orificios tubos toberas y vertederos
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Un orificio es una abertura practicada en la pared de un deposito o un diafragma en una tubería por donde circula un fluido.La forma de un orifico podría ser cualquiera: circular, rectangular, etc.El tamaño puede ser desde unos hasta varios .El orificio se puede comunicar con la atmosfera o bien con otro fluido bajo presión.
Las paredes del orificio pueden ser de contorno redondeado
o con aristas vivas.
El orifico puede terminar en un tubo corto cilíndrico de
diversas maneras, en una tobera o en un difusor.
Los orificios, tubos, toberas y vertederos, además de
realizar otras funciones como la regulación y el control del
flujo son también los instrumentos más utilizados para la
medición del caudal.
ORIFICIOS, TUBOS Y
TOBERAS.
Representa el caso general de un orificio de
forma cualquiera practicado en la pared lateral
de un depósito por donde desagua un líquido
a la atmosfera. Se trata de averiguar el
caudal. Escribamos la ecuación de Bernoulli
sin perdidas entre las secciones 1 y 2, esta
última en la << vena contracta>>, donde la
presión es 0.
Aplicaciones
Se pueden agrupar en dos clases: control de flujo y medición de caudales
Control de flujo
Orificio, tubos y toberas de diferentes clases se utilizan en las transmisiones y controles hidráulicos y neumáticos. Con los elementos q figuran en la tabla 14-2 y otros análogos y combinando sus características ( longitud, diámetro del tubo, etc) se puede regular, por ejemplo, la velocidad de un cilindro de aceite a presión que mueve el embolo de una prensa hidráulica.
El orificio en particular es un medidor muy barato de flujo.
Para medida y control del flujo se utiliza siempre un orificio de
aristas vivas porque es insensible a la viscosidad, y por tanto su funcionamiento no se altera con la temperatura del
fluido. El aparto antiguo y muy sencillo conocido con el nombre de cuba Danaide, posee uno o
varios orificios en el fondo y mide canales de 5 a 500 1/s.
Donde
n= número de orificios abiertos
d= es el diámetro del orificio
Medición de canales
DESAGÜE POR UNA
COMPUERTA DE FONDO
Una abertura de compuerta, no es más que un
orificio rectangular de altura a y de ancho b,
que supondremos constante e igual al ancho
de canal. En el fondo no hay contracción; pero
si en la lámina superior.
t = tiempo que se requiere para descargar de unaprofundad y1, a una profundidad y2.Ar = área transversal constante del recipienteAo = área del orificioCd = coeficiente de descarga
•ORIFICIO CON REGIMEN VARIABLE
•Entra el mismo caudal Q que sale.•Al vaciarse el deposito , el nivel de la superficie descenderá y elnivel no será constante entonces de régimen variable.Se iguala el volumen vaciado contado a partir del caudal, y el
vaciado a partir del recipiente, en un tiempo dt,
•VERTEDERO•Dispositivo hidráulico que consiste en una escotadura a través de la cual se hace circular el caudal que se desea determinar.•Pared de nivel que intercepta la corriente causando una elevación.
APLICACIONES:•Control de nivel como vertedero depresas.•Medición de caudales como vertederos demedidas.
TIPOS DE VERTEDEROS:
• Vertedero lamina libre
• Vertrederosumergido
Segun la altura
laminar
• Inclinados
• Quebrados
• Curvilineos
Segun la dispociion en plantas
de vertederos
• Pared delgada
• Pared gruesa
Segun el espesor de
la pared
VERTEDEROS DE PARED DELGADA:
Sirven para medir caudales con mayor precisión
La exactitud de la medida del caudal exige que el
vertedero este bien ventilado.
VERTEDERO DE PARED GRUESA
Son estructuras fuertes que no son
dañadas fácilmente y pueden manejar
grandes caudales.
Su función principal es el control de
niveles en los ríos o canales.
CANAL DE VENTURI
Gracias a una disminución de la sección transversal del
canal, se consigue un decremento en la altura
piezométrica de la corriente a expensa también de un
incremento de la energía cinética.
Existen tres tipos de canal de Venturi:
a) Solera plana, estrechamiento lateral solamente.
b) Solera no plana, sin estrechamiento lateral.
c) Solera no plana y estrechamiento lateral.
OTROS PROCEDIMIENTOS
PARA MEDIR EL CAUDAL EN
FLUJO LIBRE
Pantalla higrométrica de Anderson:El flujo que se quiere medir se conduce aun canal en el cual la pantalla se mueveprácticamente con la misma velocidadmedia del fluido. Este método es caropero de gran precisión. En movimientouniforme, siendo Δs distancia recorrida enel tiempo Δt, se tendrá:
v =Δs/ΔtDe donde se obtiene inmediatamente el caudal.
En los canales se pueden utilizar los tubos de Prandtl y los
molinetes hidráulicos que son instrumentos que miden directamente
la velocidad y permiten calcular el caudal.
Otros procedimientos que se aplican en hidráulica son:
Se inyecta una solución
concentrada de sal en el agua
en la estación 1 y se
determina la concentración de
la misma en la estación de la
2.
Método de la sal de Allen:Este método se basa en el hecho que la concentración de sales en el agua
aumenta su conductividad. Se efectúa una inyección de sal en la
estación 1 y se detecta eléctricamente a su llegada a la
estación 2. La velocidad con la que recorre la sal la distancia entre
ambos puntos se calcula dividiendo el espacio por el tiempo transcurrido.
INSTRUMENTACIÓN DE MEDIDA DE NIVEL
Esta medida sirve para determinar el contenido de los tanques, paraaccionar dispositivos de alarma y seguridad en los recipientes a presión,para el accionamiento de válvulas y vertederos en la regulación de lascentrales hidroeléctricas, etc.
la destilación del petróleo, en las centrales termoeléctricas, etc., serequiere con frecuFinalmente, en encia la medición del nivel de fluido enel proceso de destilación, calderas, etc.
MEDICIÓN DIRECTA
El aparato consta de unamanómetro diferencial deflotador. Sobre la columnadel líquido manométrico,actúa por un lado el aguade la caldera y por el otroel agua de otro depósito.Al aumenta el nivel deagua en la calderadisminuye la diferencia depresiones; mientras que aldisminuir dicho nivelaumenta ésta.
Se realiza por medio de un tubo de vidrio provisto de escala
conectado al recipiente (vasos comunicantes).
En este caso puede medirse el nivel mediante un
flotador que acciona una
aguja indicadora por el
procedimiento desarrollado por
la firma de Siemens und
Haslske AG de Alemania.
Vertedero rectangular.
Q = caudal en m3/s
C=es un coeficiente indicador de las condiciones de escurrimiento del agua sobre el vertedero
L = longitud de la solera del vertedero en m
h = altura de la lámina vertiente sobre la cresta en m
g = aceleración de la gravedad, en m/s2
V0 = velocidad de llegada de la corriente inmediatamente aguas arriba del vertedero, en m/s
VERTEDERO TRIAGULAR.Se emplea para medir caudales pequeños, inferiores a 6 l/s.
Donde Q1= caudal teórico.
Es muy frecuente un vertedero triangular con α=90° .
Donde:
VERTEDERO TRIAGULAR.
la Formula para un vertedero triangular es:
Donde:
Pero si a Cp=C. La ecuación de un vertedero triangular se simplificaría a:
Nota: la C es una constante para cada vertedero.
Fórmulas de otros vertederos.
Las aberturas de los vertederos puede ser cualquiera además de triangulares y
rectangulares etc.
Su fórmula es:
Suponiendo que todos los vertederos cumplen esto
aunque C no es constante, si no varía con la altura.
Pero se podría diseñar un vertedero para que la ecuación
Donde n es el número que se desee. Es decir bastara solo descifrar una forma, para que el
área se proporcional a hn-1/2 , es decir:
Puede diseñarse un vertedero para cualquier valor de n.
Fórmulas de otros vertederos.
Medida hidrostática de nivel
Al aumentar el nivel del agua
aumenta la presión que actúa
sobre el manómetro. Amplitud de
medida, hasta 150 m.
Medida de nivel por el
empuje de Arquímedes
Al aumentar el nivel, aumenta
el empuje de Arquímedes que
se opone al peso de la varilla
de buzo: la resultante de
ambas fuerzas da una medida
del nivel del líquido. Amplitud
de medida hasta 50 m.
Medida neumática de nivel
Al burbujear el aire
proviene de un pequeño
compresor o una botella a
presión, la presión en el
tubo de aire de salida
aumenta mientras
aumenta el nivel del
líquido. Amplitud de
medida hasta 50 m.
La medida de la lámina de agua h de un vertedero
necesaria para medir el caudal
Puede hacerse por uno cualquiera de los
cuatro métodos descritos puede utilizarse la
balanza de presión, que sirve por lo tanto para
medir presiones, caudales y niveles. La
balanza mide la presión transmitida por la
tubería de detección, el empuje vertical de la
varilla de inmersión indica la cota de nivel. Los
componentes principales de la balanza son: el
transformador de presión, el fiel de la balanza y
un servomotor. La precisión de la medida
puede llegar hasta el 0.025% del valor máximo
de la escala.
Principio de la variación de
resistenciaUtiliza electrodosinmersos en el líquido,que miden la variación dela resistencia. Se empleanpara controlar el vacío,llenado, medición oindicación de nivel en todaclase de líquidos. Seemplea corriente alternapara evitar la ionizacióndel líquido.
Principio de variación de
capacidadUn electrodo inmerso en ellíquido, cuyo nivel se requieremedir o controlar, forma coneste último un condensador,cuya capacidad varíalinealmente con el nivel delliquido en el depósito. Semide la corriente delcondensador proporcional ala capacidad que constituyepor tanto una medida delnivel del líquido.
El principio de este instrumento es elmismo del sónar empleando por lossubmarinos para medir la profundidad deinmersión. Se mide el tiempo que tardala onda ultrasónica y su eco en recorrerel espacio entre el emisor, colocado en elfondo del depósito, y el receptor, dondese recibe la onda reflejada, colocadoconvenientemente también en el fondodel depósito. Este instrumento es usadopara la medición de líquidos con peligrode fuego y explosión.
Se basa en la medida de radiaciónremanente de rayos gamma, que sehace incidir sobre el líquido. A unlado del recipiente se coloca a lolargo de toda la altura ocupada porel líquido emisor de rayos gammade intensidad I0. En el lado opuestose mide la intensidad I de laradiación residual con un contadorde Geiger. La intensidad I es máspequeña cuanto mayor el nivel h delliquido en el depósito.
GRACIAS
POR:
Dayana Vásquez.