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DESCARGA POR ORIFICIO
Daniel Araujo, Ray Fernández & Jennifer Llanos.
Marzo 2016.
Universidad de la costa "CUC".
Atlántico.
Laboratorio de hidráulica
INTRODUCCIÓN
Para hacer uso del agua, generalmente se requiere almacenarla en depósitos de tal manera que podamos extraer la cantidad que necesitemos y en el momento que deseemos, por lo que para poder hacerlo, se provee al depósito de dispositivos que nos permitan lograr su extracción de manera adecuada, ya sea por medio de conectar una tubería o conducto cerrado al depósito o por medio de un orificio en una pared o el fondo de éste.
Los orificios intervienen en el diseño de muchas estructuras hidráulicas y para la medida o aforo de los fluidos que escurren.
El gasto de la descarga de un orificio depende de la naturaleza de sus aristas u orillas, y con el objeto de comparar el funcionamiento de los orificios que tienen diferentes diámetros, es necesario que estas aristas estén formadas similarmente.
RESUMEN
En esta experiencia de descarga por orificios el objetivo principal es aprender acerca de los coeficientes de descarga, velocidad y contracción y para poder comprender este tema debemos tener claridad en el concepto de caudal, el cual se necesita para llevar a cabo esta experiencia ya que compararemos 2 caudales, uno real que se calcula con una probeta y cronómetro y uno teórico que nos lo da el banco hidráulico.
OBJETIVOS
Determinar el caudal que pasa por los diferentes orificios.
Determinar el coeficiente de carga a través del caudal.
Determinar el coeficiente de velocidad con la altura de laminar.
Determinar el coeficiente de contracción con el área de la vena contraída y el área del orificio.
MARCO TEORICO
HIDRAULICA DE ORIFICIOS
DEFINICIÓN
Son perforaciones, generalmente de forma regular y perímetro cerrado, colocado por debajo de la superficie, en tanques, canales o tuberías.
Considerando un recipiente lleno de agua al cual se le realiza un orificio en una de sus paredes por debajo del nivel del agua, el fluido saldrá con una determinada fuerza por dicho orificio.
USOS
La utilidad del orificio es descargar el caudal cuya magnitud se desea calcular, por lo cual se supone que el nivel del fluido en el recipiente permanece constante por efecto de la entrada de un caudal idéntico al que sale, o bien porque posee un volumen muy grande.
CLASIFICACIÓN DE ORIFICIOS
La clasificación puede realizarse de acuerdo a su función:
Descarga libre
Sumergidos total o parcialmente
De acuerdo a su forma:
Circular, Cuadrado, Rectangular etc.
ORIFICIOS CON DESCARGA LIBRE
Son aquellos en los que el nivel del líquido de la descarga se encuentre por debajo de la descarga.
ORIFICIOS SUMERGIDOS TOTALMENTE
Son aquellos en los que el nivel del líquido de la descarga se encuentre por encima del orificio, pueden ser de dimensiones fijas o ajustables.
ORIFICIOS DE PARED DELGADA
En estos orificios el agua al salir tiene contacto con un solo punto y lo llena completamente. La vena líquida sufre una contracción, que llega a ser extrema en la parte que se denomina vena o sección contraída.
ORIFICIOS DE PARED GRUESA
En estos orificios el agua al salir tiene contacto en más de un punto, se le puede dar forma abocinada para que al salir el agua se forme un chorro igual al diámetro del orificio.
ORIFICIOS DE TUBO
La salida del orificio está conectada a un tubo corto, es decir, el líquido no sale a la superficie libremente inmediatamente, sino a un tubo de pequeña longitud aproximadamente 2 o 3 veces el diámetro del orificio.
PRINCIPIOS HIDRAULICOS EN ORIFICIOS
VELOCIDAD DE DESCARGA
Orificios, Tubos, Toberas o Boquillas, Venturi, Etc.
V I= 2*g*H Velocidad Ideal
ALTURA DE CARGA
Presión Hidrostática
H = V2 2*g Altura de Carga
AREA DE FLUJO (Área sección recta del orificio)
A = π.D2 4 Área de Flujo
CAUDAL IDEAL
QI=A*vI
CAUDAL REAL
Q = C*A*vI
H XYQ =VOL/ txoyo H XYQ =VOL/ txoyo
H
X
Y
Q
=
V
OL
/ t
x
o
y
o
H
X
Y
Q
=
V
OL
/ t
x
o
y
o
COEFICIENTE DE DESCARGA
C = QIvI Coeficiente de Descarga
CV = vRvI Coeficiente de Velocidad
Cc=AchAo Coeficiente de contracción
CÁLCULOS
Cv=hc/h
Cd=Qr/Qt
Cu=QA*2*g*h
Qr=VT
Qt=VA
Tabla 1. Datos obtenidos.
H(mm)
D vena (cm)
H pitot (mm)
Hv (m3)
T (s)
A (m2)
Qr(m3/s)
Qt
Cv
Cd
Cu
160
3.20
17
1000
7.74
0.00512
129.19
112.74
0.3259
1.14
14.24
160
3.20
17
1000
7.62
0.00512
131.23
112.74
0.3259
1.16
15.28
160
3.20
17
1000
7.53
0.00512
132.80
112.74
0.3259
1.17
15.37
220
3.20
38
1000
6.27
0.00704
159.48
122.58
0.4156
1.30
17.50
220
3.20
38
1000
6.15
0.00704
162.60
122.58
0.4156
1.32
17.98
220
3.20
38
1000
6.07
0.00704
164.74
122.58
0.4156
1.34
18.37
310
3.20
80
1000
5.06
0.00992
197.62
126.22
0.5080
1.56
20.08
310
3.20
80
1000
5.02
0.00992
199.20
126.22
0.5080
1.57
20.37
310
3.20
80
1000
4.90
0.00992
204.08
126.22
0.5080
1.61
20.69
GRÁFICAS
Gráfica 1. Cv vs Cd
Gráfica 2. Cv vs Cu
ANALISIS Y RESULTADOS
¿Qué aplicaciones tiene la práctica de descarga por orificio en la vida real?
Medición del agua de riego
Existen diferentes métodos para medir caudales de riego en finca.
Aforo con flotador
Aforo con compuerta
Aforadores
Aforo de perforaciones
Imagen 1. Obtenida de internet.
¿Cuáles son los errores más representativos?
Rpta/
Los datos obtenidos no son tan satisfactorios ya que no cumplen con lo condicionado, sobrepasan la unidad, estos resultados no se aproximan a las condiciones ideales, puede deberse a la idealización de la corriente de aire que desvía la dirección del fluido, el pulse cronométrico o retardo, etc.
De acuerdo a la teoría de los Coeficientes que deben ser menor que 1, se concluye que algunos de los coeficiente obtenidos en los resultados fueron mayores que la unidad, solo el Cv fue menor que la unidad.
Para el cálculo del coeficiente de gasto se tuvo en cuenta la diferencia de alturas piezometricas es decir la diferencia entre la altura del nivel del agua y el nivel del tubo pitot, por esa razón el Cu es el error más representativo, su valor esta entre 20.69-14.64 mucho mayor que la unidad.
¿A qué se debe que el coeficiente de descarga varíe con respecto a los distintos tipos de orificio utilizado?
Se pudo concluir que los fluidos que escurran a través de un orificio que tenga una pared delgada, se contraen formando un chorro mientras la corriente sale del orificio cuya área de sección transversal es menor a la del orificio.
LISTA DE REFERENCIAS
Streeter, V.L. (1971) "Mecánica de los Fluidos" Mc. GrawHill, 4ta. Impresión, México.
Sotelo, G. (1981) "Hidráulica General" Ed. Limusa, S.A., México.
Cv vs Cu
Cv vs Cd
