ORIFICIOS Y VERTEDEROSSingularidadesSe define como singularidades a los pequeos tramos de escurrimiento en donde se producen considerables variaciones de las circunstancias hidrulicas, como pueden ser variaciones de presin,de velocidad, de prdida de carga, etc.ClasificacinDe contorno cerradoDe contorno abiertoSingularidadesEl escurrimiento del agua est sometido a presiones mayores que la atmosfricael escurrimiento de agua se produce a presin atmosfrica, y por lo tanto son caractersticas de las canalizaciones abiertas.ORIFICIOSVERTEDEROS

ORIFICIOS Y VERTEDEROSCuando a un escurrimiento se lo ve obligado a pasar por una abertura luz practicada en la pared del depsito estructura, puede ser que la corriente fluida llene totalmente la seccin de pasaje (erogacin por un orificio) o no llene totalmente la seccin de la abertura (rebosamiento por vertedero)La hidrodinmica actual tiende a tratar estos problemas de pasaje de masas fluidas a travs de aberturas como movimientos variados de corta longitud.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosSe denomina orificio a una abertura de forma regular que se practica en la pared o fondo de un recipiente, a travs del cual se eroga el lquido contenido, mantenindose el contorno del orificio totalmente sumergido (es decir que la vena lquida est totalmente rodeada por el orificio).DefinicinEl lquido erogado se denomina vena lquida chorro.abahh

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosLos orificios pueden clasificarse:ClasificacinDe acuerdo a la relacin entre el espesor de la pared y la menor dimensin del orificio.

En funcin de si la vena lquida esta en contacto aguas abajo con la presin atmosfrica a una presin mayor (sumergida o parcialmente sumergida).

Teniendo en cuenta la ubicacin y el paramento del orificio.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosClasificacin (relacin entre espesor de pared y menor dimensin del orificio)El contacto entre la vena lquida y la pared tiene lugar en una lnea en todo el contorno del orificio. (arista viva)

e a

siendoe: espesor de la pareda: menor dimensin del orificioEl contacto entre la vena lquida y la pared tiene lugar en una superficie plano mojando toda la pared del orificio en la salida.

e 3 a

siendoe: espesor de la pareda: menor dimensin del orificioORIFICIO DE PARED DELGADAORIFICIO DE PARED GRUESA

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosClasificacin (segn la vena lquida)Que la vena lquida est en contacto aguas abajo con la presin atmosfrica.Que la vena lquida se encuentre sumergida aguas abajo.Que la vena lquida se encuentre parcialmente sumergida. (Parte en contacto con la presin atmosfrica y parte sumergida)En todos los casos se observa que el movimiento se producir por una transformacin de la energa hidrosttica de presin en energa cintica de velocidad.ORIFICIO DE SALIDA LIBREORIFICIO AHOGADO O SUMERGIDOORIFICIO PARCIALMENTE SUMERGIDO

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosClasificacin (segn la ubicacin y paramento)ORIFICIO DE PARED VERTICALORIFICIO DE PARED INCLINADAORIFICIO DE FONDO

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosClculo del Caudal Terico Erogado por un Orificio (Teorema de Torricelli 1 de 3)El Teorema de Torricelli es una aplicacin del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un lquido contenido en un recipiente a travs de un pequeo orificio, bajo la accin de la gravedad.Si se aplica Bernoulli entre los puntos A y C se tiene que:Siendo,hla distancia desde la superficie del lquido al centro del orificiopala presin atmosfricaUala velocidad de aproximacingel peso especfico del fluidogla aceleracin de la gravedadUcla velocidad terica de salida del orificio en la seccin contrada

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosClculo del Caudal Terico Erogado por un Orificio (Teorema de Torricelli 2 de 3)Ahora si despejamos Uc se obtiene:Velocidad de TorricelliPero si consideramos que Ua = 0 se tiene:Un anlisis intuitivo de las lneas de corriente permite interpretar la formacin de la seccin contrada c a una cierta distancia de la pared del orificio que es sobre la cual aplicamos Bernoulli y se cumplen las reglas de Bresse.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosClculo del Caudal Terico Erogado por un Orificio (Teorema de Torricelli 3 de 3)De esta forma, aplicando la ecuacin de Continuidad y teniendo en cuenta un coeficiente m0 ( tambin llamado Cd de descarga del orificio) que relaciona las reas de la seccin contrada y la seccin del orificio, se obtiene que:Donde,la seccin del orificiom0 = Cdel coeficiente de descarga = Cc . CvCcel coeficiente de contraccin de la vena fluida a la salida del orificio (relacin entre el rea contrada y la seccin del orificio) = c / Cvel coeficiente de velocidad (relacin entre la velocidad real y la velocidad terica) = Ureal / UcCuando el orificio es en pared delgada el coeficiente de descarga m0 Cd = 0,60 (El error cometido al suponer ese valor fijo es despreciable)

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCoeficientes de descarga, velocidad y contraccinm0 = Cdel coeficiente de descarga del orificio = Cc . CvDonde:Ccel coeficiente de contraccin de la vena fluida a la salida del orificio (relacin entre el rea contrada y la seccin del orificio) = c / Cvel coeficiente de velocidad (relacin entre la velocidad real y la velocidad terica) = Ureal / UcBoussinesq determin analticamente para orificios rectangulares: m0 Cd = 0,628 = p/5.En general deber determinarse experimentalmente y aunque prcticamente se lo toma m0 Cd = 0,60, se debe tener en cuenta que:Si el orificio y la carga son pequeos puede llegar hasta 0,70.m0 crculo < m0 cuadrado < m0 rectngulo Es mayor cuanto ms alargado es el rectngulo.Cuando la carga es grande no interesa la posicin del rectngulo o cuadrado.Es funcin del nmero de Reynolds. En orificios circulares tiende a 0,6 para Re > 100.000

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCoeficientes de descarga, velocidad y contraccin

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCondiciones de Orificio PerfectoSe define como tal al que cumple con las siguientes condiciones:Pared delgada (arista viva)Pared verticalPared perpendicular al escurrimientoContraccin de la vena completa: implica suficiente distancia desde el fondo y los laterales al orificio.Influencia de velocidad de llegada despreciable (normal a la pared y menor o igual a 0.30 m/s) (Cuando se supere ese valor de velocidad de llegada, se debe trabajar con la lnea de energa total y no con la carga)Presin igual aguas arriba y aguas abajo del orificio en superficie libre (generalmente patm en ambos lugares). Si las presiones variaran, deben ser tomadas en cuenta)Descarga libre (no influenciada por los niveles aguas abajo)

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCondiciones de Orificio PerfectoContraccin de la vena completa: implica suficiente distancia desde el fondo y los laterales al orificio.Esto se cumple si:B > 3 . ah1 > 1,5 . adonde:B: distancia entre el borde de orificio y el lmite de la pared que lo contiene.h1: la carga de agua sobre el borde superior del orificio.a: menor dimensin de orificio.Esta condicin es ms exigente que la que establece que la seccin de la pared sea mayor a 10 u 11 veces la del orificio.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCoeficientes de correccin para Orificios No PerfectosCuando el orificio no cumple con algunas de las propiedades enunciadas debe ser corregido el coeficiente de gasto, el que se obtiene de los manuales especializados y que se simboliza como Ci, donde i es el nmero asignado a cada correccin, con lo que la expresin general queda entonces:Es oportuno sealar que en el caso del orificio sumergido, el coeficiente de gasto estar obviamente relacionado con la diferencia de niveles aguas arriba y aguas abajo (Dh).

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCoeficientes de correccin para Orificios No PerfectosContraccin Parcialmente SuprimidaSe produce cuando la distancia del borde del orificio a la pared se anula.Si el permetro total es p se tendr un permetro ps donde la contraccin es suprimida.Las correcciones usuales son:Velocidad de llegadaSi U es > 0,3 m/s se debe aumentar la altura por al altura cintica.El coeficiente de correccin por velocidad de llegada ser:Coeficiente de gasto en el caso de un orificio sumergidoEste valor fue determinado experimentalmente por Weisbach y se debe a que despus de la seccin contrada hay una expansin que da lugar a una prdida por efecto Borda.ms = 0,98 = Cs . m0

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCoeficientes de correccin para Orificios No PerfectosOrificio de gran altura respecto de hLa expresin de Torricelli es valida para orificios de pequea altura respecto de h.En este caso las velocidades de los filetes superiores e inferiores difieren entre s. Por lo que la ecuacin a utilizar en este caso es:Correccin por contraccin incompletaSi la distancia a las paredes es menor que tres veces la menor dimensin del orificio puede corregirse m0 segn Weisbach: = Q / QPara orificio rectangular:Para orificio circular:Siendo Q el clculo de un orificio perfectoPara orificio rectangular:Para orificio circular:Siendo n la relacin de reas del orificio a la pared que est en contacto con el agua.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSOrificiosCoeficientes de correccin para Orificios No PerfectosOrificio parcialmente sumergidoEn este caso se debe tomar al orificio como una parte trabajando en descarga libre y otra parte sumergida.Siendo A2 el rea de descarga libre del orificio, A1 el rea de descarga sumergida.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSCompuertas

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosSe denomina vertedero al escurrimiento que se verifica sobre una barrera cuando sta se interpone en una canalizacin abierta, es decir que la corriente fluida no llena totalmente la seccin de la abertura. Si consideramos slo la singularidad, vertedero es la barrera que se interpone en el escurrimiento en un canal.DefinicinSus aplicaciones son diversas, fundamentalmente sirven para medir caudales, o sea aforar canales, como as tambin en obras de control de excedencias en presas.En realidad decir vertedero es un barbarismo, lo correcto sera vertedor.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosElementos caractersticosLmina vertiente: el agua que vuelca o rebalsa sobre el vertedero. Coronamiento, umbral o cresta: el lmite superior de la barrera. Longitud (b): ser la distancia entre las paredes verticales que limitan el umbral. Carga hidrulica (h): la altura de agua medida entre la cresta del vertedero y la altura de agua aguas arriba del mismo. Altura del vertedero (a): ser la distancia desde el fondo de la canalizacin hasta la cresta del vertedero.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacinLos vertederos pueden clasificarse:

Segn su posicin en el canal.

Segn la forma geomtrica en planta.

Segn la forma geomtrica del contorno de apertura.

Segn el espesor de la pared del vertedero .

Segn los bordes del umbral.

Segn la inclinacin de la pared.

Segn el tipo de escurrimiento por sobre el vertedero.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn la posicin en el canal)VERTEDERO LATERALVERTEDERO FRONTALVERTEDERO OBLICUO

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn la forma geomtrica en planta)VERTEDERO CURVO CONVEXOVERTEDERO CURVO CNCAVOVERTEDERO EN V

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn la forma geomtrica del contorno de apertura)VERTEDERO RECTANGULARVERTEDERO TRAPECIALVERTEDERO TRIANGULARVERTEDERO CIRCULAR

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn el espesor de la pared)El contacto entre la vena lquida y la pared tiene lugar en una lnea en todo el contorno del vertedero. (arista viva)

e h

siendoe: espesor de la paredh: carga sobre el vertederoEl contacto entre la vena lquida y la pared tiene lugar en una superficie plano mojando toda el contorno del vertedero en la salida.

e 3 h

siendoe: espesor de la paredh: carga sobre el vertederoVERTEDERO DE PARED DELGADAVERTEDERO DE PARED GRUESA h < e 3 h

siendoe: espesor de la paredh: carga sobre el vertederoVERTEDERO DE PARED INTERMEDIA

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn los bordes del umbral)VERTEDERO DE UMBRAL VIVOVERTEDERO DE UMBRAL REDONDEADOVERTEDERO DE UMBRAL CONVEXO

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn inclinacin de la pared)VERTEDERO DE PARED VERTICALVERTEDERO DE PARED INCLINADA

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClasificacin (Segn el tipo de escurrimiento sobre el vertedero)VERTEDERO DE CADA LIBREVERTEDERO DE LMINA DEPRIMIDAVERTEDERO DE LMINA ADHERENTEVERTEDERO DE LMINA AHOGADA

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosVertedero tipo CreagerEl perfil Creager o similar, es de uso frecuente en los sistemas de aprovisionamiento de agua, cuando la captacin debe realizarse en ros de bajo tirante y, consecuentemente, es necesario elevar el nivel para captar aguas con seguridad y mayor calidad, dado que sern ms claras por el efecto provocado al alentar la sedimentacin al reducir la velocidad. Ese tipo de aprovechamiento recibe el nombre de Azud.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosCondiciones de Vertedero PerfectoSe define como tal al que cumple con las siguientes condiciones:Contraccin lateral nula (b = B).Contraccin de fondo mxima (h1 > 4 h).Velocidad de llegada prcticamente nula.Pared delgada (e < h), vertical y perpendicular a la direccin de la corriente.Umbral horizontal y seccin rectangular. (Flancos verticales).Cada libre (sin influencia del nivel agua abajo) y lmina netamente destacada (aireada).

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Terico Erogado por un Vertedero de pared delgadaSi se aplica Bernoulli entre los puntos 0 y 1 y se expresa la ecuacin de gasto o caudal, se tiene la expresin general del gasto para una seccin cualquiera donde x = f(y):

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero rectangular de pared delgadaTeniendo en cuenta la forma rectangular, se tiene que:x = b/2

Por lo que la ecuacin queda:Es la ecuacin general del gasto de un vertedero rectangular cuya carga de velocidad de llegada es despreciable.

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederos(pg. 246 del Sotelo vila)

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero triangular de pared delgadaTeniendo en cuenta la forma triangular, se tiene que:x = y . tan(q/2)

Por lo que la ecuacin queda:Donde:o bien:

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederos(pg. 252 del Sotelo vila)

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero trapecial de pared delgadaEl gasto de un vertedero trapecial se puede calcular suponiendo la suma del gasto correspondiente a uno rectangular con longitud de cresta b y el triangular formado con las dos orillas.Donde:La ecuacin queda:

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero circular de pared delgadaTeniendo en cuenta la forma circular, se tiene que:Por lo que la ecuacin queda:Donde D se expresa en (dm) y Q se obtiene en (l/s).Segn frmula de Stauss - Jorisen

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero circular de pared delgadaTeniendo en cuenta la forma circular, se tiene que:Por lo que la ecuacin queda:Donde D se expresa en (dm) y Q se obtiene en (l/s).Segn frmula de Ramponi

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero con cresta circular en planta de pared delgadaSegn Gourley, el gasto (en Sistema mtrico) vale:

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero parablico de pared delgadaTeniendo en cuenta la forma circular, se tiene que:Por lo que la ecuacin queda:Donde:Segn Mostkow:

ORIFICIOS Y VERTEDEROSVertederosClculo del Caudal Erogado por un Vertedero proporcional (Sutro) de pared delgadaEl vertedero proporcional es aquel cuya forma hace que el gasto vertido sea proporcional a la carga h.