Orificios, Mecanica De Fluidos Ii

Introducción
Los orificios, tubos, toberas y vertederos, además de realizar otras funciones como la regulación y control de flujo, son también los instrumentos más utilizados para la medición del caudal, por lo cual a ellos dedicaremos principalmente nuestro estudio. El fundamento de estos instrumentos, lo mismo que el del medidor de flujo libre de Venturi que se estudiará a continuación es larelación que existe entre la diferencia de alturas piezométricas antes y después del instrumento y el caudal. Este mismo fundamento tienen los caudales metros de flujo cerrado, con la diferencia de que en el caso actual las secciones consideradas antes y después del instrumento están en contacto con la atmósfera.

A continuación trataremos de otros instrumentos o procedimientos de medidas enflujo libre también muy empleados.

Orificio

Orificio es toda abertura realizada o existente en un depósito, por debajo del nivel superior del líquido, ya sea en la pared lateral o en el fondo. Para hacer una clasificación de los orificios se pueden tener en cuenta algunas características importantes de los mismos, como:

* Según el espesor de la pared,
Orificios en pared delgadaOrificios en pared gruesa

El espesor de la pared, para los primeros, tiene que ser menor que la mitad de la mínima dimensión del orificio, no debiendo exceder su espesor de 4 a 5 cm. También se considerarán orificios en pared delgada, aquellos que estén tallados a bisel.

* Según el nivel de la superficie libre
Orificios de nivel constante
Orificios denivel variable

* Según el nivel del agua, aguas abajo
Orificios libres
Orificios sumergidos

El orificio puede comunicar con la atmósfera o bien con otro fluido bajo presión (orificio sumergido).

Orificios según el nivel del agua, aguas abajo


Orificio de Borda
Consiste en un tubo corto y delgado, de longitud aproximadamente igual a su diámetro, que resalta en el interior deun depósito; la velocidad a lo largo de la pared en todos sus puntos es prácticamente cero, pero en el orificio actúa una fuerza, F = γ h S, en la dirección del eje del tubo, siendo V la velocidad de salida del fluido por el mismo. Suponiendo, v A = 0, el caudal Q saliente por el orificio, es Q=µ S 2 g h; v=ϕ √2 g.h y aplicando el Teorema de la Cantidad de Movimiento a la masa de fluido queatraviesa el agujero, se tiene,

TUBO ADICIONAL CILÍNDRICO EXTERIOR
Al colocar un tubo adicional se logra que la vena líquida que salía contraída cuando éste no existía, vuelva a ensancharse y salir con el mismo diámetro del orificio sin tubo, el caudal saliente con tubo es superior al caudal saliente sin tubo.

Tubo adicional

TUBO ADICIONAL DIVERGENTE
Un tubo divergente conectado a lasección Ω0 con el recipiente, de forma que los codos sean convergentes, dará un caudal aproximado Q de la forma Q=S √2 g h

TUBO ADICIONAL CONVERGENTE
Si en el empalme no hay aristas vivas, apenas habrá pérdidas, pero si existen aristas vivas, la vena se contrae al salir, para en su avance, volver a contraerse a la salida.

Compuertas
Las compuertas son grandes orificios practicados en muros,para salida de las aguas, que van cerrados por tableros móviles. Para calcular el caudal en las compuertas de fondo, se emplea la formulación anterior, aunque en realidad, por existir contracción en la arista superior del rectángulo, deberá tomarse un coeficiente de contracción incompleta.


Diafragma
Un diafragma es un orificio afilado, tal como se muestra en la Fig. Que provoca que elchorro se contraiga aguas abajo del orificio. Para un fluido incompresible, aplicando Bernoulli entre las secciones 1 y 2 se tiene,

DESAGÜE DE DEPÓSITOS DE SECCIÓN VARIABLE
Para el cálculo de los tiempos de vaciado de un depósito de sección variable, lleno de líquido, se iguala el volumen vaciado contado a partir del caudal, y el vaciado a partir del recipiente, en un tiempo dt. Si en el...