Orificios
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.
A la corriente líquida que sale del recipiente se la llama vena líquida 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).
En la práctica, se suele considerar:
- Pared delgada: a21e< - Pared gruesa: a3e>
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 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.
Cálculo del Caudal Teórico Erogado (Teorema de Torricelli)
Si se aplica Bernoulli entre los puntos A y C, tenemos que:
Ahora, como Va es nula, si despejamos Vc (que es la velocidad media en la sección contraída) obtenemos:
Un análisis intuitivo de las líneas de corriente, como puede apreciarse en las figuras, permite interpretar la formación de la “sección contraída Ωc” a una cierta distancia de la pared del orificio, que es sobre la cual aplicamos Bernoulli.
De esta forma, aplicando la Ecuación de Continuidad y teniendo en cuenta un coeficiente experimental μ “de descarga del orificio”, el cual consiste en una función compleja menor a la unidad (disminuye, en consecuencia, el valor teórico dado por la expresión) en la que influyen la viscosidad, la formación de la sección contraída, la variación real de la velocidad en la misma (consideramos el valor medio en la deducción), la forma de la sección, etc.; se obtiene la expresión:
Las dos expresiones previas son aplicables al “Orificio Perfecto”, el que se define como tal cuando se cumplen las siguientes condiciones:
a) Pared delgada, vertical y perpendicular al escurrimiento.
b) Velocidad de llegada despreciable (menor a 0,30 m/s)
c) Contracción de la vena completa, lo que implica suficiente distancia desde el fondo y los laterales (orificio cerca de los límites minimizan la contracción).
d) Idéntica presión (atmosférica generalmente, salvo casos muy particulares) aguas arriba del orificio y alrededor de la vena fluida en caída.
e) Caída libre, no influenciada por los niveles aguas abajo.
Vertedero
Otra estructura utilizada en los proyectos hidráulicos (más frecuentemente que los orificios) está constituida por los vertederos 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.
Según la forma geométrica del contorno de apertura, pueden distinguirse vertederos rectangulares, trapeciales, triangulares, parabólicos, etc.
Además, según el espesor de la pared del vertedero o, más precisamente, la forma en que la vena líquida toca la parte superior de la estructura, se clasifican en Vertederos de Pared Gruesa o Delgada.
El perfil Kreager o similar, es de uso frecuente en los sistemas de aprovisionamiento de agua, cuando la captación debe realizarse en ríos de bajo tirante y, consecuentemente, es necesario elevar el nivel para captar aguas con seguridad y mayor calidad, dado que serán más claras por el efecto provocado al alentar la sedimentación al reducir la velocidad. Ese tipo de aprovechamiento recibe el nombre de “Azud”.
Se denomina cresta, umbral o coronamiento del vertedero a la arista o superficie inferior de la escotadura.
Se denomina longitud del vertedero rectangular a la distancia “b” entre las paredes verticales o inclinadas (flancos) que lo limitan sobre el umbral.
La altura o espesor de la masa líquida existente sobre el nivel del umbral aguas arriba de éste se denomina carga. Ésta se mide en la zona en la que la superficie libre del líquido puede considerarse horizontal.
Como en el caso de los orificios, es necesario distinguir en el escurrimiento sobre vertederos, descarga libre y sumergida, según que el nivel de salida está por debajo o por encima del nivel del umbral.
A la corriente líquida que sale del recipiente se la llama vena líquida 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).
En la práctica, se suele considerar:- Pared delgada: a21e< - Pared gruesa: a3e>
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 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.
Cálculo del Caudal Teórico Erogado (Teorema de Torricelli)Si se aplica Bernoulli entre los puntos A y C, tenemos que:
Ahora, como Va es nula, si despejamos Vc (que es la velocidad media en la sección contraída) obtenemos:
Un análisis intuitivo de las líneas de corriente, como puede apreciarse en las figuras, permite interpretar la formación de la “sección contraída Ωc” a una cierta distancia de la pared del orificio, que es sobre la cual aplicamos Bernoulli.
De esta forma, aplicando la Ecuación de Continuidad y teniendo en cuenta un coeficiente experimental μ “de descarga del orificio”, el cual consiste en una función compleja menor a la unidad (disminuye, en consecuencia, el valor teórico dado por la expresión) en la que influyen la viscosidad, la formación de la sección contraída, la variación real de la velocidad en la misma (consideramos el valor medio en la deducción), la forma de la sección, etc.; se obtiene la expresión:
Las dos expresiones previas son aplicables al “Orificio Perfecto”, el que se define como tal cuando se cumplen las siguientes condiciones:
a) Pared delgada, vertical y perpendicular al escurrimiento.
b) Velocidad de llegada despreciable (menor a 0,30 m/s)
c) Contracción de la vena completa, lo que implica suficiente distancia desde el fondo y los laterales (orificio cerca de los límites minimizan la contracción).
d) Idéntica presión (atmosférica generalmente, salvo casos muy particulares) aguas arriba del orificio y alrededor de la vena fluida en caída.
e) Caída libre, no influenciada por los niveles aguas abajo.
Vertedero
Otra estructura utilizada en los proyectos hidráulicos (más frecuentemente que los orificios) está constituida por los vertederos 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.
Según la forma geométrica del contorno de apertura, pueden distinguirse vertederos rectangulares, trapeciales, triangulares, parabólicos, etc.
Además, según el espesor de la pared del vertedero o, más precisamente, la forma en que la vena líquida toca la parte superior de la estructura, se clasifican en Vertederos de Pared Gruesa o Delgada.
El perfil Kreager o similar, es de uso frecuente en los sistemas de aprovisionamiento de agua, cuando la captación debe realizarse en ríos de bajo tirante y, consecuentemente, es necesario elevar el nivel para captar aguas con seguridad y mayor calidad, dado que serán más claras por el efecto provocado al alentar la sedimentación al reducir la velocidad. Ese tipo de aprovechamiento recibe el nombre de “Azud”.Se denomina cresta, umbral o coronamiento del vertedero a la arista o superficie inferior de la escotadura.
Se denomina longitud del vertedero rectangular a la distancia “b” entre las paredes verticales o inclinadas (flancos) que lo limitan sobre el umbral.
La altura o espesor de la masa líquida existente sobre el nivel del umbral aguas arriba de éste se denomina carga. Ésta se mide en la zona en la que la superficie libre del líquido puede considerarse horizontal.
Como en el caso de los orificios, es necesario distinguir en el escurrimiento sobre vertederos, descarga libre y sumergida, según que el nivel de salida está por debajo o por encima del nivel del umbral.
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