UNIDAD 6 ORIFICIOS. VERTEDEROS Y RESALTO HIDRÁULICO

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "UNIDAD 6 ORIFICIOS. VERTEDEROS Y RESALTO HIDRÁULICO"

Valentín Cortés Paz
hace 5 años
Vistas:

1 UNIA 6 ORIFIIO. VERTEERO Y REALTO HIRÁULIO apítulo 1 EAGÚE POR ORIFIIO Y BAJO OMPUERTA EIÓN 1: EAGÚE POR ORIFIIO INTROUIÓN Estuiamos en este capítulo los esagües por orificio bajo compuerta, secciones singulares, cua geometría coniciona ecisivamente el flujo en su entorno. Las périas e carga continuas prácticamente no existen por tratarse e fenómenos locales con mu poca longitu las périas por la singularia pueen también espreciarse por ser valores mu pequeños. A efectos prácticos el fluio se comporta como perfecto. ORIFIIO: EFINIIONE Y LAIFIAIÓN Orificio Es una abertura efectuaa en la pare e un epósito, embalse, tubería o canal e forma que el agua puee renar a través e él. Un orificio es una singularia en contorno cerrao, o sea, una singularia cuo perímetro es totalmente mojaa. A la corriente líquia que sale se le llama vena líquia o corro. arga Es la presión existente próxima al orificio, altura o presión en la parte interior el epósito. e mie ese el nivel el líquio asta el centro el orificio. uele representarse por. ección Es el área e la sección transversal el orificio (no e la vena líquia, a que experimenta una contracción. La velocia e llegaa es la velocia con que el líquio llega al recipiente. El movimiento permanente o estacionario tiene lugar cuano el esagüe tiene lugar a carga constante.

LAIFIAIÓN egún el grueso e la pare Orificios

menor que la mita e la imensión más pequeña el

1 Orificios en pare gruesa on aquellos cuo

cumplen con el otro requisito (fig.6.). Fig. 6.

2 LAIFIAIÓN egún el grueso e la pare Orificios en pare elgaa on aquellos cuo grueso e pare es menor que la mita e la imensión más pequeña el orificio (fig.6.1). Fig. 6.1 Orificios en pare gruesa on aquellos cuo grueso e pare es maor que 4 o 5 centímetro no cumplen con el otro requisito (fig.6.). Fig. 6. egún el nivel aguas abajo Pueen existir os casos en esagüe e un líquio:

3 Orificio con salia libre Tiene lugar cuano el nivel el líquio en el canal e salia, está por ebajo el bore inferior el orificio (fig.6..a) Orificio sumergio o anegao uano el nivel el líquio en el canal e salia o recipiente inferior está por arriba e la arista o bore superior el orificio (fig.6..b) a) b) Fig. 6. egún su ubicación Orificios laterales Ubicaos en una pare lateral, a sea vertical, inclinaa o curva. Orificios e fono Ubicaos en la pare el fono, orizontal o inclinao egún la isposición e las aristas e entraa e aristas vivas o aristas reoneaas. egún su forma e tantas clases como formas geométricas existen: circulares, rectangulares, triangulares, elípticos, etc. En cauces abiertos es frecuente, que en eterminaos puntos sea necesario proucir un vertio, bien por existir un umbral como puee ser una compuerta, una presa, o bien para erivar caual a un cauce. Este sistema se enomina verteeros si el caual es erivao por la parte superior (fig.6.4.a) o esagües bajo compuerta si el caual es erivao por ebajo e la superficie libre (fig.6.4.b).

que EAGÜE POR ORIFIIO IMÉTRIO IN INFLUENIA E LA GRAVEA. Este es el caso práctico e un orificio sobre el que existe una gran carga con relación a su tamaño.

4 VERTEERO E PARE ELGAA EAGÜE BAJO OMPUERTA a) b) Fig. 6.4 Al igual que en tuberías se puee efinir un coeficiente e contracción representa la isminución e sección posterior al esagüe o el vertio. que EAGÜE POR ORIFIIO IMÉTRIO IN INFLUENIA E LA GRAVEA. Este es el caso práctico e un orificio sobre el que existe una gran carga con relación a su tamaño. Tangente B b b Fig. 6.5 Al salir la lámina por el orificio, lo ace según la irección el contorno por ser éste una línea e corriente, tenieno luego acia la el eje. Por tanto la sección e la vena sufre una contracción caracterizaa por el enominao coeficiente e contracción, como:, que se efine

5 V ección e la vena contraia ección el orificio Por tanto: V En la vena contraía se puee amitir que la istribución e velociaes es uniforme la presión es la atmosférica. i llamamos H a la altura e energía sobre el eje el orificio V a la velocia en la sección contraía, aplicamos Bernouilli con périas espreciables en esta singularia, se euce: V H ; V g H g el caual Q esaguao valrá, la sección e la vena contraía V por la velocia V Q V.V.V g H El coeficiente e contracción sin influencia e la gravea solo epene e la geometría el contorno puee eterminarse por cálculo analítico por ensao en moelo reucio. En la figura 6.6 se representa la variación e para orificio rectangular Fig. 6.6 oeficiente e contracción en orificio simétrico sin influencia e la gravea, relacionano iámetros b/b

6 EAGÜE POR ORIFIIO ON INFLUENIA E IVERO FATORE En el caso e que exista influencia e la gravea, e la isimetría el conucto, etc., la forma e la lámina se moifica el cálculo resultante es el siguiente: Un orificio en pare elgaa, esagua bajo una altura constante z A eterminar el caual e salia. A z A o B Fig. 6.7 Aplicamos la ecuación e Bernouilli entre A B en la figura ajunta tomamos como plano e referencia el que pasa por B V p V p A A B B z A z B H g g Nos quea: V B z A H g (6.1) H es la péria e carga por la singularia, que en este caso es el orificio que evaluamos en: 1 H V VB 1 g one V es el coeficiente e velocia se obtiene como el cociente entre velocia meia real velocia meia teórica. ustitueno en la ecuación (1) simplificano: El caual esaguao valrá: V g z (6.) B V A Q V V B

7 one V es la sección e la vena contraia. Por tanto, el coeficiente e contracción vale: V ; Q V V B one es la sección el orificio. ustitueno en (), se tiene: Q V g z A Al proucto e por V, lo llamamos coeficiente e esagüe ( V = ) varía en función el número e Renols. Q g z (6.) A Ejemplo 6.1. Un orificio e 5 cm e iámetro en pare elgaa, esagua bajo una altura constante e 1 m. eterminar el caual e salia. (oeficiente e esagüe =,594). ustitueno los atos numéricos el problema, para un e,594 en la ecuación (6.) (5 1 Q,594 4 ) 9,81 1,16 m / s

8 EAGÜE POR ORIFIIO E FORMA IRREGULAR EN PARE ELGAA Tenieno en cuenta la expresión (6.), el caual que obtenríamos para la sección elemental raaa, valría: X 1 G b Y Fig.6.8 Q g z A Q b g Para too el orificio el caual esaguao valrá: Q g 1 b (6.4) Particularizano la ecuación anterior para una sección rectangular e laos b, como la e la figura. X 1 G b Y Aplicano la ecuación (6.4) obtenia anteriormente: Q b g 1 b g / 1 b g / / 1 (6.5) Esta fórmula es aplicable en compuertas e parees elgaas.

9 on la ecuación (6.) se puee obtener una ecuación que nos permita también calcular Q: Q g z ; z 1 Q b g ; 1 ; 1 Q b ( 1 ) g b ( 1 ) g ( 1 ) Ejemplo 6.. alcular el caual que esagua un rectángulo practicao en pare elgaa, e imensiones b = 1 m =,4 m, sieno la carga en su centro geométrico e 1,7 m. (Tómese =,6). olución: Partieno e la ecuación: Q b g / /,6 1 9,81 1,7, 1,7, / / 1 1,9 m / s También con la ecuación: Q b ( 1 ) g ( 1 ),6 1 (1,9 1,5) 9,81 (1,9 1,5) 1,9 m / s TIEMPO E EAGÜE EN EPÓITO epósito e sección constante Vamos a obtener una expresión que etermine el tiempo e esagüe e un epósito e sección constante altura e carga variable, según los atos e la figura Fig. 6.9 En el instante inicial, para = : Q g

10 para un intervalo t, la carga escenerá un nivel el volumen elemental evacuao valrá Q t, igual a la sección transversal en planta el epósito, por la variación e carga, esto es: Q t El signo negativo expresa el sentio físico e que la carga,, isminue cuano t aumenta. Integrano espejano t: t g t t t t 1 g 1 1 / t t 1 / 1 / t1 1 g Para el caso particular e calcular el tiempo t para un vaciao total =, quearía: 1 t 1 g g sieno la profunia ese la LL inicial asta el fono el epósito. epósito con sección e cono En este caso se trata e un epósito cua sección es un cono isósceles con los atos e la figura 6.1, vamos a obtener el tiempo e esagüe. Los valores e R, son conocios. iguieno el mismo criterio que en el caso anterior: Fig. 6.1

11 Volumen escenio = Volumen esaguao Q t x g t omo x es variable, buscaremos una relación con los atos conocios el problema: x R x R R g t Integrano espejano t: R t 5 g 1/ epósito con sección esférica En este caso la sección es esférica, vamos a eterminar el tiempo e esagüe, según los atos e la figura Fig Establecemos una relación entre r, x e :

12 r x x 4 r ; r r r La superficie transversal en planta, para la superficie elemental consieraa, vale: (r ) El volumen escenio será igual al volumen esaguao: g t ; g t ustitueno la expresión obtenia para : 1 / 1/ ( r ) g t Integrano entre r espejano a continuación: t g r (r ) 1 / 16r 15 5 / g

Documentos relacionados

UNIDAD 6 ORIFICIOS. VERTEDEROS Y RESALTO HIDRÁULICO

UNIDAD 6 ORIFICIOS. VERTEDEROS Y RESALTO HIDRÁULICO UNIDAD 6 ORIFIIOS. VERTEDEROS Y RESALTO HIDRÁULIO apítulo VERTEDEROS SEIÓN 1: VERTEDEROS EN PARED DELGADA DEFINIIÓN DE VERTEDERO Y FUNIONES uano un líquio tiene su superficie lire a cota superior a la