ORIFICIOS Y VERTEDEROS

[pic 1][pic 2]

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MEXICO

INSTITUTO TECNOLOGICO DEL ALTIPLANO DE TLAXCALA

HIDRAULICA

FACILITADOR: MC. JOSÉ LUIS MACÍAS GARCÍA

ALUMNO: JUAN MANUEL MARTÍNEZ PÉREZ RUIZ

5°  “C” DE INGENIERÍA EN AGRONOMÍA

ORIFICIOS Y VERTEDEROS

INDICE

1. Introducción
2. Orificios

1. Definición
2. Clasificación
3. Ecuación general
4. Coeficientes de velocidad, contracción y descarga
5. Aplicación

1. Vertedores

1. Definición
2. Clasificación
3. Ecuación general para vertedores rectangulares, triangulares y trapeciales.
4. Aplicación

1. Ecuaciones empíricas para calcular el gasto en vertedores:

1. Francis
2. Rebhock
3. Bazin
4. King  
5. Cone
6. Suiza

1. Conclusión
2. Bibliografía    

INTRODUCCIÓN

Abertura o agujero, especialmente el que está hecho intencionadamente o tiene una finalidad. Denominamos orificio, en hidráulica, a una abertura de forma regular, que se practica en la pared o el fondo del recipiente, a través del cual eroga el líquido contenido en dicho recipiente, manteniéndose el contorno del orificio totalmente sumergido.

Otra estructura utilizada en los proyectos hidráulicos (más frecuentemente que los orificios) está constituida por los vertedores en sus distintas variantes, de los cuales existen, según la aplicación, diferentes diseños. Ya sea como estructura de control de aprovechamientos hidráulicos o bien como estructura para medición de caudales en obras de saneamiento, su aplicación es muy difundida y una de las razones es porque permiten tener un adecuado control del caudal por encima de su cresta siendo necesario únicamente medir una variable que es el tirante sobre dicha cresta.

ORIFICIOS

DEFINICIÓN.-

Orificio es toda abertura realizada o existente en un depósito, por debajo del nivel superior del líquido, ya sea en la pared lateral o en el fondo. A la corriente liquida que sale del recipiente se le denomina vena liquida o chorro.

Si el contacto de la vena líquida con la pared tiene lugar en una línea estaremos en presencia de un orificio en pared delgada. Si el contacto es en una superficie se tratará de un orificio en pared gruesa (más adelante se precisará con más detalle el concepto).

Se denomina carga a la altura de líquido que origina la salida del caudal de la estructura. Se mide desde el nivel del líquido hasta el baricentro (centro de gravedad) del orificio. La velocidad de llegada es la velocidad con que el líquido llega al recipiente.

El movimiento permanente o estacionario ocurre cuando el escurrimiento tiene lugar a carga constante.

 La salida libre tiene lugar cuando el nivel del líquido en el canal de salida, o en el recipiente inferior, está por debajo de la arista o borde inferior del orificio.

El orificio es sumergido cuando el nivel del líquido en el canal de salida o recipiente inferior está por arriba de la arista o borde superior del orificio.

 Asimismo la pared puede encontrarse vertical o inclinada, ya sea hacia aguas abajo o aguas arriba, afectando obviamente dicha inclinación, la descarga producida por dicho orificio.

Se mencionan todas estas condiciones pues no es muy difícil intuir que las mismas tienen influencia en el caudal que será capaz de erogar dicho orificio.

CLASIFICACIÓN.-

1. Por su funcionamiento:

• Libres. Cuando descargan al aire
• Ahogados. Cuando la descarga es sumergida.

1. Por su geometría:

• Circulares.
• Cuadrados.
• Rectangulares.
• Entre otros.

1. Según el espesor de la pared:

• Orificios en pared delgada.
• Orificios en pared gruesa.

El espesor de la pared, para los primeros, tiene que ser menor que la mitad de la mínima dimensión del orificio, no debiendo exceder su espesor de 4 a 5 cm. También se considerarán orificios en pared delgada, aquellos que estén tallados a bisel.

1. Según el nivel de la superficie libre:

• Orificios de nivel constante.
• Orificios de nivel variable.

1. Según el nivel del liquido aguas abajo:

• Orificios libres.
• Orificios sumergidos.

1. Por sus dimensiones relativas:

• Orificios pequeños.
• Orificios grandes.

1. Por la velocidad con la que llegan las partículas:

• Orificios con velocidad de llegada.
• Orificios sin velocidad de llegada.

ECUACION GENERAL DE GASTO

Experimentalmente se constata que los filetes líquidos tocan el contorno de l orificio  continúan convergiendo después de pasar por el mismo, hasta una sección , en la cual el chorro tiene un área sensiblemente menor que la del orificio. Esta sección  es denominada sección contraída ().[pic 3][pic 4][pic 5]

Si se aplica el teorema de Bernoulli entre  y , y ubicando el plano de referencia (LZ) en , se obtiene la formula:[pic 6][pic 7][pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

Como:

• =0,por estar LZ en el nivel [pic 11][pic 12]
• [pic 13]

Pero:

  Y [pic 14][pic 15]

En teoría hidráulica se acostumbra llamarle carga de orificio.

Entonces:

, por lo que: [pic 16][pic 17]

Cuando no haya pérdidas de carga entre  y  (), o sea que , se tiene que:[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

(Ecuación de Torricelli)[pic 22]

        COEFICIENTES DE ORIFICIOS        

Lo anterior solo se presenta en condiciones ideales, o sea que es una velocidad teórica. Para situaciones reales , es decir, que se introduce un coeficiente de reducción de velocidad (, siempre menor que la unidad, quedando la ecuación así:[pic 23][pic 24]

  [pic 25][pic 26]

Ahora bien, el área en la sección contraída es:

[pic 27]

En la que:

= coeficiente de contracción, menor o igual a 1[pic 28]

El gasto es:

[pic 29]

Como:

 Y [pic 30][pic 31]

En la que:

• Q= gasto o caudal del orificio, en [pic 32]
• H=carga del orificio o tubo corto = desnivel entre LE aguas arriba y la LP aguas abajo del orificio o tubo corto, en [pic 33]
• C= coeficiente de descarga o gasto, a dimensional = [pic 34]

Donde:

• = coeficiente de velocidad, adimensional [pic 35]
• = coeficiente de contracción adimensional[pic 36]
• = area de la sección del orificio (tubo corto), en [pic 37][pic 38]
• = aceleración de la gravedad, para fines prácticos se tomara como 9.81[pic 39][pic 40]

APLICACIÓN

Para hacer uso del agua, generalmente se requiere almacenarla en depósitos de tal manera que podamos extraer la cantidad que necesitemos y en el momento que deseemos, por lo que para poder hacerlo, se provee al depósito de dispositivos que nos permitan lograr su extracción de manera adecuada, ya sea por medio de conectar una tubería o conducto cerrado al depósito o por medio de un orificio en una pared o el fondo de éste. La pregunta lógica que surge es ¿Cuánta agua se puede extraer con un orificio de un determinado tamaño?, o bien ¿De qué tamaño debe ser el orificio para extraer una determinada cantidad en un determinado tiempo (caudal)? o también, si el nivel del agua no es constante en el depósito ¿Cuánto tarda en vaciarse?, lo cual se podrá contestar con el desarrollo de ésta práctica.

VERTEDEROS

DEFINICION.-

Un vertedero es una obstrucción en la solera de un canal que debe ser sobrepasado por una corriente; puede interpretarse también, como un orificio descubierto en su parte superior, o como un muro que interrumpiendo una corriente de agua, obliga al líquido a derramarse por el borde del mismo; son pues, orificios incompletos. Para ciertas geometrías, las más simples y usuales, el caudal Q’ se correlaciona con la altura h, aguas arriba del vertedero, pudiéndose interpretar también el vertedero como un medidor elemental, pe-ro efectivo, del caudal en canales abiertos.

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