Flujo Del Agua en Orificios

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Temas de hidraulica 1

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Los orificios, desde el punto de vista hidrulico, son perforaciones generalmente de forma geomtrica y permetro cerrado, hechas por debajo de la superficie libre del lquido, en las paredes de depsitos, tanques, canales o tuberas. Las aberturas hechas hasta la superficie libre del lquido constituyen los vertedores.

A los orificios tambin se les denomina boquillas o tubos cortos dependiendo de su longitud en relacin al dimetro o tamao de su seccin; son boquillas cuando la longitud est comprendida entre 1.5 y 3 y tubos cortos cuando est entre 3 y alrededor de 500 , segn Azevdo.

Finalidades de la teora hidrulica de orificios o tubos cortos.Las finalidades son dos: La prctica y la cientfica, segn Camargo y Salazar. a). La finalidad prctica de los orificios (tubos cortos), es controlar el paso de una corriente (vlvulas, compuertas, etc), o verificar el aforo de sta (medicin del gasto). b). La finalidad cientfica de los orificios es investigar en laboratorios hidrulicos: curvas de gastos, parmetros de prdidas de carga, coeficientes de gasto, etc.

a). Por su funcionamiento pueden ser: Libres, cuando descargan al aire Ahogados, cuando la descarga es sumergida, esto es cuando el espejo del agua (Nivel libre), a la salida est sobre la clave (parte superior) de la boca de descarga.

b). Por su geometra (forma), pueden ser: Circulares, cuadrados y rectangulares

c). Por el espesor de su pared, pueden ser: Orificios de pared delgada Orificios de pared gruesa

d). Por sus dimensiones relativas, pueden ser. Orificios pequeos Orificios grandes. Son pequeos cuando la dimensin vertical es igual o Inferior a un tercio de la profundidad. e). Por la velocidad con que llegan las partculas pueden ser: Orificios con velocidad de llegada Orificios sin velocidad de llegada

En la prctica de la operacin y el diseo de estructuras y dispositivos hidrulicos, los orificios (o tubos cortos) ms frecuentes, son: compuertas, vlvulas, medidores, rociadores, boquillas, goteros, sifones de riego, alcantarillas de caminos, desages automticos, etctera. En el caso de laboratorios hidrulicos se tienen las pantallas aforadoras.Para definir a una corriente confinada como orificio o tubo corto, el requisito hidrulico es, que la prdida de carga por friccin (hf) sea despreciable comparada con las prdidas de carga localizadas. Al chorro que sale de un orificio se le llama vena-lquida, su trayectoria es parablica, como la de todo cuerpo animado por una velocidad inicial.

Determinacin de la ecuacin general de gasto. Experimentalmente se constata que los filetes lquidos tocan el contorno del orificio y continan convergiendo despus de pasar por el mismo, hasta una seccin , en la cual el chorro tiene un rea sensiblemente menor que la del orificio. Esta seccin , en la cual el chorro tiene un rea sensiblemente menor que la del orificio. Esta seccin es denominada seccin contrada A=CcA)

Esto solamente se presenta en condiciones ideales o sea que es una velocidad terica. Para situaciones reales ho>o, o sea que se introduce un coeficiente de reduccin de velocidad (Cv), siempre menor que la unidad, quedando:

Si se hace un anlisis semejante para todas las alternativas de orificios pequeos se concluye que la frmula general es para todos los casos; ya sea que haya o no velocidad de llegada; que sea de descarga libre o descarga ahogada y presente pared delgada o gruesa.

Se define como vertedor a un dispositivo hidrulico constituido por una escotadura, a travs de la cual se hace circular el agua. Hidrulicamente es un orificio que no est totalmente ahogado por el nivel de aguas arriba, de manera que una parte del orificio est libre y no proporciona gasto alguno, o sea que equivale a un orificio sin el borde superior. La venta lquida que fluye a travs del vertedor se llama capa o lmina. Las finalidades de los vertedores pueden ser; cientficas y prcticas, de acuerdo con Camargo y Salazar (6). Finalidades cientficas. Pueden utilizarse como dispositivos de aforo o elementos de calibracin de aforadores en laboratorios hidrulicos. Finalidad prctica. Se emplea en la medicin de caudales de pequeos cursos de agua (canales de pequeas dimensiones) y conductos libres, as como en obras de control o de excedencias en presas de embalse y tambin de aforo en grandes canales. La terminologa que comnmente se usa para designar a los elementos tcnicos que constituyen a un vertedor, son: al borde superior se le denomina Cresta o Umbral y su longitud se representa por L. Los bordes verticales constituyen las caras del vertedor. Al espesor del chorro medido en la cresta (plano del vertedor), se le llama Carga sobre la cresta y se representa por h (por lo general h = 0.7 H aproximadamente). En la vecindad del vertedor la superficie libre sufre un abatimiento, por este motivo la carga del vertedor representada por H se define como la diferencia de elevacin entre la superficie libre aguas arriba, a una distancia suficientemente grande (< 4 H), para que no se manifieste ese abatimiento, y el punto ms bajo de la cresta.