Calculadora de descarga por orificio: caudal de salida de tanques y estanques
Calcula el caudal por un orificio con Q = C·A·√(2gh), el diámetro para un gasto objetivo, la velocidad del chorro y el tiempo de vaciado de un tanque.
Cómo funciona
Q = C × A × √(2 g h) · área necesaria A = Q ÷ (C × √(2gh)) · tiempo de vaciado de h₁ a h₂ con superficie constante A_t: t = 2 A_t ÷ (C × A × √(2g)) × (√h₁ − √h₂)
El agua que sale por un orificio bajo carga alcanza la velocidad que tendría un objeto al caer desde esa altura, √(2gh) (teorema de Torricelli). El caudal es esa velocidad por el área del orificio por un coeficiente de descarga que toma en cuenta la contracción del chorro al salir por una arista viva: cerca de 0.61 en una placa delgada y más alto en un tubo corto o una entrada redondeada. Como el caudal crece con la raíz cuadrada de la carga, los orificios son reguladores ideales: el orificio de salida de un estanque de detención descarga más conforme se llena, pero de forma moderada, y así se limita el escurrimiento después de urbanizar al gasto que había antes. La misma fórmula, integrada mientras baja el nivel, da el tiempo de vaciado de un tanque o estanque, y despejada sirve para dimensionar el orificio para un gasto permitido. La carga se mide al centro del orificio, o al nivel del agua aguas abajo si la salida está ahogada. Los gastos se muestran en L/s y en cfs (1 cfs = 28.3 L/s).
Ejemplo resuelto
Un orificio de arista viva de 152 mm (C = 0.61, área 0.0181 m²) con 1.22 m de carga descarga unos 54.1 L/s (1.91 cfs), con un chorro de 4.9 m/s. Para limitar la salida a 1.5 cfs (42.5 L/s) con esa carga, la abertura debe ser de unos 13.5 cm (5.3″). Un estanque de 1,858 m² tardaría unas 15.1 horas en bajar de 1.22 m a 0.15 m por el orificio de 152 mm.
Preguntas frecuentes
¿Qué coeficiente uso para un tubo que atraviesa el bordo de un estanque?
Un tubo corto, de 2 a 3 diámetros de largo, se toma con C ≈ 0.8. Los tubos más largos funcionan como alcantarillas y hay que incluir la fricción, así que conviene usar una calculadora de alcantarillas o de pérdidas en tubería.
¿Importa la forma del orificio?
Solo por el área y el tipo de arista: una ranura rectangular de arista viva usa el mismo C ≈ 0.61. Los orificios muy pequeños, de menos de 2.5 cm, se tapan con facilidad y descargan menos de lo teórico.
¿Cómo se calcula el caudal que sale por un orificio?
Multiplica el coeficiente de descarga por el área del orificio y por √(2gh), con g = 9.81 m/s² y h la carga en metros. Con C = 0.61, un orificio de 5 cm (0.00196 m²) y 1 m de carga salen 0.61 × 0.00196 × 4.43 ≈ 0.0053 m³/s, unos 5.3 L/s.
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