Manual orificios y boquillas

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

GUÍA PRÁCTICA DE LABORATORIO HH-223

ORIFICIOS Y BOQUILLAS
1. INTRODUCCIÓN: Determinación experimental de los coeficientes de descarga Cd, de velocidad Cv y de resistencia de flujo, al salir el agua por una boquilla tronco cónica convergente, bajo las condiciones de no permitir el ingreso de aire a la altura de la contracción del chorrolíquido a la entrada de la boquilla. 2. FUNDAMENTO TEORICO: Las boquillas consisten en pequeños tubos de longitud no muy mayor a su diámetro, que tienen forma cilíndrica, cónica o conoidal, que prologan una abertura en las paredes de un depósito, por las cuales se deja escurrir la corriente líquida. Boquilla larga se denomina a aquella de forma cilíndrica cuya longitud es suficientemente larga para elchorro líquido alcance adherir sus paredes y escurra a sección llena en la salida. El mismo comportamiento hidráulico se observa en los orificios de pared gruesa, tal como se observa en la siguiente figura.

Boquilla Larga

Orificio de Pared Gruesa

Los filetes exteriores del chorro que sale por la boquilla escurren aguas arriba por los contornos de las paredes del depósito. Las trayectoriasde los filetes pasan rápidamente de la dirección tangencial a la pared a una dirección prácticamente normal a ella; tienen por ello una curvatura fuerte, pero no infinita, y un radio de curvatura finito, pues las fuerzas que actúan sobre las moléculas de estos filetes no pueden producir una discontinuidad en su dirección y velocidad. Esto produce una contracción en el chorro a la entrada de laboquilla. Luego de la contracción sucede una expansión paulatina del chorro debido a pérdida de carga y una recuperación de la presión. La experiencia revela que la longitud de la boquilla debe ser, por lo menos 3 veces el diámetro para que se llene el orificio. Para evaluar la velocidad y descarga se procede de la siguiente manera:

Laboratorio Nº 28 Mecánica de Fluidos y Medio AmbienteUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

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La carga H por encima del orificio se mide desde el centro de la boquilla hasta la

superficie libre. Suponiendo que la carga permanece constante por ser las dimensiones del estanque considerablemente mayores que las de la boquilla, laaplicación de la ecuación de Bernoulli entre el punto 1 en la superficie libre y el punto 3 a la salida de la boquilla, no considerando las pérdidas, obtiene:

V12 P1 V2 P + + z1 = 3 + 3 + z3 ....................................................(1) 2g g 2g g
que tomando presiones manométricas, y reemplazando valores, resulta:

V32 0+0+ H = + 0 +0...........................................................(2) 2g
o sea:

V3 = 2gH ......................................................................( 3)
Pero esto es solo la velocidad teórica, ya que las pérdidas entre los dos puntos se han despreciado.

V La relación entre la velocidad real, Vr , y la velocidad teórica t , se denomina
coeficiente de velocidad Cv , el cuál naturalmente tiene un valor menor que la unidad.

Cv =

Vr.....................................................................................( 4 ) Vt

Resultando:

V3 r = Cv 2gH ..........................................................................(5)

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Cuando el diámetro D de la boquilla es mucho menor que carga H, puede considerarse que la velocidad es uniforme en la sección a la salida de la boquilla. En tal caso el caudal de la boquilla será igual al producto de la velocidad real en el eje por el área del chorro a la salida. Cuando el área del chorro, A, es menor que el área de la boquilla u orificio, o , se expresa su...