……………………………………...61 
 
Figura N°37: Sello lateral vista lateral …………………………………………61 
 
Figura N°38: Sello inferior vista lateral………………………………………..61 
 
Figura N°39: Sello inferior vista superior …………………………………….62 
 
Figura N°40 Calculo de espesor de paredes sabiendo la presión o diámetro 
interior ………………………………………………………………………....74 
 
Figura N° 41 Propiedades del acero AISI –SAE1045 …………………………75 
 
 
 
Figura N°42 Curva Fuerza-Deformación de un Acero ………………………...76 
 
 
 
Figura N°43 Sistema Hidráulico………………………………………………..83 
 
 
 
Figura N° 44 Accionamiento del cilindro (Simulación Fluidsystem)………….84 
 
 
Figura N°45 Accionamiento del cilindro (Simulación Fluidsystem) …………84 
 
 
Figura N°46 Representación esquemática del sistema hidráulico y su flujo de 
potencia ………………………………………………………………………..85 
 
Figura N° 47 Cargas de presión de arriba abajo……………………………….87 
 
 
Figura N°48 Esfuerzos Von Mises De La Compuerta…………………………87 
 
 
Figura N°49 Desplazamiento…………………………………………………..88 
 
 
Figura N°50 Factor De Seguridad……………………………………………..88 
INDICE DE TABLAS 
 
 
Tabla N°1 Presiones en los paneles……………………………………………. 46 
 
Tabla N°2. Coeficientes k para el cálculo de esfuerzos en la placa……………48 
 
 
Tabla N° 3. Coeficientes k para calculo de esfuerzos en la placa considerando 
 
cuatro lados empotrados………………………………………………………..49 
 
 
Tabla N°4 Coeficientes para caculo de esfuerzos admisibles………………...52 
 
 
Tabla N°5 Resultados de esfuerzos y factores de seguridad de los paneles…..53 
Tabla N° 6. Coeficiente 𝛼 ……………………………………………………...54
 
Tabla N°7 Deflexiones de placas……………………………………………...54 
 
Tabla N°8. Coeficientes para cálculo de esfuerzo admisible…….……………..56 
 
Tabla N° 9. Peso de la compuerta por componentes…………………………...62 
 
Tabla N°10 Materiales de uso preferencial según normas nacionales y 
extranjeras……………………………………………………………………....78 
 
Tabla N°11 Tabla de Materiales de uso preferencial según norma …………79 
 
 
Tabla N°12 Elementos de la central hidráulica………………………………81 
RESUMEN 
 
El presente trabajo trata del desarrollo de una metodología de cálculo de 
compuertas de captación; empieza con el planteamiento del problema, objetivos, 
hipótesis, justificación del diseño de la compuerta, estudios relacionados según 
diseños anteriores para dar el aporte correspondiente, una vez finalizado lo 
mencionado anteriormente se describirá los conceptos teóricos de compuertas, 
cilindros hidráulicos, materiales usados para la construcción de compuertas, 
espesores permisibles, factores de seguridad, deflexión en placas entre otros, 
después se realizara la descripción de los parámetros de calculo estructural en el 
que se colocaran los datos como material usado, presiones permisibles, máxima 
deflexión en la placa de la compuerta, fuerzas externas en la estructura de la 
compuerta. Una vez establecido los parámetros necesarios se realizará el cálculo 
que abarca: La selección de vigas, cálculo del cilindro de la compuerta, cálculo de 
la potencia de izaje, cálculo de presiones, determinación del espesor de la tubería, 
cálculo de esfuerzos cortante y selección de accesorios adicionales, finalmente se 
colocaran las conclusiones, anexos y planos y referencias. 
 
Palabras clave: Metodología, Compuerta, Sistemas de Izaje. 
ABSTRACT 
 
The present work deals with the development of a calculation methodology 
for catchment gates; begins with the approach of the problem, objectives, 
hypotheses, justification of the design of the gate, related studies according to 
previous designs to give the corresponding contribution, once completed the above 
mentioned will describe the theoretical concepts of gates, hydraulic cylinders, 
materials used for the construction of gates, allowable thicknesses, safety factors, 
plate deflection among others, then the description of the structural calculation 
parameters in which the data will be placed as material used, permissible pressures, 
maximum Deflection in the gate plate, external forces in the structure of the gate. 
Once the necessary parameters have been established, the calculation will be carried 
out, covering: The selection of beams, calculation of the cylinder of the gate, 
calculation of the lifting power, calculation of pressures, determination of the 
thickness of the pipe, calculation of shear stress and selection of additional 
accessories, finally the conclusions, annexes and plans and references will be placed. 
 
Keywords: Methodology, gate, lifting system. 
1 
 
 
CONTENIDO 
 
 
 
 
 
RESUMEN…………………………………………………………………..VIIABSTRACT………………………………………………………………….VIII 
 
 
CAPÍTULO 1 ................................................................................................... 6 
 
 
1. PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO DEL CÁLCULO DE LA 
COMPUERTA ................................................................................................. 6 
 
1.1 Definición del problema de Investigación ........................................... 6 
 
 
1.2 Objetivos.............................................................................................. 6 
 
 
1.2.1 Objetivo General.................................................................................. 6 
 
 
1.2.2 Objetivos Específicos. ......................................................................... 6 
 
 
1.3 Justificación de la investigación .......................................................... 7 
 
 
1.4 Planteamiento de la hipótesis .............................................................. 7 
 
 
1.4.1 Hipótesis general. ................................................................................ 7 
 
 
1.5 Variables de estudio............................................................................. 7 
 
 
1.5.1 Variables independientes .................................................................... 7 
 
 
1.5.2 Variables dependientes ....................................................................... 7 
 
 
1.6 Estado del arte ..................................................................................... 7 
 
 
CAPÍTULO 2 ................................................................................................... 9 
 
 
2 MARCO TEÓRICO ............................................................................ 9 
 
 
2.1 Bocatoma ............................................................................................. 9 
2 
 
 
2.1.1 Clasificación de Bocatomas .................................................................. 9 
 
 
2.1.2 Partes de la Bocatoma ......................................................................... 10 
 
 
2.2 Materiales para el diseño de compuertas ........................................... 12 
 
 
2.2.1 La madera. ......................................................................................... 12 
 
 
2.2.2 El acero. ............................................................................................. 13 
 
 
2.3 Compuerta hidráulica ........................................................................ 15 
 
 
2.3.1 Aliviaderos de presas de labio fijo o con compuertas. ...................... 16 
 
 
2.3.2 Tipos de compuertas. ......................................................................... 17 
 
 
2.3.3 Otras formas de clasificación. ........................................................... 21 
 
 
2.4 Definiciones para el diseño de compuertas. ...................................... 22 
 
 
2.4.1 Presión hidráulica. ............................................................................. 22 
 
 
2.4.2 Caudal. ............................................................................................... 22 
 
 
2.4.3 Fluido ................................................................................................. 22 
 
 
2.4.4 Fuerza hidrostática............................................................................. 23 
 
 
2.5 Empuje sobre las compuertas ............................................................ 23 
 
 
2.6 Diseño de compuertas y normas ........................................................ 24 
 
 
2.6.1 Norma para el Diseño de compuertas ............................................... 25 
 
 
2.7 Calculo de uniones soldadas .............................................................. 25 
 
 
2.8 Formas de accionamiento en compuertas .......................................... 31 
 
 
2.8.1 Accionamiento manual. ..................................................................... 31 
 
 
2.8.2 Accionamiento por motorreductor..................................................... 31 
3 
 
 
2.8.3 Accionamiento por servomotor. ........................................................ 32 
 
 
2.8.4 Accionamiento hidráulico o neumático. ............................................ 32 
 
 
2.8.4.1 Tipos de cilindros hidráulicos ........................................................... 33 
 
 
2.8.4.1.1 Cilindros hidráulicos de efecto doble de vástago simple ............... 33 
 
 
2.9 Calculo de Fuerzas en el Cilindro ......................................................... 35 
 
 
2.10 Unidad hidráulica ................................................................................ 37 
 
 
2.11 Revestimientos protectores ................................................................. 38 
 
 
CAPÍTULO 3 ................................................................................................. 41 
 
 
3 DESARROLLO DE LA METODOLOGIA DE CÁLCULO ........... 41 
 
 
3.1 Información general........................................................................... 41 
 
 
3.1.1 Objeto .................................................................................................. 41 
 
 
3.2 Aspectos generales ............................................................................... 41 
 
 
3.2.1 Descripción general............................................................................. 41 
 
 
3.3 Componentes y equipos de la compuerta a desarrollar ....................... 42 
 
 
3.4 Elementos a Calcular de la Compuerta.............................................. 42 
 
 
3.4.1 Objetivo ............................................................................................. 42 
 
 
3.4.2 Descripción ........................................................................................ 42 
 
 
3.4.3 Datos del diseño................................................................................. 43 
 
 
3.4.4 Materiales y tensiones admisibles ..................................................... 43 
 
 
3.4.5 Descripción del diseño de la estructura de la compuerta................... 44 
 
 
3.4.6 Cálculo del Presiones hidrostáticas en los paneles ............................ 45 
4 
 
 
3.4.7 Cálculo de los esfuerzos en los paneles ............................................. 46 
 
 
3.4.8 Cálculo de la deflexión de la placa o panel. ...................................... 53 
 
 
3.4.9 Cálculo de las vigas horizontales....................................................... 55 
 
 
3.4.10 Esfuerzos en la viga horizontal.......................................................... 56 
 
 
3.4.11 Deflexión en la viga horizontal ......................................................... 58 
 
 
3.4.12 Calculo de uniones soldadas (panel) ................................................. 59 
 
 
3.4.13 Sellos ................................................................................................. 60 
 
 
3.4.14 Peso propio de la compuerta de bocatoma ........................................ 62 
 
 
3.4.15 Fuerzas principales para el izaje de la compuerta ............................. 63 
 
 
3.5 Calculo de los elementos de Izaje...................................................... 65 
 
 
3.5.1 Datos compuerta: ............................................................................... 65 
 
 
3.5.2 Cálculo de la fuerza hidrostática ......................................................... 65 
 
 
3.5.3 Cálculo de la fuerza de rozamiento ...................................................... 66 
 
 
3.5.4 Cálculo de la fuerza de izaje ................................................................ 66 
 
 
3.5.5 Cálculo de la potencia mecánica de izaje............................................. 66 
 
 
3.5.6 Dimensiones del cilindro hidráulico ................................................... 663.5.7 Caudal necesario .................................................................................. 67 
 
 
3.5.8 Tiempo de izaje de la compuerta ......................................................... 67 
 
 
3.5.9 Calculo de la presión de trabajo del cilindro hidráulico en la cámara del 
vástago ………………………………………………………………………67 
 
3.5.10 Cálculo del diámetro de la tubería ..................................................... 68 
 
 
3.5.11 Pérdidas de presión por longitud de tubería ....................................... 69 
5 
 
 
3.5.12 Perdidas de presión por codos accesorios válvulas ........................... 70 
 
 
3.5.13 Presión total considerando las perdidas ............................................ 70 
 
 
3.5.14 Potencia hidráulica de la bomba ....................................................... 71 
 
 
3.5.15 Potencia del motor eléctrico .............................................................. 71 
 
 
3.5.16 Cálculo de la capacidad del tanque de aceite .................................... 71 
 
 
3.5.17 Calculo de espesor de pared para cilindro de diámetro interior ........ 72 
 
 
3.5.18 Calculo de esfuerzo de tracción de vástago ....................................... 74 
 
 
3.5.19 Calculo de esfuerzo al corte del pin de sujeción .............................. 77 
 
 
3.5.20 Propiedades físicas y mecánicas de materiales.................................. 78 
 
 
3.5.21 Cilindros hidráulicos.......................................................................... 79 
 
 
3.6 Control de mando hidráulico para accionar la compuerta ..................... 81 
 
 
3.6.1 Elementos de la Central Hidráulica..................................................... 81 
 
 
3.6.2 Circuito Hidráulico y Eléctrico para el sistema de izaje de la compuerta83 
 
 
3.6.3 Simulacion de la compuerta en FLUIDSYSTEM................................. 84 
 
 
3.7 Simulacion con el programa autodesk inventor .................................... 85 
 
 
4 CONCLUSIONES .................................................................................. 89 
 
 
5 RECOMENDACIONES ......................................................................... 89 
 
 
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................... 90 
 
 
ANEXOS………………………………………………………………..93 
6 
 
 
CAPÍTULO 1 
 
 
 
1. PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO DEL CÁLCULO DE LA COMPUERTA 
 
 
1.1 Definición del problema de Investigación 
 
De acuerdo a los requerimientos de energía eléctrica, que van en aumento 
debido al crecimiento poblacional y existiendo ya leyes que apoyan la generación de 
energía limpia es decir con el uso de recursos renovables como el viento y en este caso 
el agua se ha visto conveniente el desarrollo de una metodología de diseño de 
compuertas de captación, que sea simple de fácil comprensión y contemplara los 
parámetros necesarios de cálculo. 
 
1.2 Objetivos 
 
 
1.2.1 Objetivo General. 
 
Desarrollar una metodología con una lógica y procedimiento sencillo 
que puede ser utilizado tanto por personal técnico como de ingeniería. 
1.2.2 Objetivos Específicos. 
 
- Obtención de los requerimientos hidráulicos, geográficos y funcionales que 
nos permita determinar los parámetros para el diseño de la compuerta y sus 
sistemas accesorios. 
- Determinación del tipo de compuerta más adecuado según a las condiciones 
determinadas. 
- Calcular los esfuerzos de los paneles de la compuerta con sus respectivos 
factores de seguridad, seleccionar los componentes de la compuerta 
aplicando los estándares. 
- Seleccionar un sistema de izaje y desarrollar los cálculos para la elección de 
sus elementos. 
7 
 
 
1.3 Justificación de la investigación 
 
Existiendo El Decreto Ley 1002 o Ley RER, que promueve el uso de recursos 
naturales para la generación de energía limpia. A través del uso de derivaciones de 
torrentes de ríos y canales, que permitan utilizar mini centrales hidroeléctricas. Es 
deseable obtener una metodología para el diseño y cálculo de compuertas hidráulicas 
para ciertas condiciones límites de caudal, presión, de manejo simpe y rápido, donde 
este trabajo presenta una alternativa a este requerimiento. 
1.4 Planteamiento de la hipótesis 
 
 
1.4.1 Hipótesis general. 
 
Se puede lograr desarrollar una metodología sencilla y eficaz para el 
diseño y cálculo de compuertas hidráulicas de bocatoma bajo ciertas 
condiciones de presión y caudal. 
1.5 Variables de estudio 
 
 
1.5.1 Variables independientes 
 
- Condiciones topográficas (accesibilidad, mantenimiento, suministro 
eléctrico) 
- Presión, caudal existente 
 
 
1.5.2 Variables dependientes 
 
- Tipos de accionamiento del sistema de elevación. 
 
- Tipo de sellado 
 
 
1.6 Estado del arte 
 
En diferentes trabajos y referencias bibliográficas se ha verificado que existen 
diversas metodologías de cálculo y diseño para compuertas hidráulicas de bocatoma, 
bajo condiciones topográficas, hidráulicas, etc. de tipo teórico y para condiciones 
8 
 
 
ideales. Sin embargo de acuerdo a lo indicado en la justificación, nuestra realidad 
actual en términos topográficos y financieros y tomando en cuenta toda la 
normatividad correspondiente y vigente es que este trabajo pretende desarrollar una 
metodología de fácil comprensión y utilización. 
Cabe mencionar alguno de los trabajos que se reviso para encaminar este tema 
de manera adecuada; “diseño y modelamiento hidráulico de bocatoma” de Giorgio 
Renatto Nassi Mirenghi (2018), “diseño y simulación de una compuerta plana 
deslizante” de Carlos Enrique Amaya Cueva (2016), “diseño y cálculo de una 
compuerta tipo segmento radial para el control de represamiento de agua” de Joaquin 
Rojas Tapara (2017), entre otros trabajos de investigación. 
9 
 
 
CAPÍTULO 2 
 
2 MARCO TEÓRICO 
 
 
2.1 Bocatoma 
 
Definición de Bocatoma de lo extraído de la tesis “diseño y modelamiento 
hidráulico de bocatoma” tenemos que: 
Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre 
un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del 
caudal de la corriente principal. La obra de toma es la estructura hidráulica de mayor 
importancia de un sistema de aducción que alimentará un sistema de generación de 
energía hidroeléctrica, riego, agua potable, etc. A partir de la obra de toma, se tomarán 
decisiones respecto a la disposición de los demás componentes de la obra. 
2.1.1 Clasificación de Bocatomas 
 
Según Mansen (2006) 
 
a) Toma Directa: Se trata de una toma que capta directamente mediante un 
canal lateral, que por lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal 
mayor que el que se va a captar. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un 
barraje o azud que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Sin 
embargo; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas, además 
permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación. 
b) Toma Mixta o Convencional: Se trata de una toma que realiza la captación 
mediante el cierre del río con una estructura llamada azud o presa de derivación, el 
cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando 
se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto, y será móvil cuando se utilizan 
compuertas de acero o madera. 
10 
 
 
La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que 
puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río. 
c) Toma Móvil: Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se 
vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy 
marcada entre la época de estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje 
relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de 
compuertas que le den lacota a nivel de agua adecuado. A los barrajes con compuertas 
que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje 
móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por 
encima de la cresta del barraje vertedero o azud. 
d) Toma Tirolesa o Caucasiana: Son tomas cuyas estructuras de captación se 
encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una 
rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables 
en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso, ya que podrían causar rápida 
obstrucción de las rejillas. Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son 
muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas, por lo que 
la construcción de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan. 
 
 
 
2.1.2 Partes de la Bocatoma 
 
Según Autoridad Nacional del Agua (2010), nos indica que: 
 
- Dique, Barraje, Presa o Azud: Su función es cerrar el cauce del rio, 
obligando al agua que se encuentra por debajo de la cota de su cresta, a que ingrese a la 
conducción. El dique, en épocas de creciente, funciona como un vertedero. 
- Rejilla: Ésta impide que pase al canal de conducción material sólido muy 
grueso. 
11 
 
 
- Zampeado y colchón al pie de azud: Sirven para disipar la energía con la 
que cae al agua desde el azud en épocas de lluvia, y así evitar que se erosione la zona 
del pozo de aquietamiento. El fenómeno, si no es controlado, puede socavar las 
estructuras y causar su destrucción. 
- Sellos: Estos sellos se usan en compuertas de presas y represas para 
evitar filtraciones de agua potable, agua reciclada, aguas negras y drenajes. Se usan 
sellos de hule Natural cuando tienen contacto con agua potable, aguas recicladas, de 
riego o tratadas, y se usan de hule Neopreno cuando tienen contacto con aguas negras, 
de descarga, de drenaje o cuando reciben aguas con cualquier tipo de contaminante. 
Los sellos más utilizados son: 
a) Sello tipo nota musical: Estos perfiles se usan generalmente en 
compuertas grandes y pesadas ya que su robusta configuración les permite sellar bajo 
grandes presiones ya sea por la presión del agua, la presión del cierre o por ambos sin 
perder su sello y su forma. 
b) Sello tipo h deslizante: Este sello se usa generalmente en compuertas 
para canales de riego, normalmente son para compuertas más ligeras y pequeñas donde 
la presión del cierre es mucho más ligera. 
c) Sello tipo L: Estos sellos aunque son menos usados, trabajan en forma 
análoga a los sellos tipo nota musical ya que también son de construcción robusta 
porque se usan para hacer sello en compuertas sujetas a grandes presiones y 
proporcionan un excelente sellado. 
- Compuerta de purga: Se ubica al lado de la reja de entrada. Su función 
es eliminar, mediante la operación de la compuerta, el material grueso y mantener 
limpio el sector frente a la rejilla. 
12 
 
 
2.2 Materiales para el diseño de compuertas 
 
Las compuertas tienen gran variedad de modelos en los que participan los 
materiales usados, así es como se ha visto la madera y el acero, ambos tienen ventajas 
y desventajas. 
2.2.1 La madera. 
 
(Maderea, 2018) afirma. Es común el uso de madera estructural, pero muchas 
veces es difícil saber cómo se han de pedir y qué debemos de tener en cuenta cuando 
hay que comprarla. 
(Maderea, 2018) Afirma. La madera estructural es aquella que se usa 
específicamente para uso en estructuras y, por tanto, necesita ciertas propiedades 
mecánicas que permitan su uso. En la construcción con madera se utilizan diversos 
productos derivados de la misma con empleo estructural. Los productos son muy 
diversos, tanto como productos puedan ser elaborados con madera. En las compuertas 
la madera jugo un papel importante, ya que en comparación al metal o mejor dicho 
acero, no existe la corrosión. 
Según (Maderea, 2018). Las vigas de madera son el elemento principal de las 
estructuras de madera y pueden ser principalmente de dos tipos: madera aserrada o 
madera laminada encolada. La madera aserrada constituye el producto básico para la 
construcción con madera y se obtiene por aserrado del tronco. Se clasifican 
estructuralmente por clasificación visual o por clasificación mecánica. En cuanto a 
las deformaciones en el tiempo el acero reemplazo a la madera, ya que este tiene más 
resistencia a la ruptura, la zona plástica en el acero tiene mayor rango de deformación. 
Para estructuras de madera (Maderea, 2018) afirma que los tipos de madera 
para esta aplicación son las siguientes: 
13 
 
 
- Madera de pino (y sus variedades) 
 
- Madera de castaño. 
 
- Madera de roble. 
 
- Madera de chopo. 
 
- Madera de eucalipto. 
 
 
2.2.2 El acero. 
 
Según (Alacero, 2016). El acero es una aleación de hierro con una cantidad 
de carbono que puede variar entre 0,03% y 1,075% en peso de su composición, 
dependiendo del grado. Acero no es lo mismo que hierro. Y ambos materiales no 
deben confundirse. El hierro es un metal relativamente duro y tenaz, con temperatura 
de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C. La diferencia principal entre el 
hierro y el acero se halla en el porcentaje de carbono: el acero es hierro con un 
porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%. El acero conserva las 
características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de 
otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico- 
químicas, sobre todo su resistencia. Existen muchos tipos de acero según el/los 
elementos aleantes que estén presentes. Cada tipo de acero permitirá diferentes 
aplicaciones y usos, lo que lo hace un material versátil y muy difundido en la vida 
moderna, donde podemos encontrarlo ampliamente. (Fig N°1) 
http://www.maderea.es/madera-de-pino-silvestre/
http://www.maderea.es/madera-de-castano/
http://www.maderea.es/madera-de-roble-europeo/
https://www.maderea.es/madera-de-chopo/
https://www.maderea.es/madera-de-eucalipto-blanco/
14 
 
 
 
 
Figura N°1 Representacion FE y C 
Fuente: (Acerobsv, 2014) 
 
 
 
El acero en las compuertas tiene cargas por tensión y compresión en los 
perfiles estructurales, (Csernak & McCormac, 2013) dice: Un miembro dúctil de 
acero, sin agujeros y sometido a una carga de tensión puede resistir, sin fracturarse, 
una carga mayor que la correspondiente al producto del área de su sección transversal 
por el esfuerzo de fluencia del acero, gracias al endurecimiento por deformación. Sin 
embargo, un miembro a tensión cargado hasta el endurecimiento se alarga 
considerablemente antes de la fractura; un hecho que muy probablemente le restará 
utilidad, pudiendo además causar la falla del sistema estructural del que forma parte 
el miembro. (Fig N°2) 
15 
 
 
 
 
Figura N°2 Fuerzas de traccion y compresion 
 
Fuente: (Weebly, 2015) 
 
 
 
 
Para (Gere & Goodno, 2009). Las estructuras sometidas a carga pueden fallar 
de diversas maneras, dependiendo del tipo de estructura, de las condiciones de 
soporte, de los tipos de cargas y de los materiales empleados. Por ejemplo, el eje de 
un vehículo puede fracturarse de repente debido a los ciclos repetidos de carga o una 
viga puede flexionarse de manera excesiva, de tal modo que la estructura ya no puede 
realizar sus funciones de trabajo. Estos tipos de fallas se evitan diseñando estructuras 
de forma que los esfuerzos máximos y los desplazamientos máximos permanezcan 
dentro de límites tolerables. 
2.3 Compuerta hidráulica 
 
Para (Ingeniero de caminos , 2017). Las compuertas hidráulicas son 
dispositivos mecánicos para el control del flujo del agua que se sitúan en los portillos 
de las presas, aliviaderos o en las esclusas de canales con el fin de retener o permitir el 
paso de toda o parte del agua embalsada. El uso decompuertas permite, entre otros, el 
control de inundaciones o la creación de reservas de agua y forman parte de proyectos 
de irrigación, sistemas de drenaje o plantas de tratamiento de aguas. (Fig. N°3) 
16 
 
 
 
 
Figura N°3 Compuerta de captación 
 
Fuente: (Ingeniero de caminos , 2017) 
 
 
 
2.3.1 Aliviaderos de presas de labio fijo o con compuertas. 
 
(Ingeniero de caminos , 2017) dice: Los aliviaderos se diseñan de tal modo que 
el agua se pierde en una cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada cuenco de 
amortiguación, donde la corriente pierde parte de su energía y, regresa generalmente, 
al mismo cauce del que procede. 
En aliviaderos con compuertas, la función es la de impedir que el nivel del agua 
del embalse supere el nivel de aguas máximas extraordinarias, para garantizar así la 
seguridad de la presa. 
Los aliviaderos de superficie descargan las aguas próximas a la superficie libre 
del embalse, al contrario que la descarga de fondo o medio fondo (desagües de fondo), 
que permite la salida controlada de aguas de las capas más profundas. 
17 
 
 
2.3.2 Tipos de compuertas. 
 
a) Compuertas planas deslizantes 
 
 
(E.I.A., 2017) dice. Se les llama compuertas deslizantes pues para su accionar 
se deslizan por unos rieles guías fijos. Puede ser movida por diferentes tipos de 
motores. Estas compuertas pueden ser de acero estructural, madera y en caso de 
pequeña cabeza de hierro, el espesor y el material de la compuerta dependerán de la 
presión del agua y el diseño de los sellos. Al trabajar a compresión estas compuertas 
tienen buenas adaptaciones a los sellos presentando pequeñas fugas. (Fig. N°4) 
 
 
 
Figura N°4 Compuerta Plana 
 
Fuente: (VCP, 2018) 
 
 
 
b) Compuertas Vagon 
 
 
(E.I.A., 2017) Las Compuertas Vagón son compuertas planas cuyo tablero se 
apoya y mueve sobre ruedas instaladas simétricamente a ambos lados de la estructura 
portante de la misma. Estas ruedas son las que transmiten la carga hidráulica de la 
compuerta a los caminos de rodadura fijados en la obra civil. Si la carga a soportar por 
el tablero es elevada se pude disponer de carretones de ruedas independientes que 
mejoran la transmisión de cargas al distribuirlas en varias ruedas. (Fig. N°5) 
18 
 
 
 
 
 
 
Figura N°5 Compuerta Vagon 
 
Fuente: (VCP, 2018) 
 
b) Compuertas radiales 
 
 
(E.I.A., 2017) afirma. Las compuertas radiales se construyen de acero o 
combinando acero y madera. Constan de un segmento cilíndrico que está unido a los 
cojinetes de los apoyos por medio de brazos radiales. La superficie cilíndrica se hace 
concéntrica con los ejes de los apoyos, de manera que todo el empuje producido por el 
agua pasa por ellos; en esta forma sólo se necesita una pequeña cantidad de 
movimiento para elevar o bajar la compuerta. Las cargas que es necesario mover 
consisten en el peso de la compuerta, los rozamientos entre los cierres laterales, las 
pilas. (Fig. N°6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°6 Compuerta Radial 
Fuente: (VCP, 2018) 
19 
 
 
c) Compuertas ataguía 
 
 
Para (E.I.A., 2017). Están compuestas de vigas separadas colocadas unas sobre 
otras para formar un muro o ataguía soportado en ranuras en sus extremos. La 
separación 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. (Fig. N°7) 
 
 
 
Figura N°7 Compuerta Ataguia 
 
Fuente: (ORBINOX, 2018) 
 
 
 
d) Compuertas mariposa 
 
 
Según (E.I.A., 2017). Las compuertas tipo mariposa son utilizadas para 
controlar el flujo de agua a través de una gran variedad de aberturas. Aunque pueden 
ser utilizadas para controlar el flujo en ambas direcciones la mayoría de las 
instalaciones sólo las utilizan para controlar el flujo en una dirección. (Fig.N°8) 
20 
 
 
 
 
Figura N°8 Compuerta Mariposa 
 
Fuente: (ROS, 2018) 
 
 
 
e) Compuertas Caterpillar 
 
 
(E.I.A., 2017) dice. Son también conocidas como Compuertas de Broome, en 
honor a su inventor. Este tipo de compuertas son utilizadas tanto para altas como para 
bajas cabezas de presión. Han sido utilizadas con cabezas hasta de 200 pies en varios 
proyectos hidroeléctricos. (Fig. N°9) 
 
 
 
Figura N°9 Compuerta Caterpillar 
 
Fuente: (DIRT, 2018) 
 
 
 
f) Compuertas cilíndricas 
 
 
Para (E.I.A., 2017). Las compuertas cilíndricas consisten en cilindros sólidos 
de acero (generalmente) abiertas en ambos extremos, que funcionan por el balance de 
las presiones de agua en las superficies interior y exterior. 
21 
 
 
Este tipo de compuertas generalmente son levantadas por medio de cables o 
máquinas hidráulicas; como la presión del agua siempre se encuentra balanceada, el 
único peso que debe ser movido es el equivalente al peso propio de la compuerta. 
 
 
 
2.3.3 Otras formas de clasificación. 
 
(Echeverri Murillo, 2014) clasifica de la siguiente forma: 
 
 
a) Según las condiciones del flujo aguas abajo 
 
 
- Compuerta con descarga libre 
 
- Compuerta con descarga sumergida o ahogada 
 
 
b) Según el tipo de operación o funcionamiento 
 
 
- Compuertas Principales: se diseñan para operar bajo cualquier condición 
de flujo; se les llama de regulación 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 reparación, 
inspección y mantenimiento de las compuertas principales, siendo concebidas para 
funcionar tanto en condiciones de presión diferencial, en conductos a presión, como en 
condiciones de presión equilibrada. 
 
c) De acuerdo a sus características geométricas: 
 
 
- Compuertas planas 
 
- Rectangulares 
 
- Cuadradas 
22 
 
 
- Circulares 
 
- Triangulares, etc. 
 
- Compuertas curvas o alabeadas. 
 
 
d) Según el mecanismo de izado: 
 
 
- Compuertas deslizantes 
 
- Compuertas rodantes 
 
 
2.4 Definiciones para el diseño de compuertas. 
 
 
2.4.1 Presión hidráulica. 
 
- Para (Briceño , 2015). La presión hidráulica es aquella generada 
mediante un par de pistones en donde se aplica una fuerza ligera para generar una fuerza 
mucho mayor. Como es un procedimiento hidráulico, se utilizan pistones de agua que 
son los que forman una presión capaz de levantar cualquier objeto, como un auto o una 
máquina industrial. 
 
2.4.2 Caudal. 
 
Para (S.A.S., 2018). Como definición general, se conoce como caudal, a la 
cantidad de fluido que circula a través de una sección de un ducto, ya sea tubería, 
cañería, oleoducto, río, canal, por unidad de tiempo. Generalmente, el caudal se 
identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área determinada en una 
unidad de tiempo específica. 
2.4.3 Fluido 
 
Para (Davila, 2016) “Un fluido es un medio material continuo, deformable, 
desprovisto de rigidez, capaz de "fluir", es decir de sufrir grandes variaciones de forma 
bajo la acción de fuerzas.” 
https://www.fibrasynormasdecolombia.com/terminos-definiciones/rio-definicion-partes-caracteristicas-tipos-e-importancia/
23 
 
 
2.4.4 Fuerza hidrostática 
 
Para (Davila, 2016) La fuerza hidrostática, es aquella generada po el peso de 
un fluido en reposo puede llegar a provocar. Se trata de la presión que experimenta un 
elemento por el sólo hecho de estar sumergido en un líquido. 
Para (Fuerza Hidrostatica, Scribd) Una vez determinada la manera en la que la 
presión varia en un fluido en estado estático, podemos indagar la fuerza sobre una 
superficie sumergida, provocada por la distribución de presión, en un líquido en 
equilibrio estático. 
2.5 Empuje sobre las compuertas 
 
La fuerza que ejercen los fluidos en reposo sobre las superficies en contacto, 
sean las paredes delrecipiente ó la de los sólidos sumergidos, es la resultante de 
integrar las presiones en cada punto de esa superficie. 
 
 
Figura N°10 Fuerzas actuando sobre compuerta 
 
Fuente: (UPM, 2015) 
 
Para (UPM, 2015). El diagrama de presiones es función de la profundidad y 
por tanto tiene forma triangular. El empuje coincidirá con el área de este diagrama de 
presiones. (Fig.N°10) 
 
 
 
El empuje sobre este plano es el valor de la fuerza resultante, obtenida como el 
sumatorio de las que producen las presiones en cada franja de diferencial de superficie, 
24 
 
 
Siendo hCG la profundidad del centro de gravedad del plano considerado, hCG= ʃ h.dS 
 
/ ʃ dS  ʃ h.dS = hCG. ʃ dS ; donde hCG= ½ h E= FR = ʃ p.dS.= ʃ Ɣ.h.dS.= Ɣ. ʃ h.dS= 
Ɣ. hCG. ʃ dS= ½ Ɣ. h 2  E=½ Ɣ. h2 , que para una longitud del plano “L”; valdrá 
E=½ Ɣ. h2 . L. 
(UPM, 2015) dice. Esta expresiones coinciden con el área del triángulo 
formado por el diagrama de presiones, o con el volumen del prisma, si se aplica la 
longitud L. Si en lugar de calcular el empuje sobre una pared, lo hacemos sobre una 
compuerta, limitaremos la integral a la superficie de esta, como es el caso de la figura, 
en la que la compuerta AB sobre un plano sumergido que forma un ángulo ”α” con la 
superficie libre del fluido, está sometida a la presión de este, y por tanto a la fuerza de 
empuje “F”, aplicada en el punto C. Siendo “hC” la profundidad del punto de 
aplicación de F ó centro de empuje y “hG” la del centro de gravedad. (Fig. N°11) 
 
 
Figura N°11 Fuerza actuante en un cuerpo sumergido 
 
Fuente: (UPM, 2015) 
 
 
 
2.6 Diseño de compuertas y normas 
 
Para (METACOL, 2017). La selección correcta de un determinado tipo de 
compuerta hidráulica, depende de muchos factores como: la cabeza máxima de presión 
25 
 
 
del fluido, el tipo de fluido, el número de sellos requeridos, el tipo de sello exigido, la 
profundidad de la instalación, el sistema de accionamiento, la posición de 
funcionamiento, el espacio disponible, el ancho, la longitud del vástago ( Borde 
superior de la compuerta a punto superior de placa soporte actuador) etc. 
2.6.1 Norma para el Diseño de compuertas 
 
Para los aspectos normativos en el diseño de la compuerta, se ha realizado una 
búsqueda exhaustiva de las normativas nacionales e internacionales, que brinden o 
aporten de forma adecuada a el objetivo principal de este trabajo; siendo la norma 
NBR-8883, la que siendo un resumen de varias normativas internacionales, 
desarrollada en Brasil satisface diseños simples y complejos en lo que son todo tipo 
de compuertas planas y curvas. 
 
Además incluye en esta norma en la NBR-8883-4.1.9.4 la norma AISI y que 
luego incluye la norma SAE, para todos los materiales de aleaciones férreas. 
 
2.7 Calculo de uniones soldadas 
 
Según la American Welding Society (AWS) 
 
 
Símbolos de soldadura por arco y autógena 
 
 
 
 
Figura N°12 Tipo de soldadura 
Fuente: (Diseño mecánico, U Santiago de Chile) 
 
 
 
Soldaduras de filete: 
26 
 
 
a) El número indica el tamaño del cateto; la flecha debe apuntar sólo hacia 
una de las soldaduras cuando ambos lados son iguales. (Figura N°13) 
b) El símbolo indica que las soldaduras son intermitentes y con longitud de 
 
60 mm y con una distancia de 200 mm entre centros. (Figura N°14) 
 
 
 
 
 
Figura N°13 Soldadura de filete 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°14 Soldadura de filete 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
 
 
 
Soldaduras especiales de ranura: 
 
 
a) Unión en T para placas gruesas (Figura N°15) 
 
b) Soldaduras en U y J para placas gruesas (Figura N°16) 
27 
 
 
 
 
 
 
Figura N°15 Union T para placas gruesas 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°16 Soldaduras en U y J para placas gruesas 
 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
 
 
 
 
 
 
 
Soldadura con filetes transversales: 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°17 Soldadura con filetes transversales 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
28 
 
 
 
 
 
Figura N°18 Diagrama de cuerpo libre de Soldadura con filetes transversales 
 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
 
 
 
 
 
Usando la ley de los senos para el triángulo se tiene que: 
� � = � sin 𝜃 
� � = � cos 𝜃
 ℎ 
� = 
cos 𝜃 + sin 𝜃 
 
 
 
 
 
Los esfuerzos nominales a un ángulo θ en la estructura soldada, τ y σ, son: 
� � 
� = = 𝐴 
� sin 𝜃 (cos 𝜃 + sin 𝜃) 
= ℎ� 
� 
(cos 𝜃 sin 𝜃 + sin2 𝜃 ℎ� 
� � 
𝜎 = 𝐴 
� cos 𝜃 (cos 𝜃 + sin 𝜃) 
= ℎ� 
� 
= (cos2 𝜃 + sin 𝜃 cos 𝜃) ℎ� 
 
 
 
El esfuerzo de von Mises σ’ a un ángulo θ, se calcula mediante: 
 
1 
𝜎´ = (𝜎2 + 3𝜏2 )2 =
 
� 
[(cos2 𝜃 + sin 𝜃 cos 𝜃)2 + 3(sin2 𝜃 + sin 𝜃 cos 𝜃)2]
1⁄2 
ℎ� 
 
 
El esfuerzo de von Mises máximo ocurre en θ=62.5° con un valor de 
σ’=2.l6F/(hl). Los valores correspondientes de τ y σ son τ = 1.196F/(hl) y 
σ = 0.623F/(hl). El esfuerzo cortante máximo se puede encontrar diferenciando la 
ecuación para τ con respecto a θ e igualando a cero. El punto estacionario ocurre en 
θ = 67.5° con los valores correspondientes τmáx = 1.207F/(hl) y σ = 0.5F/(hl). 
29 
 
 
 
 
 
Soldaduras a tope y de filete: 
 
MODELO CONSERVADOR 
 
 
El método, que se basó en el empleo de un modelo simple y conservador, 
verificado mediante ensayos, consistió en: 
 
- Considerar que las cargas externas soportan fuerzas cortantes en el área de la 
garganta de la soldadura. Debido a que no se toma en cuenta el esfuerzo normal en 
la garganta, los esfuerzos cortantes se incrementan lo suficiente para hacer que el 
modelo sea conservador. 
- Utilizar la energía de distorsión para esfuerzos significativos. 
 
- Limitar los casos típicos por código. 
 
Para este modelo, la base del análisis o diseño de la soldadura utiliza la siguiente 
ecuación: 
 
 
𝜏 = 
�
 
0.707ℎ� 
1.414� 
= ℎ� 
 
 
Teórico: τmáx = 1.207F/(hl) 
 
 
 
 
 
 
 
30 
 
 
 
 
Figura N°19 Soldadura de filetes paralelas 
 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
 
 
 
Resistencia de las soldaduras 
 
Propiedades mínimas del metal de aporte: 
 
 
Figura N°20 Propiedades del metal de aporte 
 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
Esfuerzos permisibles del Código AISC para metal de aporte: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°21 Esfuerzos del metal de aporte 
 
Fuente: (USC, Diseño de uniones soldadas) 
31 
 
 
2.8 Formas de accionamiento en compuertas 
 
 
2.8.1 Accionamiento manual. 
 
(ACMA, 2018) afirma. El accionamiento se realiza a través de una tuerca de 
bronce, un husillo con rosca trapecial y un volante de maniobra cuyas características 
técnicas se describen en el diseño de las compuertas; también incluye rodamientos de 
bolas y casquillos de bronce. Este accionamiento en las compuertas de un solo husillo 
puede ser directo o bien mediante reductor y rodamientos axiales de bola o de rodillo. 
En el caso de compuertas con dos husillos, el volante accionará dos reductores y se 
instalará una caja de reenvío. (Fig. N°22) 
 
 
Figura N° 22 Accionamiento Manual 
 
Fuente: (ACMA, 2018) 
 
 
 
2.8.2 Accionamiento por motorreductor. 
 
(ACMA, 2018) dice. El motorreductor irá en función de las dimensiones y 
presión hidráulica en la compuerta. Dará una velocidad optima que produzca un 
mínimo desgaste del husillo en la subida de la compuerta (0.03 m/min). (Fig. N°23) 
32 
 
 
 
 
Figura N°23 Accionamiento Motorreductor 
 
Fuente: (ACMA, 2018) 
 
 
 
 
El accionamiento eléctrico irá acompañado de un limitador de par electrónico 
para evitar sobreesfuerzos, y dos finales de carrera. En compuertas de un husillo el 
motorreductor se acoplará directamente, en compuertas de dos husillos se colocará en 
el extremo o en el centro de la compuerta y siempre acompañado de dos reenvíos. 
Llevará además un volante de emergencia manual. 
2.8.3 Accionamiento por servomotor. 
 
Según(ACMA, 2018). En el servomotor irán alojados final de carrera y 
limitador de par, y mecanismo de regulación de la compuerta lo que permitirá regular 
los niveles. La posición del servomotor irá en función del número de husillos al igual 
que el motorreductor. 
2.8.4 Accionamiento hidráulico o neumático. 
 
Para (ACMA, 2018). Mediante cilindros neumáticos o hidráulicos, sólo tienen 
aplicación en compuertas de un solo husillo. El vástago se une directo a la tajadera y 
el cilindro se ancla al puente de la compuerta. El sistema será de apertura todo-nada. 
(Fig.N°24) 
33 
 
 
 
 
Figura N°24 Accionamiento Hidráulico 
 
Fuente: (Sapiensman, 2016) 
 
 
 
 
2.8.4.1 Tipos de cilindros hidráulicos 
 
De acuerdo con su efecto los cilindros hidráulicos se divide en: cilindro de 
efecto simple, cilindros de efecto doble. 
 Cilindro de Doble Efecto 
 
- Cilindro de vástago simple 
 
- Cilindro de doble vástago 
 
- Cilindros Telescópicos de Doble Efecto 
 
 Cilindros Hidráulicos de Simple Efecto 
 
- Cilindro tipo émbolo 
 
- Cilindros de Accionamiento Simple 
 
- Cilindros Telescópicos de Simple Efecto 
 
 
 
 
2.8.4.1.1 Cilindros hidráulicos de efecto doble de vástago simple 
 
Los cilindros de efecto doble poseen dos superficies de efecto opuesto, de igual 
o de distinto tamaño. Disponen de dos conexiones de tuberías independientes entre sí. 
(Fig. N°25) 
34 
 
 
 
 
 
 
Figura N°25 Cilindro de Doble Efecto 
 
Fuente: (Sapiensman, 2016) 
 
 
 
 
Los cilindros hidráulicos tienen varias componentes en su construcción interna 
que hacen que funcionen de la manera que funcionan. Este tipo de cilindro es el más 
apropiado para el control de compuertas que estén sumergidas, ya que de subida o de 
bajada se logra controlar completamente su desplazamiento. 
Partes de los Cilindros Hidráulicos se muestran en la imagen. 
35 
 
 
 
Figura N°26 Partes de Cilindros Hidraulicos 
 
Fuente: (Sapiensman, 2016) 
 
 
 
1. Rascador 
 
2. Sellos Hidráulicos 
 
3. Cabeza del cilindro 
 
4. Guía de vástago 
 
5. Vástago 
 
6. Barril 
 
7. Pistón 
 
8. Junta Tórica 
 
9. Guía de Pistón 
 
10. Sellos Hidráulicos 
 
11. Tuerca del pistón 
 
12. Tapa del cilindro 
 
 
2.9 Calculo de Fuerzas en el Cilindro 
 
Como se calculan las fuerzas a compresión y a tracción, va a depender 
de varias variables, las cuales se indican en el dibujo siguiente. (Fig. N°27) 
36 
 
 
 
 
 
Figura N°27 Cilindro Hidráulico 
 
Fuente: (Sapiensman, 2016) 
 
 
 
 
 
 
 
La fuerza máxima posible de cilindro F depende de la presión de 
servicio máxima admisible p y de la superficie efectiva A. 
F = p×πD2/4 
 
- D - diámetro del pistón 
 
- P - presión 
 
Si se alimenta un cilindro hidráulico con aceite a presión en el vástago 
del pistón p, éste genera la: 
F = p×π(D2-d2)/4 
 
- D - diámetro del pistón 
 
- d - diámetro del Vástago 
 
- P – presión 
 
Velocidad de un Cilindro con aceite a presión en el lado del pistón: 
 
V = 4Q/(πD2) 
 
- D - diámetro del pistón 
 
- Q - Caudal fluido 
 
Velocidad de un Cilindro con aceite a presión en el vástago del pistón: 
 
V = 4Q/(π(D2-d2)) 
http://www.hydraulic-calculation.com/es/article.php?ID=17
37 
 
 
- D - diámetro del pistón 
 
- d - diámetro del Vástago 
 
- Q - Caudal fluido 
 
 
 
 
2.10 Unidad hidráulica 
 
Las unidades de Potencia son sistemas hidráulicos completos integrados en un 
dispositivo compacto con capacidades de galonaje reducidas. Son utilizadas cuando 
se quiere levantar, empujar, jalar, voltear o mover un dispositivo mecánico. 
Las unidades hidráulicas cuentan con un motor, una bomba, válvulas de control 
hidráulico, un tanque y están listas para ser conectadas a uno o dos cilindros. 
Las unidades hidráulicas tienen funciones diferentes dependiendo del tipo de 
modelo que se utilice. Los funcionamientos de las unidades son: controlar un cilindro 
de simple acción, un cilindro de doble acción, dos cilindros de simple acción ó dos 
cilindros de doble acción. Las unidades hidráulicas logran este funcionamiento por 
medio de la ó las válvulas con las que viene integrada el sistema. (Fig. N°28) 
 
 
Figura N°28 Unidad Hidraulica 
 
Fuente: (HSNA) 
38 
 
 
 
 
Figura N°29 Elementos de un circuito hidráulico 
 
Fuente: (Automatización Industrial) 
 
 
 
 
 
2.11 Revestimientos protectores 
 
Según FAO: 
 
 
EL PROCESO DE CORROSION 
 
 
Para que el acero se corroa (es decir, para que se forme óxido) éste debe 
 
quedar expuesto al oxígeno o al aire. Además, el acero se corroe mucho más de prisa 
en presencia de otros agentes atmosféricos como el agua (lluvia o aire húmedo) y la 
sal (salpicaduras de agua salada). 
 
Hemos visto por conveniente desarrollar 2 tipos de revestimientos protectores: 
 
 
Pinte el acero normal con pinturas especiales 
 
 
El pintar el acero utilizando pinturas especiales es el método más común de 
proteger grandes estructuras de acero. Las superficies que se van a pintar se deberán 
limpiar cuidadosamente con un cepillo de acero (o preferiblemente mediante un 
chorro de arena). La capa inferior deberá consistir en un imprimador basado en zinc. 
39 
 
 
La segunda y tercera capas deberán consistir en una pintura de epoxi sobre base de 
brea y en otros casos, con bases pinturas poliméricas, como la CO-ALTAR. 
 
Proteja el acero con ánodos de zinc (protección catódica) 
 
 
Los ánodos de zinc se utilizan para prolongar más aún la vida útil de estructuras 
de acero sumergidas en agua del mar como, por ejemplo, pilones de acero, pontones, 
flotadores metálicos, etc. Los elementos de aluminio, en contacto con acero húmedo, 
quedan expuestos también a la corrosión galvánica. 
 
Protección catódica.- 
 
 
La protección catódica, previene la corrosión al convertir todos los sitios 
anódicos (activos) de la superficie metálica en sitios catódicos (pasivos) mediante el 
suministro de corriente eléctrica (o electrones libres) desde una fuente alterna. 
 
Generalmente esto toma la forma de ánodos galvánicos que son más activos que 
el acero. Este método también se conoce como sistema de protección catódica por 
ánodos de sacrificio, ya que los ánodos galvánicos se sacrifican a sí mismos para 
proteger el acero estructural o la tubería de la corrosión. 
 
En el caso de los ánodos de aluminio, la reacción en la superficie de aluminio 
es (4 iones de aluminio más 12 electrones libres): 
 
4Al => 4AL+++ + 12 e- 
 
 
y en la superficie metálica (Gas oxígeno convertido en iones de oxígeno que se 
combinan con agua para formar iones hidroxilo): 
 
3O2 + 12e- + 6H20 => 12OH- 
http://www.stoprust.com/sacrificial-anodes.htm
40 
 
 
 
 
Siempre que la corriente (electrones libres) llegue al cátodo (acero) más rápido 
que el oxígeno, no se presenta corrosión. (Figura N°30) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°30: Sistema de protección catódica por ánodo de sacrificio en agua 
 
Fuente: (Cathodic Protection) 
41 
 
 
CAPÍTULO 3 
 
 
3 DESARROLLO DE LA METODOLOGIA DE CÁLCULO 
 
3.1 Información general 
 
 
3.1.1 Objeto 
 
El objeto del trabajo es el desarrollo de una metodología de diseño de una 
compuerta plana tipo vagón. Además el desarrollo de cálculo del sistema de izaje 
hidráulico, el cual es el más apropiado para este tipo de compuertas. 
 
 
 
3.2 Aspectos generales 
 
 
3.2.1 Descripción general 
 
En esta metodología desarrollaremos una compuerta plana tipo vagón de 
sección rectangular, deslizante por rodillos esto,para decrecer los esfuerzos de 
maquinación, esta compuerta es ideal para desarrollar la metodología pues presenta 
espacioso rango de fabricación en cuanto a dimensiones, cargas de agua e incluso 
materiales según el requerimiento. Además en su accionar tiene amplio rango de 
posibilidades. 
 
Las medidas propuestas para esta compuerta, se encuentran entre un rango de 
altura de cierre que van desde 3m hasta10m y con anchos de 1m a 5m 
 
Tomándose en este caso una altura de 3m y un ancho de 3.5m para la compuerta. 
 
 
El agua se asume que esté libre de sedimentos, esto por un desarenador previo, 
además el izaje de esta deberá ser fiable, por lo cual se decidió por uno de tipo 
hidráulico y un sistema de sellado con sellos de tipo nota musical 
42 
 
 
3.3 Componentes y equipos de la compuerta a desarrollar 
 
Haciendo un análisis se ve que la compuerta más apropiada para el 
desarrollo de la metodología es una de tipo vagón , esto debido que es la más 
recomendable para alturas medias. Asumiendo: 
 
Ancho libre 3.00 m 
 
 
Alto libre 3.50 m 
 
 
Carga de agua de proyecto 6.00 metros 
 
 
 Otros equipos 
 
Sistema Hidráulico para accionamiento de compuerta de captación y 
sus accesorios. 
 
3.4 Elementos a Calcular de la Compuerta 
 
 
3.4.1 Objetivo 
 
El objetivo de esta etapa es el cálculo estructural y la determinación de 
las fuerzas principales para el izaje de Compuerta. 
 
3.4.2 Descripción 
 
La compuerta deberá cubrir un vano de 3.00 x 3.50 m y estará conformada por 
una plancha principal de 12 mm de espesor y de dimensiones 3300 x3560 mm. El izaje 
de la compuerta se realizara en forma automática ante un incremento del nivel definido 
como máximo. El sistema de accionamiento estará compuesto por una unidad 
electrohidráulica (UEH). 
 
El modo normal de operación será impulsando fluido hidráulico a presión al 
cilindro de las compuertas mediante la bomba hidráulica accionada por un motor 
eléctrico. 
43 
m3 
 
 
3.4.3 Datos del diseño 
 
Para el cálculo de la estructura de la compuerta se tendrán en cuenta los 
siguientes parámetros de diseño: 
 
Ancho del vano: 3000 mm 
 
Altura del vano: 3500 mm 
 
Altura de compuerta, altura de sellado: 3580 mm 
 
Ancho de la compuerta, ancho entre centro de ruedas: 3142 mm 
 
Carga de agua del proyecto: 6 m 
 
Máxima presión diferencial (Ap): 6000 mm 
 
Para el cálculo de la fuerza de izaje se adopta un desnivel máximo de 
6000 mm 
Densidad del agua: 1000 
Kg⁄
 
Peso específico del agua con sedimentos: 11.2 KN⁄m3 
 
 
 
 
 
3.4.4 Materiales y tensiones admisibles 
 
Para la estructura y escudo de la hoja de la compuerta se utilizaran los siguientes 
materiales con sus propiedades mencionadas: 
 
Planchas y perfiles (TIPO T): ASTM A-36 
 
 
Esfuerzo de fluencia 248.4 Mpa
 
Esfuerzo a la tensión 135.0 Mpa
 
Esfuerzo de flexión 135.0 Mpa
 
Esfuerzo de corte 95.0 Mpa
 
Esfuerzo a la compresión 95.0 Mpa
 
Modulo de rigidez de Young E=21 × 105 Mpa
 
44 
 
 
 
 
 
 
3.4.5 Descripción del diseño de la estructura de la compuerta 
 
Tratándose de una carga hidrostática, se va a utilizar chapa de espesor 
constante y vigas del mismo tipo, para esto la altura de la compuerta se divide en 6 
tramos horizontales de modo que la solicitación de las vigas sea aproximadamente 
equivalente para la condición de máxima presión hidrostática. Para las vigas verticales 
se tiene 5 tramos distanciados cada 610 mm, como se indica en la siguiente 
distribución de vigas. Se calculara la viga horizontal en la posición más baja, por ser 
la más cargada, determinando la presión a ese nivel. 
 
 
 
 
 
Figura N°31 . Distribución de paneles en la Compuerta. 
45 
 
 
FUENTE: (Elaboración propia) 
 
 
 
 
3.4.6 Cálculo del Presiones hidrostáticas en los paneles 
 
Tenemos la figura N° 31. Distribución de vigas, donde se forman los 
paneles 6 paneles ubicados en su respectivo tramo. 
 
Las presiones hidrostáticas en el centro de los paneles se muestran en la 
figura N°32. 
 
 
 
 
Las presiones hidrostáticas se muestran en la Figura N°32 
 
 
 
 
Figura N°32 Alturas de las presiones hidrostáticas 
Fuente: Elaboración propia 
46 
 
 
 PRESIONES EN PANELES 
 ALTURA EN 
MEDIO DEL 
PANEL 
 DIMENSIÓN 
DE PANEL 
 ALT. BORDE 
SUPERIOR 
 PANEL 
 
 
H 1 43.00 242.0 263.5 
H 2 88.00 285.0 329 
H 3 74.00 373.0 410 
H 4 65.00 447.0 479.5 
H 5 62.00 512.0 543 
H 6 26.00 574.0 587 
HH 600.0 
Tabla N°1 Presiones en los paneles 
Fuente: (elaboración propia) 
 
 
3.4.7 Cálculo de los esfuerzos en los paneles 
 
Se considera plancha de acero ASTM A-36 de 12 mm de espesor para el escudo 
de la compuerta y se toman las consideraciones de la norma DIN 19704 para la 
determinación de los esfuerzos. 
 
Análisis del panel H1 
 
 
La presión en el centro del panel es: 
 
 
𝑃1 = 
𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎 ×� 𝐴 
(� 𝑃� ) 
1000 
 
 
𝛾� � � � = 11.4 � � ⁄� 3 
 
(peso especifico del agua con sedimentos) 
 
 
H 1= 2.635 m (altura de columna de agua al centro del panel) 
𝑃1=0.030039 � 𝑃�
 
Por lo tanto el esfuerzo en el panel: 
 
 
Se determina con la fórmula que relaciona el espesor del escudo o 
pantalla de compuerta, haciendo uso de la Tabla N° 1. Norma NBR 8883-4.1.9.4 
que establece lo siguiente: 
47 
 
 
𝜎 = ± 
𝑃 × � 2 × � 𝑖
 
100 × � 2 
 
 
Donde: 
𝜎: Esfuerzo de flexión debido a la presión hidrostática pura.
 
� 𝑖 : Coeficiente en función de las condiciones de apoyo, de Tabla N° 3.
 
Norma NBR 8883 
� : Menor dimensión de la placa (panel)
 
� : Mayor dimensión de la placa (panel)
 
� : Espesor de la plancha utilizada para el escudo
 
𝑃: Presión hidrostática pura en el centro de la placa o panel
 
A continuación se muestra la Tabla N°2. De la norma NBR 8883-4.9.2.1, 
 
y también se muestra la Tabla N°3. Donde están interpolados los coeficientes 
� para el cálculo de esfuerzos en la placa para cuatro lados empotrados.
 
48 
 
 
 
 
 
 
Tabla N°2. Coeficientes k para el cálculo de esfuerzos en la placa 
 
Tabla Extraída de la norma NBR 8883-4.9.2.1 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°33 Esfuerzos actuando en la placa 
 
Fuente: Design of Hidraulic gates 
49 
 
 
 
 
Figura N°34 Panel o placa 
 
Fuente: Design of Hidraulic gates 
 
 
 
Se muestra en el dibujo los esfuerzos del panel o placa. 
 
 
Tabla N° 3. Norma NBR 8883-4.1.9.4 
 
COEFICIENTES k PARA CALCULO DE ESFUERZOS EN LA 
PLACA CONSIDERANDO CUATRO LADOS EMPOTRADOS 
 
 COEFICIENTES K PARA CALCULO DE ESFUERZOS 
EN LA PLACA : 
 CUATRO LADOS EMPOTRADOS 
b/a K1x K1y K4y K3x 
Infinito 25 7.5 34.2 50 
3 25 7.5 34.3 50 
2.5 25 8 34.3 50 
2.4 24.94 8.3 34.3 49.98 
2.3 24.88 8.6 34.3 49.96 
2.2 24.82 8.9 34.3 49.94 
2.1 24.76 9.2 34.3 49.92 
2 24.7 9.5 34.3 49.9 
1.9 24.38 10.02 34.3 49.3 
1.8 24.06 10.54 34.3 48.7 
1.75 23.9 10.8 34.3 48.4 
1.7 23.54 11.08 34.3 47.82 
1.6 22.82 11.64 34.3 46.66 
1.5 22.1 12.2 34.3 45.5 
1.4 20.78 12.72 34.14 43.42 
1.3 19.46 13.24 33.98 41.34 
1.25 18.8 13.5 33.9 40.3 
1.2 17.78 13.54 33.3 38.42 
1.1 15.74 13.62 32.1 34.66 
50 
 
 
Para el panel H1: a= 430 mm, b= 610 mm, t= 12 mm 
 
 
Por lo tanto los esfuerzos en el panel H1: 
 
 
𝜎� 1 = 
𝑃𝐴 × �
2 × � 𝑖
 
100 × � 2 
 
 
𝜎� 1 = 
0.03004 × 4302 × � 𝑖
 
100 × 122 
 
 
Con, 
� 
= 
610 
= 1.42 y de la Tabla N° 3. Se obtienen: 
� 430 
 
 
� 1� = 21.1
 
� 1� = 12.6
 
� 4� = 34.18
 
� 3� = 43.8
 
Por lo tanto los esfuerzos principales que actúan en la placa o en el panel 
 
H1 de la compuerta son: 
𝜎1� = ±8.14 � 𝑃�
 
𝜎1� = ±4.87 � 𝑃�
 
𝜎4� = ±13.18 � 𝑃�
 
𝜎4� = ±0.3𝜎4� = ±3.96 � 𝑃�
 
𝜎3� = ±16.90 � 𝑃�
 
𝜎3� = ±0.3𝜎3� = ±5.07 � 𝑃�
 
Como se puede observar de todos los esfuerzos principales, para el valor 
 
de mayor valor tenemos: 
51 
 
 
Esfuerzo equivalente: 𝜎� �
 
𝜎� � = 16.90 � 𝑃�
 
Considerando un factor de corrección � = 0.87 de la Tabla N° 4. De la
 
norma NBR 8883-4.8.7.1; y sabiendo que el esfuerzo de fluencia 𝑆� =
 
248.4 � 𝑃� (ASTM A36), se puede calcular el esfuerzo admisible para
 
comparar los valores calculados anteriormente: 
𝜎� � 𝑚 = � × 𝑆�
 
𝜎� � 𝑚 = 0.87 × 248.4 � 𝑃�
 
𝜎� � 𝑚 = 216.46 � 𝑃�
 
𝜎� � = 16.90 < 216.46 � 𝑃�
 
EL FACTOR DE SEGURIDAD: � 
 
 
� = 
𝜎� � 𝑚
 
𝜎�� 
 
 
216.46 � 𝑃� 
� = 16.90� 𝑃� 
 
 
� = 12.81
 
Este valor es superior a los factores de seguridad recomendados por la NBR 
8883, por lo tanto cumple con las expectativas de la resistencia, (� = 2 � 3)
 
52 
 
 
Tabla N°4 Coeficientes para caculo de esfuerzos admisibles 
 
Tomado de la norma NBR 8883 
 
 
53 
 
 
Tabla N°05 Resultados de esfuerzos y factores de seguridad de los paneles. 
 
Fuente: (Elaboracion propia) 
 
 Tabla resumen de calculo 
 Descripción unidad 
Panel 1 2 3 4 5 6 
Dimensiones a cm 43 61 61 61 61 26 
Dimensiones b cm 61 88 74 65 62 61 
Relación de lados b/a s/unid 1.42 1.44 1.21 1.07 1.02 2.35 
Altura de agua H m 2.64 3.29 4.10 4.79 5.43 5.87 
Presión en el centro Mpa 0.0300 0.0375 0.0467 0.0546 0.0619 0.0669 
k1x s/unid 21.11 21.32 18.00 15.10 13.90 24.91 
k1y s/unid 12.62 12.50 13.52 13.64 13.68 8.45 
k4y s/unid 34.18 34.21 31.60 31.80 31.20 34.30 
k3x s/unid 43.81 44.23 38.91 33.90 31.60 49.97 
σ1x Mpa 8.14 20.66 21.74 21.31 22.23 7.83 
σ1y Mpa 4.87 12.11 16.33 19.25 21.88 2.65 
σ4y Mpa 13.18 33.16 38.17 44.87 49.91 10.78 
σ4x Mpa 3.96 9.95 11.45 13.46 14.97 3.23 
σ3x Mpa 16.90 42.87 46.99 47.83 50.55 15.70 
σ3y Mpa 5.07 12.86 14.10 14.35 15.16 4.71 
σeq Mpa 16.90 42.87 46.99 47.83 50.55 15.70 
σadm Mpa 248.80 248.80 248.80 248.80 248.80 248.80 
σadm corregido Mpa 216.46 216.46 216.46 216.46 216.46 216.46 
coeficiente de seguridad s/unid 12.81 5.05 4.61 4.53 4.28 13.79 
 
 
 
3.4.8 Cálculo de la deflexión de la placa o panel. 
 
Para el cálculo de la deflexión, en el libro de compuertas hidráulicas de Ferreira 
Erbisti, establece el coeficiente 𝛼 (Timoshenko) en función de la relación (b/a) y lo
 
calcula de la siguiente manera: 
 
 
𝛼𝑝� 4
 � = 
� � 3 
(� � ) 
 
Donde: 
𝛼= Coeficiente de Timoshenko Tabla N°5. Coeficientes 𝛼 
 
𝑝= Presión hidrostática en el centro de la placa ( 
𝑁 
) 
� 𝑚2 
 
� = Espaciamiento entre los perfiles verticales (� � )
 
54 
 
 
� = Modulo de elasticidad del acero ( 
𝑁 
) 
� 𝑚2 
 
� = Espesor de la plancha utilizada (� � )
 
Tabla N° 6. Coeficiente 𝛼 
Tomada del libro de compuertas hidráulicas de Ferreira Erbisti II edición. 
 
 
 
 
 
 
 
Se calcula para la placa H1: 
� ⁄� = 1.42 ; 𝛼 = 0.0227 ; � = 61 � �
 
𝑃𝐴 = 0.03004� 𝑃� = 3.004 
� ⁄� � 2
 
� = 2.1 × 105 � 𝑃� = 2.1 × 107 � ⁄� � 2 
 
� = 1.2� �
 
Se reemplazan valores en la ecuación de flexión: 
𝑦 = 0,026� �
 
𝑦 = 0.26� �
 
 
Tabla N°7 Deflexiones de placas 
Fuente : (Elaboración Propia) 
 CUADRO RESUMEN 
Panel 1 2 3 4 5 6 
Relación b/a 1.42 1.44 1.21 1.07 1.02 2.35 
Coeficiente α 0.0227 0.0229 0.0189 0.0155 0.0143 0.0279 
Presión N/cm2 3.004 3.751 4.674 5.461 6.190 6.692 
Deflexión mm 0.2602 0.3277 0.3371 0.3229 0.3378 0.7124 
55 
 
 
Considerando una deflexión admisible: 
 
 
� � � � 𝑚 = 500 
 
 
� = 610� �
 
� � � 𝑚 = 1.22 � �
 
Se puede observar, del resultado de flexiones para los diferentes paneles o placas 
 
las deflexiones son menores que la deflexión admisible, por lo tanto cumple con las 
expectativas de deflexión. 
 
3.4.9 Cálculo de las vigas horizontales 
 
Cantidad de vigas horizontales en la compuerta 
Para determinar la cantidad de vigas que tendrá la compuerta, el libro de 
compuertas hidráulicas de Ferreira, establece la siguiente ecuación: 
 
 
100 × ℎ � 𝑚 
� 0 = 
√ 
� 2𝜎� � 𝑚 
 
 
 
 
Donde: 
� 0: Numero mínimo de vigas horizontales
 
ℎ: Altura de sellado de la compuerta (� )
 
𝜎� � 𝑚 : Esfuerzo admisible de flexion del acero(� 𝑝� )
 
� : Espesor de la plancha principal (� � )
 
� 𝑚 : Metros de columna de agua de la compuerta (� )
 
ℎ = 3.58 �
 
� 𝑚 = 6.0 �
 
� = 12 � �
 
56 
 
 
El esfuerzo admisible de flexión de acuerdo a la TABLA N°7. Del libro de 
compuertas hidráulicas de Ferreira es: 
𝜎� � 𝑚 = 0.68𝑆�
 
𝜎� � 𝑚 = 0.68 × 248 � 𝑃�
 
𝜎� � 𝑚 = 168.64 � 𝑃�
 
Reemplazando en la formula anterior se tiene: 
 
 
� 0 =
 100 × 3.58 √ 
12 
6.0 
2 × 168.64 � 0 = 3.97
 
Por lo tanto, se usa 5 vigas horizontales que cumplen con las expectativas. 
 
 
 
 
 
 
Tabla N° 8. Coeficientes para cálculo de esfuerzo admisible 
Tomada del libro de compuertas hidráulicas de Ferreira Erbisti II Edición 
 
 
 
Esfuerzos 
Caso de carga 
Normal Ocasional Excepcional 
Tracción axial, Tracción y 
Compresión a Flexión 
 
0.68 
 
0.76 
 
0,89 
Compresión a flexión 
cuando necesita una 
verificación de estabilidad 
 
 
0.59 
 
 
0.68 
 
 
0.79 
cortante 0.39 0.44 0.51 
Esfuerzo de compresión 0.76 0.82 0.92 
 
 
 
 
3.4.10 Esfuerzos en la viga horizontal 
Consideremos la más baja, por ser la más cargada, por lo que la presión a este 
nivel es: 
 
 
𝑃 =
 
𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎 ×�
 
1000
 
(� 𝑃� )
 
57 
 
 
 
 
𝛾� � � � = 11.2 � � ⁄� 3 
 
 
H= 5.74 m 
𝑃=0,0654 � 𝑃�
 
El área de influencia: 𝐴𝑖
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura N°35 Área de influencia 𝐴𝑖 
� = 12 � �
 
� = � = 570 � �
 
� 𝑈 = � � � � � � � � � 𝑖�
 
� 𝑈 = 24 � 
 
� 𝑈 = 288 � �
 
𝐴𝑖 = � × � 𝑈 − 4(
 
� 𝑈 
2 
) 8
 
2882 
𝐴𝑖 = 610 × 288 − 4( 8 
)
 
𝐴𝑖 = 134208 � �
2
 
La carga distribuida es: 
 
 
𝜔 = 
𝑃 × 𝐴𝑖
 
� 
 
𝜔 = 14.38 � ⁄� �
 
58 
� 
� 
� = 
 
 
El momento flector máximo es: 
 
� � = 
𝜔×𝐿2
 
12 
 
� � = 445899.8 � . � �
 
 
 
Las propiedades de la sección analizada, utilizando un perfil “T” de planchas 
 
(ASTM-A36) son: 
� � � = 19.5 × 10
6 � � 4 (Momento de Inercia)
 
� 𝐶 = 162 � � (Distancia del eje neutral a la fibra exterior)
 
� � = 97 � � (Distancia del eje neutral a la fibra exterior)
 
� 𝐶 = 120 × 10
3 � � 3(Coeficiente de sección a compresión)
 
� � = 201 × 10
3 � � 3 (Coeficiente de sección a tracción)
 
Calculamos los esfuerzos: 
 
� � 
𝜎𝐶 = 
𝐶
 
� � 𝜎� = 
� 
= 3.71 � 𝑃� < 95 � 𝑃�
 
= 2.21 � 𝑃� < 95 � 𝑃�
 
 
Se observa que los esfuerzos calculados son menores que el esfuerzo 
admisible, por lo tanto cumple con las expectativas. 
 
3.4.11 Deflexión en la viga horizontal 
 
La deflexión máxima en el centro de la viga es: 
 
𝜔×𝐿4
 
𝑚� � 384×𝐸×� 
 
Donde: 
𝜔 = 14.38 � ⁄� � 
 
� = 610 � �
 
59 
 
 
� = 2.1 × 105 � ⁄� � 2
 
� � � = 19.5 × 10
6 � � 4
 
Reemplazando en la formula anterior: 
� 𝑚� � = 1.08 × 10
−3 � �
 
� 𝑚� � = 0.00126 � �
 
La deflexión admisible es: 
 
� � � � 𝑚 = 750 
; � = 610 � �
 
� � � 𝑚 = 0.81 � �
 
� 𝑚� � < � � � 𝑚 Cumple con las expectativas de deflexión.
 
 
 
3.4.12 Calculo de uniones soldadas (panel) 
 
CALCULO DE LA UNION SOLDADA AL CORTE 
 
 
𝜏 = 
�
 
0.707ℎ� 
1.414� 
= ℎ� 
 
 
Debemos despejar L (largo del cordón), para encontrar la longitud del cordón, el 
filete y el espesor ambos de 5mm. 
 
Luego de la Tabla N°6, resultados de esfuerzos y factores de seguridad en los 
paneles tenemos: 
 
a) Los valores máximos de esfuerzos, se ubican en la fila N°5 con un esfuerzo 
equivalente de 50.55 Mpa 
b) Las dimensiones del panel son 610mm*620mm, con un espesor de la 
plancha igual a 12mm y el refuerzo de la platina de e=5mm. 
c) Entonces, primero debemos encontrar la fuerza usando la formula mostrada 
al inicio del ítem. 
60 
 
 
F=19,1079KP 
 
 
 
 
d) Luego hallamos el esfuerzo al corte y tenemos que: 
T=0.5 σMAX 
 
Entonces si usamos el electrodo E= 60xx, el σMAX=345MPa 
 
 
T=172.5MPa; luego reemplazando este valor hallamos la longitud del cordón 
 
 
L=31.92mm 
 
 
Esto significa que un cordón de L= 31.92mm, de filete triangular de 5mm de lado 
y con electrodo de E=60xx, permitirá soportar la presión máxima existente. 
 
Nosotros por un tema estructural hemos elegido cordones de 20mm de filete, 
ángulo de 5mm y paso igual a 150mm; todo alrededor del panel y ello es 
aproximadamente 24 cordones que supera largamente la resistencia. 
 
3.4.13 Sellos 
 
Los sellos serán de tipo nota musical, para másespecificaciones revisar Anexo 1 
� � � = � × 𝑃 × � × �
 
Donde: 
� : Coeficiente de rozamiento por deslizamiento
 
Para Neoprene- Acero, � = 0.40
 
𝑃: Presion media sobre los sellos, para producir el sellado de la compuerta.
 
61 
 
 
 
 
Figura N°36: Sello superior vista lateral 
 
 
 
Figura N°37: Sello lateral vista lateral 
 
 
 
 
 
 
Figura N°38: Sello inferior vista lateral 
62 
 
 
 
 
Figura N°39: Sello inferior vista superior 
 
 
 
 
 
3.4.14 Peso propio de la compuerta de bocatoma 
 
Es la suma de los pesos de los siguientes elementos, se resume en la siguiente 
tabla: 
 
Tabla N° 9. Peso de la compuerta por componentes 
Fuente: ( Elaboración Propia) 
 
 PESO DE COMPUERTA 
 PESO 
TOTAL DESCRIPCIÓN MATERIAL ESPESOR ANCHO LARGO CANTIDAD 
Plancha principal A-36 12 3300 3650 1 1134.64 
Alma viga horizontal A-36 9 250 3268 5 288.61 
Ala viga horizontal A-36 12 100 3268 5 153.92 
Atiezador vertical A-36 12 250 3650 4 343.83 
Atiezador vertical A-36 8 250 3650 4 229.22 
Porta sello lateral A-36 6 40 3650 2 13.75 
Porta sello horizontal A-36 6 60 3200 2 18.09 
barra refuerzo A-36 25 50 3650 2 71.63 
barra porta guía lateral A-36 25 40 3650 2 57.31 
platina de fijación de sellos A-36 12 50 3200 2 30.14 
platina de fijación de sellos A-36 12 50 3650 2 34.38 
Peso estructura 2375.52 
 PESO 
TOTAL DESCRIPCIÓN MATERIAL PESO APROXIMADO CANTIDAD 
ruedas metálicas A-36 35.0 4 140.00 
pin y sujetador de ruedas A-36 14.0 4 56.00 
sellos neopreno 45.0 1 45.00 
pernería A-36 35.0 1 35.00 
planchas conexión rotula A-36 36.0 1 36.00 
soldadura 4% peso total 95.0 1 95.02 
Peso accesorios 407.02 
63 
� 2 
 
 
PESO TOTALDE LA COMPUERTA 2782.54 
 
 
 
 
 
Con lo cual la compuerta tiene un peso aproximado de 2782.52 kilos 
 
 
 
 
 
3.4.15 Fuerzas principales para el izaje de la compuerta 
 
Las fuerzas principales que se debe vencer para la maniobra de la compuerta 
 
son: 
 
 
- Fuerza por el peso propio de la compuerta de bocatoma: 
� � � = 2782.52 � �
 
 
 
- Fuerza por la resistencia producida por el rozamiento de la rodadura 
de las ruedas de acero y el riel de rodadura a causa de la presión: 
� � � = � × 𝑃 × � × �
 
Donde: 
� : Coeficiente de rozamiento a la rodadura
 
Acero-acero, � = 0.10
 
𝑃: Presión en el centro de gravedad de la compuerta
 
� � � = 4.25 � (Altura hidrostática al c.g.)
 
𝑃 = 4250 � � ⁄
 
� : Ancho de la compuerta, � = 3.00 �
 
64 
� 2 
 
 
� : Altura de la compuerta, � = 3.50 �
 
Reemplazando valores en la formula anterior: 
� � � = 4462.5 � �
 
- Fuerza por rozamiento de sellos a causa del deslizamiento durante la 
 
operación de izaje: 
� � � = � × 𝑃 × � × �
 
Donde: 
� : Coeficiente de rozamiento por deslizamiento
 
Para Neopreno- Acero, � = 0.40
 
 P: presión media sobre los sellos, para producir el sellado de la 
compuerta. Se estima un presión media de 4250 
� � ⁄ 
� : Ancho de la compuerta, � = 3.00 �
 
� : Altura de la compuerta, � = 3.50 �
 
Reemplazando en la formula anterior: 
� � � = 1785 � �
 
Fuerza total máxima para el izaje de la compuerta: 
� � 𝑚� � = � � � + � � � + � � �
 
� � 𝑚� � = 2782.5 + 4462.5 + 1785
 
� � 𝑚� � = 9030 � �
 
Para el diseño del sistema de accionamiento incrementamos esta fuerza en un 65%, 
 
como factor de seguridad, resultando: 
65 
 
 
Fuerza de izaje de diseño: � 𝑖�
 
� 𝑖� = 1.65 × � � 𝑚� �
 
� 𝑖� = 1.65 × 9030 � �
 
� 𝑖� = 14899.5 � �
 
3.5 Calculo de los elementos de Izaje 
 
 
3.5.1 Datos compuerta: 
 
Dimensiones: 
 
 
o Altura : H = 3,50 m. 
 
o Ancho : b = 3.0 m. 
 
o Espesor: e = 12 mm = 12.0 * 10–3 m. 
 
 
 
 
 
3.5.2 Cálculo de la fuerza hidrostática 
 
Calculando para las condiciones más desfavorables tenemos: 
Área de compuerta: A 
A=10. 5 m2 
 
 
Altura de columna de agua donde se ejerce la fuerza hidrostática; Hg 
 
 
Gravedad: g = 9,81 m/s2 
 
 
 
Densidad del agua: agua = 1000 kg/m3 
 
 
FH  agua * g * H g * A 
 
 
FH=437771.25 N 
66 
 
 
3.5.3 Cálculo de la fuerza de rozamiento 
 
Calculado anteriormente en los elementos a calcular en la compuerta (3.4.15) : 
Fuerza por rozamiento de sellos a causa del deslizamiento durante la operación de 
izaje y Fuerza por la resistencia producida por el rozamiento de la rodadura de las 
ruedas de acero y el riel de rodadura a causa de la presión: 
 
Froz=6247.5 
 
 
3.5.4 Cálculo de la fuerza de izaje 
 
De lo desarrollado en (3.4.14) 
� 𝑖� = 14899.5 � �
 
3.5.5 Cálculo de la potencia mecánica de izaje 
 
Fizaje 
P 
*V
izaje
 
(HP) m 
76 
 
 
Fizaje  14899.5kg 
 
 
V
izaje  70 
cm 
min 
 0,0116 m 
 
seg 
 
 
Obteniendo: 
 
 
Pm  2.27HP Pm  1.74KW 
 
 
3.5.6 Dimensiones del cilindro hidráulico 
 
Diámetro del embolo: D = 120mm 
 
 
Diámetro del vástago: d = 60mm 
 
 
Área de la cámara del embolo: Aemb = 113 cm
2. 
Área de la cámara del vástago: Avas = 84.8 cm
2
 
67 
 
 
Carrera del cilindro: L = 3500 mm 
 
 
3.5.7 Caudal necesario 
 
V
izaje
 
Q 
* A
vas
 
(litros / min) 
1000 
 
 
Vizaje  70 
cm 
min 
 
 
Avas = 84.8 cm
2
 
 
 
Q  5,9 litros 
min 
 
 
3.5.8 Tiempo de izaje de la compuerta 
 
L 
t 
Viza je 
 
 
Carrera del cilindro: L = 3500mm = 350cm 
 
 
Vizaje  70 
cm 
min 
 
 
t =5.0 min 
 
3.5.9 Calculo de la presión de trabajo del cilindro hidráulico en la cámara del 
vástago 
 
Fiza je 
P 
AVa sta g o 
 
 
Fizaje  14899.5kg 
 
 
Avas = 84.8 cm
2
 
 
 
P  175,7bar 
 
 
Presiones nominales para cilindros; 160; 200; 250 bar 
68 
d 
 
 
DIN 24334 
 
 
DIN ISO 3320/3322 
 
 
PN=250 bar 
 
 
3.5.10 Cálculo del diámetro de la tubería 
 
Material acero St 35 
 
 
 
d
i 
 4,6 
Q 
(mm) 
V 
 
 
Q =5.9 litros 
min 
 
 
V= 6 m 
seg 
(para presiones mayores a 200bar) 
 
 
d 
i =4,6mm 
 
 
Tubería normalizada St 35 
 
 
Diámetro interno: d i =7,0mm 
 
 
Espesor : S=1,5mm 
 
 
Diámetro externo: ds =10.0mm 
 
 
Presión nominal: PN= 320 bar 
 
 
-Se determina que el diámetro interno es: d i =7,0mm 
 
 
-Corregimos la velocidad: V 
 
 
V  2,12 * 
Q 
(m )
 
2 s 
i 
69 
0 
 
 
Q =5,9liros/min 
 
 
d
i =7.0 mm 
 
 
V =2.6m/s 
 
 
3.5.11 Pérdidas de presión por longitud de tubería 
 
Numero de Reynolds: Re 
 
 
R = 
V * d i *1000 
e 



V=2.6m/s 
 
 
d i =7mm 
 
 
 =20 mm
2
 
s 
(viscosidad a T  60
0 C ) 
 
 
R
e =910 (flujo laminar) 
 
 
Valor de rozamiento: 


64 
 = 
Re 
 
 
R
e = 910 
 
 
 =0,070 
 
 
Perdidas de presión por longitud de tubería 
 
 
p1 
l 
 *  *V 2 *10 

2 * d i 
70 
kg 
 
 
 =0,89 
 
dm
3 (densidad del aceite) 
 
 
 =0,070 
 
 
V=2,6m/s 
 
 
d i =7mm 
 
 
p1 
l 
 
=0,30 bar/m 
 
 
La longitud que se considera es la distancia desde las centrales oleo hidráulicas 
hasta los cilindros hidráulicos que accionan las compuertas de admisión (L=15m) 
 
Entonces las pérdidas por presión son: 
 
 
p1 = 0,30 
bar 
*15m 
m 
 
 
p1 =4,5bar 
 
 
3.5.12 Perdidas de presión por codos accesorios válvulas 
 
Estimado: 
 
 
p2 =15bar 
 
 
3.5.13 Presión total considerando las perdidas 
 
Pt  P  P1  P2 
 
 
P =176,2bar 
 
 
P1 =4,5bar 
 
 
P2 =15bar 
71 
 
 
Pt =195,7bar 
 
 
3.5.14 Potencia hidráulica de la bomba 
 
 
Pb 
Pt * Q 
600 *b 
 
(kw) 
 
 
P
t =195,7bar 
 
 
Q =5,9L/min 
 
 
b  0.90 (Eficiencia de la bomba) 
 
 
Pb  2,1kw 
 
 
3.5.15 Potencia del motor eléctrico 
 
 
Pme  
Pb 
me 
 
 
Pb  2,1kw 
 
 

mc 
 0,90 
 
 
Pmc  2,33kw 
 
 
Motor eléctrico trifásico, potencia: 3kw velocidad: 1740rpm 
 
 
3.5.16 Cálculo de la capacidad del tanque de aceite 
 
o Caudal de la bomba : Q  5,9 Litros 
min 
 
o Tiempo estimado de la bomba, funcionando para transportar un volumen de 
aceite criterio como referencia