MECANICA DE FLUIDOS
ORIFICIOS, COMPUERTAS, BOQUILLAS Y VERTEDEROS
ALUMNOS
DE LA CRUZ DOMINGUEZ, JOHNNY
DIAZ ZAVALETA, ELI
FLORES ESPINOZA,PAOLA
MORI PINEDO GIANCARLO ANDRÉ
ZEGARRA PONTE YHON
ORIFICIOS
Orificios
Usos
Clasificación
Orificios con descarga libre
Orificios sumergidos parcialmente
Orificios sumergidos totalmente
Orificios de pared delgada
Orificios de pared gruesa
Orificios con tubo
Principios Hidráulicos en
orificios
DEFINICIÓN Son perforaciones, generalmente de forma regular y perímetro cerrado, colocado por debajo de la superficie, en tanques, canales o tuberías.
Considerando un recipiente lleno de agua al cual se le realiza un orifico en una de sus paredes por debajo del nivel del agua, el fluido saldrá con una determinada fuerza por dicho orificio.
USOSLa utilidad del orificio es descargar el caudal cuya magnitud se desea calcular, por lo cual se supone que el nivel del fluido en el recipiente permanece constante por efecto de la entrada de un caudal idéntico al que sale, o bien porque posea un volumen muy grande.
CLASIFICACIÓN DE ORIFICIOS La clasificación puede realizarse de acuerdo a su fusión:• Descargado libre• Ahogados parcialmente
De acuerdo a su forma• Circular • Cuadrada• Rectangular• Etc.
ORIFICIOS CON DESCARGA LIBRESon aquellos en los que el nivel del liquido de la descarga se encuentre por debajo del orificio.
ORIFICIOS SUMERGIDOS TOTALMENTESon aquellos en los que el nivel de liquido de la descarga se encuentra por encima y por debajo del orificio, pueden ser de dimensiones fijas o ajustables.
ORIFICIOS SUMERGIDOS PARCIALMENTESon orificios sumergidos ajustables en los que el área de descarga puede modificarse a voluntad, con el fin de acomodar el área a los distintos caudales probables y necesarios.
ORIFICIOS DE PARED DELGADAEn estos orificios el agua al salir tiene contacto con un solo punto y lo llena completamente. La vena liquida sufre una contracción, que llega a ser extrema en la parte que se denomina vena o sección contraída.
ORIFICIOS DE PARED GRUESAEn estos orificios el agua al salir tiene contacto en mas de un punto, se le puede dar forma abocinada para que al salir el agua se forme un chorro igual al dímetro del orificio.
ORIFICIOS DE TUBO La salida del orifico esta conectada a un tubo corto, es decir, el liquido no sale a la superficie libremente inmediatamente, sino a un tubo de pequeña longitud aproximadamente 2 0 3 veces el diámetro del orificio.
PRINCIPIOS HIDRÁULICOS EN ORIFICIOS El gasto “Q”
Para el calculo del gasto necesitas:• Área del orifico • Velocidad• Energía del flujo• Coeficiente de contracción• Coeficiente de velocidad• Coeficiente de descarga
COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN
Diagrama General
Es la relación que existe entre el área de la sección transversal de la vena contracta y el área de la sección del orifico.
𝐶𝑐=𝐴𝑐
𝐴
Principios hidráulicos en orificios
COEFICIENTE DE VELOCIDAD
Diagrama General
Es la relación que existe entre la velocidad real y la velocidad teórica.
Principios hidráulicos en orificios
COEFICIENTE DE DESCARGA
Diagrama General
Es la relación que existe entre el gasto real y la velocidad teórica.Es el producto generado al relacionar el coeficiente de contracción con el coeficiente de velocidad
Principios hidráulicos en orificios
BOQUILLAS
Clasificación
Cilíndricas
También denominadas boquillas patrón y de comportamiento similar al de un orificio
de pared gruesa. Aquellas, a su vez, están divididas en interiores y exteriores. En
las boquillas interiores (o de Borda) la contracción de la vena ocurre en el interior,
no necesariamente el chorro se adhiere a las paredes y presenta un coeficiente de
descarga que oscila alrededor de 0.51.
Para el caso de boquillas cilíndricas externas con la vena adherida a las paredes se
tiene un coeficiente de descarga de 0.82
CónicasCon estas boquillas se aumenta el caudal, ya que experimentalmente se verifica que en las boquillas
convergentes la descarga es máxima para ´, lo que da como resultado un coeficiente de descarga de
0.94 (notablemente mayor al de las boquillas cilíndricas). Las boquillas divergentes con la pequeña sección
inicial convergente se denominan Venturi, puesto que fueron estudiadas por este investigador, que
demostró experimentalmente que un ángulo de divergencia de 5 grados y e = 9d permite los más altos
coeficientes de descarga.
Coeficientes de descarga
medios para Boquillas.
Acevedo N., J. M. y Acosta
casos
Perdida de carga en una boquilla cilíndrica estándar:
𝑝𝑐=( 1𝐶𝑣2 −1) 𝑉
2
2𝑔=(1−𝐶𝑣2 )h
Dónde:
= Coeficiente de velocidad en la boquilla.
V = velocidad real de salida.
H = Carga sobre el centro de la boquilla se produce en la sección AB presión negativa o sea menor que la presión atmosférica.
BOQUILLA REENTRANTE
BOQUILLA CÓNICA
Reduce la perdida de carga.
-Logra aumentar la velocidad de salida y el coeficiente de velocidad.
-Al aumentar el ángulo alfa, aumentara la diferencia de velocidades entre los puntos “m” y “n”
BOQUILLA CONICA Es de interés por utilizar en pitones.
-La pérdida de carga que se produce en la boquilla es:
K=Coeficiente de perdida de carga.
El gasto está dado por:
COMPUERTAS Puerta movible que se coloca en las esclusas de los canales y en los portillos de las presas de río
para detener o dejar pasar las aguas.
Las compuertas son equipos mecánicos utilizados para el control del flujo del agua y
mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de
irrigación. Existen diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones, según su forma,
función y su movimiento.
Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar
dependerá principalmente del tamaño y forma del orificio, de la cabeza estática, del espacio
disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación.
TIPOS DE COMPUERTASCompuertas Planas
Compuertas Planas Deslizantes
Se les llama compuertas deslizantes pues para su
accionar se deslizan por unos rieles guías fijos.
Puede ser movida por diferentes tipos de motores.
Actualmente este tipo de compuerta tiene muchas
aplicaciones como: control de flujo, proyectos de
irrigación, sistemas de drenaje y proyectos de
conservación de suelos.
Compuertas Planas de Rodillos
Las compuertas planas de rodillos están diseñadas
especialmente para controlar el flujo a través de grandes
canales donde la economía y la facilidad de operación sean
dos factores preponderantes.
Son denominadas compuertas de rodillos ya que están
soportadas en rodillos que recorren guías fijas y generalmente
tienen sellos de caucho para evitar filtraciones a través de los
rodillos.
Los rodillos minimizan el efecto de la fricción durante la
apertura y el cierre de las compuertas, como consecuencia de
estos se necesita motores de menor potencia para moverlas.
Pueden ser diseñadas para abrirse hacia arriba o hacia abajo.
Compuertas Radiales
Es una de las compuertas más usadas en grandes presas donde usualmente se usan series de
compuertas radiales entre columnas de concreto.
Consiste en una placa formada por un segmento cilíndrico y son giratorias alrededor de
articulaciones que transmiten la presión (a través de soportes o miembro de acero) del agua
directamente hacia la subestructura maciza.
Al girar la compuerta hacia abajo, entra en una cavidad de concreto.
Compuertas Radiales
VERTEDEROS• DEFINIDO POR BALLOFFET COMO UNA ABERTURA DE CONTORNO ABIERTO, PRACTICADA EN LA
PARED DE UN DEPÓSITO, O BIEN UNA BARRERA COLOCADA EN UN CANAL O RÍO EN LA CUAL ESCURRE O REBASA EL LÍQUIDO CONTENIDO EN EL DEPÓSITO, O QUE CIRCULA POR EL RÍO DE UN CANAL”
• Clasificación de vertederos por el tipo de cresta:
• Vertederos de pared delgada: El contacto que existe entre el agua y la cresta es una línea. Para considerar un vertedero de pared delgada no es indispensable que su cresta sea delgadísima
• Vertederos de pared gruesa: El contacto que existe entre el agua y la cresta es un plano. El flujo se adhiere a la cresta
• Velocidad de aproximación:
• Siendo B el ancho del canal de aproximación. Si el umbral P fuese mucho mayor que H entonces V0 tendría a cero.
• Esta velocidad inicial da lugar a una energía cinética hv cuya expresión es
• Clasificación de vertederos según su forma:
Existen muchas formas de vertederos, tales como:
VERTEDEROS RECTANGULARES
• Fórmula teórica de descarga: Siendo la velocidad de aproximación pequeña podríamos considerar
• La descarga real se obtiene aplicando un coeficiente de descarga “C” ( el coeficiente de descarga se obtiene experimentalmente).
• Fórmula de Francis: También considera la velocidad de aproximación como nula y la posibilidad de contracciones laterales, designándose “n” como el número de contracciones
• Y en el caso de que no se presenten contracciones, la fórmula sería la siguiente.
VERTEDEROS TRIANGULARES
• Considerando a esta franja como un orificio y despreciando la velocidad aproximada se obtiene el caudal
• La formula de descarga para un vertedero triangular de un angulo dado y para coeficiente C constante puede expresarse asi
• Siendo,
• Otra forma de calcular la descarga a traves de un vertedero triangular verticalmente simetrico es considerar que la ecuacion de una de los lados del triangulo es
• Integrando se obtiene:
VETEDEROS TRAPECIALES.
• Vertedero de cipolletti
Es un vertedero trapecial de determinadas características geométricas. El gasto se considera formado de dos partes:
• El gasto en el vertedero cipolletti es el correspondiente a un vertedero rectangular de longitud L, sin contracciones.
• L es la base del trapecio. O bien en el sistema métrico
• Vertederos en pared gruesa (o de cresta ancha)
Para que el vertedero se comporte como de pared gruesa es necesario que el espesor de la cresta sea mayor que los dos terceras partes de la carga
• La velocidad media del flujo sobre la cresta es.
• Donde,
• Por lo tanto, el gasto teórico sobre el vertedero es:
• Si la velocidad es muy pequeña y/o su efecto se considera indirectamente:
• VACIAMIENTO DE UN DEPÓSITO POR UN VERTEDERO
La condición del vaciamiento implica que el nivel de la superficie libre sea descendente. Se trata entonces de la descarga de un vertedero con carga variable. El caudal va disminuyendo paulatinamente.
• Suponiendo que el área de la sección transversal y el coeficiente de descarga son constantes
• Lo que por integración se obtendría:
• Vertedero sumergido
Se dice que un vertedero está sumergido cuando el nivel de aguas abajo es superior al de la cresta del vertedero. La condición de sumergencia no depende del vertedero en sí, sino de las condiciones de flujo
• Si la relación h/H es decir la sumergencia, está próxima a la unidad o es muy pequeña por lo que primero se hace el siguiente calculo.
Por lo que la ecuación de la descarga es:
GRACIAS