flujos y compuertas

FLUJO EN ORIFICIOS, TEOREMA DE TORRICELLI

El termino orificio, según se usa en hidráulica, se aplica a cualquier abertura, con perímetro cerrado, practicada en una pared o tabique que permite el derrame del agua contenida en un recipiente. Los orificios entran en el diseño de muchas estructuras hidráulicas; y se usan frecuentemente en la medición de caudales de las corrientes fluidas.
Losmas usados son lo circulares, El agua que fluye por orificios de conforme va abandonando el orificio, el chorro va contrayéndose gradualmente, hasta formar un chorro cuya área transversal es algo menor que el área transversal del orificio. Esto se debe a la convergencia de las trayectorias seguidas por las diferentes partículas, conforme se acercan al orificio. Supóngase un deposito de liquido, estetiene en la parte inferior un orificio por el que sale el liquido; el área del orificio es pequeño y el de el deposito es suficientemente grande, y siendo el flujo permanente, de manera que el gasto que sale por el orificio es igual al gasto que entrara en el deposito, por lo que se tendrá una altura del liquido “h”.

Suponiendo el flujo ideal, podemos partir de la ecuación de Bernoulli entreel punto “0” en la superficie del deposito y el punto de salida del orificio.

Vemos que P0=Ps; V0 =es aproximadamente cero y zs =0, tendremos:

[m/s]
esta última ecuación se conoce como Teorema de Torricelli.

Donde la velocidad es igual a la que adquiriría una partícula de fluido al caer libremente desde una altura “h” (velocidad ideal) y esta es independiente del pesoespecifico del fluido; con alcohol y mercurio la velocidad seria la misma.
En un orificio situado en un plano horizontal, todas sus partes estarán bajo las mismas cargas, y la velocidad de todas las partículas será igual, al llegar a la sección contraída. en este caso el chorro de agua se elevaría hasta una altura igual a la carga que produce. Por supuesto, que la resistencia del aire impide que estosuceda en la realidad, como también lo impiden la fricción entre el agua y el orificio, y la fricción de las partículas de agua. Los experimentos han enseñado que, para cargas bajas (< 2 y 2.5 metros), la discrepancia es muy pequeña, aumentando conforme aumenta la carga.
Para desarrollar este caso podemos partir de Bernoulli. Primero obtenemos una expresión para la velocidad del chorro en el punto2.


ahora se escribe la ecuación de Bernoulli entre los puntos 2 y 3 en el nivel de la superficie libre del fluido:

Pero . Entonces para , tendremos:

Tenemos:
[m/s]
este resultado verifica que la corriente alcanza justamente la altura de la superficie libre de fluido en el tanque.
Para alcanzar una altura mayor (fuentes), se puede desarrollar una mayor presión porencima del fluido en el recipiente, o se puede utilizar una bomba para obtener una mayor presión.
FLUJO EN COMPUERTAS

Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría de los casos para la regulación de caudales, y como emergencia ycierre para mantenimiento en los otros.

Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios y, cuando están bien calibradas, también pueden emplearse como medidores de flujo.
Las condiciones físicas, hidráulicas, climáticas y de operación, evaluadas apropiadamente, imponen la selección del tipo y tamaño adecuado de las compuertas. Éstas se diseñan de diferentes tipos y con variadascaracterísticas en su operación y en su mecanismo de izado, los cuales permiten clasificarlas en grupos generales de la siguiente manera:
a. Según las condiciones del flujo aguas abajo:
- Compuerta con descarga libre.
- Compuerta con descarga sumergida o ahogada.
b. Según el tipo de operación o funcionamiento:
- Compuertas Principales: se diseñan para operar...