Orificios. Coeficiente De Descarga Y Geometría Del Chorro

Orificios

Los orificios intervienen en el diseño de muchas estructuras hidráulicas y para la medida o aforo de los fluidos que escurren. Un orificio es cualquier abertura que tiene un perímetro cerrado y que se hace en un muro o división. Sus formas son muy variadas, aunque los más empleados son los circulares y rectangulares.

Se considera un orificio de pared delgada a aquel en donde una placa o pared de espesor pequeño medible ha sido taladrada por un agujero y se ha producido una arista aguda bien definida en la superficie interior de la placa.

El gasto de la descarga de un orificio depende de la naturaleza de sus aristas u orillas, y con el objeto de comparar el funcionamiento de los orificios que tienen diferentes diámetros, es necesario que estas aristas estén formadas similarmente.

Cualquier fluido que escurra a través de un orificio que tenga una pared delgada presenta las siguientes características: conforme la corriente sale del orificio, gradualmente se contrae para formar un chorro cuya área de sección transversal es menor que la del orificio. Esto se debe al hecho de que las partículas separadas, estando próximas a la pared interior, tienen un movimiento a lo largo de esa pared hacia el orificio, que no puede cambiarse bruscamente en dirección a la arista de éste.

Coeficientes de flujo

Coeficiente de descarga (Cd)

Es la relación entre el caudal real que pasa a través del dispositivo y el caudal teórico.

C_d=Q_Real/Q_Teórico =(V_R* A_ch)/(V_t* A_o )

Q=C_(d ) A_o √2gh →C_d=Q/(A_o √2gh)

Q= Caudal

VR= Velocidad real

VT= Velocidad teórica

Ach= Área del chorro o real

Ao= Área del orificio o dispositivo

h= Carga Hidráulica

Este coeficiente Cd no es constante, varía según el dispositivo y el Número de Reynolds, haciéndose constante para flujo turbulento (Re>105) como se observa en la Figura III.9. También es función del coeficiente de velocidad Cv y el coeficiente de contracción Cc.

Coeficiente de velocidad Cv

Es la relación entre la velocidad media real en la sección recta de la corriente (chorro) y la velocidad media ideal que se tendría sin rozamiento.

C_V=v_R/v_T

Coeficiente de contracción (Cc)

Es la relación entre el área de la sección recta contraída de una corriente (chorro) y el área del orificio a través del cual fluye.

C_c=A_ch/A_o C_d=C_(v ) C_c

Variación de los coeficientes de descarga (Cd), velocidad (Cv), y contracción (Cc), con el número de Reynolds en un orificio circular. (Sotelo, G. 1982).

Geometría del chorro

Línea de corriente

Envolvente de los vectores velocidad de las partículas fluidas. La orientación de las líneas de corriente será variable con el paso del tiempo cuando el flujo es no permanente y permanecerá fija cuando el flujo es permanente.

Línea de trayectoria

La trayectoria es el lugar geométrico definido por una partícula cuando recorre la región de flujo. Para el flujo permanente la trayectoria coincide con la línea de corriente.

Línea de traza

La línea de traza o de humo es el lugar geométrico definido por las partículas que han pasado por un punto fijo en el espacio. La línea de traza coincide con la trayectoria si el flujo es permanente, en otro caso no.

Tubo de corriente

Conjunto de las líneas de corriente que pasan por el contorno de un área infinitesimal

Vena fluida

Número infinito de tubos de corriente adyacentes que forman un tubo de sección recta finita. Este es un elemento físico que puede

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