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