Cerchas

ORIFICIOS

1.- OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO:
Obtener las curvas de calibración y los coeficientes de gasto.
Definir los siguientes términos: líneas de corriente, coeficiente de gasto (µ), coeficiente de contracción (Cc), coeficiente de resistencia (ξ) y coeficiente de velocidad (Cv).
Analizar la influencia de la altura de carga y el diámetro del orificio, sobre el coeficiente de gasto.Aplicar la ecuación de Bernoulli, a la descarga de un tanque a través de un orificio.
2.- FUNDAMENTO TEORICO:
Definición de Orificio:
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 lacorriente 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.

En la práctica, se suele considerar:
Pared Delgada e 3a
Se denomina carga a la altura de líquido queorigina 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 recipienteinferior, 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 dichoorificio.
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.

Flujo por un orificio en la pared de un tanque:
Supóngase un orificio de pequeña sección sobre la pared lateral de un tanque con fluido a presión en el interior, por ejemplo con agua con la superficie libre a unacierta altura por encima del orificio, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Líneas de corriente en la descarga de un chorro desde un depósito por un orificio. Do= diámetro del orificio. Dc = Diámetro de la vena contracta.
Debido a la presión interior, por el orificio se producirá una descarga de agua, tanto mayor cuanto mayor sea el tamaño del orificio, en la direcciónperpendicular a la pared. Lógicamente el fluido sale a través de toda la sección del orificio, pero en realidad la dirección de la velocidad en cada posición es distinta. En efecto, la forma de las líneas de corriente por el interior del tanque hace que en la sección del orificio el vector velocidad tenga en cada punto una componente radial hacia el eje. El conjunto de estas componentes hacen que lasección del chorro se reduzca en cierta medida tras pasar el orificio, hasta que las componentes radiales se contrarrestan entre sí. La zona del chorro en la que la sección es mínima se designa como vena contracta. El efecto de vena contracta es tanto más acusado cuanto más vivos sean los bordes del orificio por el interior del tanque, pues más dificultad tienen entonces las líneas de corriente paraadaptarse a la geometría.
Atendiendo a la notación de la Figura 2, la carga H sobre el orificio se mide del centro del orificio a la superficie libre del líquido. Se supone que la carga permanece constante y que el depósito está abierto a la atmósfera. La ecuación de Bernoulli, aplicada desde un punto 1 en la superficie libre hasta el centro de la vena contracta, punto 2, establece que:...