INFORME DE LABORATORIO N° 3 DESCARGA POR ORIFICIOS

LABORATORIO 3 DESCARGA POR ORIFICIOS

JUAN CARLOS DELGADO SAENZ ROBERTO ARTURO HERRERA GONZÁLEZ ANDREA MILENA PINZA RODRÍGUEZ JULIANA ALEJANDRA RODRIGUEZ GUIO ANDREA GIANNELLA SANCHEZ ROJAS JORGE YESID SARMIENTO SARMIENTO

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS INGENIERIA CIVIL TUNJA 2014

LABORATORIO 3 DESCARGA POR ORIFICIOS

JUAN CARLOS DELGADO SAENZ - 2142502 ROBERTO ARTURO HERRERA GONZÁLEZ - 2141964 ANDREA MILENA PINZA RODRÍGUEZ - 2141986 JULIANA ALEJANDRA RODRIGUEZ GUIO - 3111909 ANDREA GIANNELLA SANCHEZ ROJAS - 2141997 JORGE YESID SARMIENTO SARMIENTO - 2136332

Informe de laboratorio N° 3

Ing. MELQUISEDEC CORTES ZAMBRANO Docente Académico Mecánica de Fluidos

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS INGENIERIA CIVIL TUNJA 2014

INTRODUCCION

El laboratorio de descarga por orificios es fundamental para entender procesos efectuados en vertederos, así como el análisis de la variación del caudal en un depósito. Con este laboratorio se pretende calcular el caudal que sale por cada uno de los orificios de acuerdo a la altura del embalse o depósito, para luego determinar los coeficientes que definen el sistema, como por ejemplo el gasto, el cual nos permite determinar el tiempo en el cual se desocupa el tanque, así como la influencia que tiene el orificio en la descarga. En la vida práctica sin saber cómo es la descarga según el orificio no se podrían realizar ciertos dispositivos de uso diario de tipo hidráulico

OBJETIVOS

GENERAL  Determinar las características de un flujo a través de un orificio

ESPECIFICOS  Determinar los coeficientes de velocidad, contracción y descarga dependiendo de la trayectoria del chorro  Determinar el caudal del orificio de descarga experimentalmente  calcular el tiempo en el cual se desocupa el tanque  calcular el caudal de salida para cada uno de los orificios de acuerdo al diámetro del orificio

MARCO TEORICO

DESCARGA POR ORIFICIOS El término fluido incluye a toda sustancia capaz de fluir, y se aplica tanto a gases como a líquidos, puesto que todos los fluidos obedecen al movimiento en base a las leyes de newton Cuando practicamos una abertura en un depósito que contiene un fluido, la velocidad de salida del mismo incrementa con la profundidad a la cual se realiza el orificio, y en base también al nivel en el que se encuentra el líquido, puesto que la fuerza no equilibrada que afecta al movimiento es debida a la gravedad. Puesto que se destruye la presión de la pared existente en el punto donde se encuentra la abertura y la presión del líquido interior la empuja directamente hacia el orificio, entonces el nivel del líquido desciende una altura h en un tiempo t, luego que ha escapado un cierto volumen de líquido del recipiente. Un orificio es una abertura practicada en la pared de un depósito (orificio lateral o de fondo) o en un diafragma en una tubería por donde circula un fluido (orificios para medida de caudales) La forma puede ser cualquiera: circular, rectangular, etc.; aunque la forma más frecuente es la circular. El tamaño puede ser desde unos mm2 hasta varios m2. Ejemplos de estos últimos son la abertura rectangular al extremo de un canal y la abertura de entrada del embalse de una turbina, obturada por una compuerta deslizante o una compuerta de rodillos (estas compuertas pueden pasar muchas toneladas.)

El orificio puede comunicar con la atmosfera, o bien con otro fluido bajo presión (orificio sumergido) Las paredes del orificio pueden ser de contorno redondeado, o con aristas vivas El orificio puede terminar en tubo corto cilíndrico de diversas maneras, en una tobera, o en un difusor Finalmente un vertedero viene a ser como un orificio que llega hasta la superficie libre del líquido, es decir, un orificio en que el contorno superior ha desaparecido Los orificios, tubos, toberas y vertederos, además de realizar otras funciones como la regulación y control de flujo, son también los instrumentos más utilizados para la medición del caudal, por lo cual a ellos dedicaremos principalmente nuestro estudio. El fundamento de estos instrumentos, lo mismo que el del medidor de flujo libre de Venturi, es la relación que existe entre la diferencia de alturas piezometricas antes y después del instrumento y el caudal. El caudal que escurre a través del orificio del área A o será: 𝑄0 = 𝐴0 𝑣2 = 𝐴0 √2𝑔ℎ

Tanto el área de salida del líquido A0, como la velocidad de salida v2 y el caudal Q0 son valores ideales, ya que en la práctica son menores por diferentes causas, como la contracción de las líneas de corriente, las pérdidas de energía por fricción, etc. COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN Se designa por coeficiente de contracción, a la relación entre el área de sección contraída y el área de la sección del orificio: 𝐶𝑐 =

𝐴 𝐴0

El valor medio práctico de Cc es 0,62, teóricamente el valor de Cc se mide como 𝜋 , para orificios largos abiertos en paredes delgadas. 𝜋+2 Tratándose de agua y orificios circulares, la sección contraída se encuentra a una distancia de la pared interna del orificio, aproximadamente igual a la mitad del diámetro del orificio, aproximadamente igual a la mitad del diámetro del orificio. COEFICIENTE DE VELOCIDAD Cada partícula al atravesar la sección contraída, tendría velocidad idéntica al de la caída libre, desde la superficie libre del depósito, en la realidad sin embargo la velocidad no es la verdadera, por eso se introduce un coeficiente de corrección, o coeficiente de reducción de velocidad: 𝐶𝑣 =

𝑣 𝑣2

COEFICIENTE DE DESCARGA Se define como la relación del caudal de descarga real y el que se obtendría si el agua saliera con velocidad V y sin reducción del área de salida del líquido, es decir, caudal ideal: 𝐶𝑑 =

𝑄𝑟 𝑉 𝐴 = ( ) = 𝐶𝑐 ∗ 𝐶𝑣 𝑄 𝑉2 𝐴2

En consecuencia para obtener el caudal real que fluye a través del orificio se puede utilizar:

𝑄𝑟 = 𝐶𝑑 𝐴0 𝑉2 = 𝐶𝑑 𝐴0 √2𝑔ℎ

DESCRIPCION DE EQUIPOS

FME04: Equipo de descarga por orificios

Este módulo consta de un depósito cilíndrico transparente que se alimenta por la parte superior desde el Banco Hidráulico (FME00) ó el grupo de alimentación Hidráulica Básico (FME00/B). El agua fluye a través de una boquilla intercambiable (se suministra un juego de 5 boquillas que representan orificios de distintas características), situada en el centro de la base. La vena líquida fluyente pasa directamente al depósito volumétrico del Banco Hidráulico (FME00/B). Un tubo de Pitot puede colocarse en cualquier punto de la vena fluyente para determinar su altura de carga total. Un dispositivo transversal, anexo al tubo de Pitot, permite determinar el diámetro de la vena líquida fluyente.

Se puede medir la altura del tubo de Pitot y la altura total a través del orificio en un panel de 2 tubos manométricos situados al lado del depósito. Especificaciones Depósito cilíndrico transparente Cinco tipos de boquillas: diafragma, coloidal, 2 de tipo Venturi y cilíndrica. Altura de carga máxima: 400 mm Sistema de conexión rápida incorporado Estructura de aluminio anodizado Dimensiones y Peso Dimensiones: 450 x 450 x 900 mm. Aprox. Peso: 15 kg. Aprox.

MATERIALES Y EQUIPOS

   

banco hidráulico cronometro cinta métrica termómetro

MARCO METODOLOGICO

PROCEDIMIENTO PRACTICA N° 1: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE GASTO PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI 1. Montar el aparato encima del canal del Banco Hidráulico y nivelarlo para que quede horizontal

2. Conecte el tubo de entrada al aparato, mediante un conducto flexible (6), a la boquilla de salida de impulsión del Banco Hidráulico. El aparato debe quedar dispuesto para descargar directamente en el canal. El derrame que puede producirse a través del rebosadero se debe conducir a desaguar en el aliviadero del tanque volumétrico.

3. Para obtener lecturas que resulten lo más estables posibles, la posición del tubo vertical de entrada debe ajustarse para que el difusor quede simplemente oculto bajo la superficie libre del agua en el depósito. 4. Coloque la boquilla N° 1, Tobera de pared delgada tipo Venturi. Anote del diámetro del orificio de descarga.

5. Introducir agua en el depósito para llenarlo hasta el nivel superior del tubo del rebosadero. Regular el caudal admitido para que exista una pequeña

descarga a través del rebosadero, asegurando así la constancia del nivel del agua en el depósito mientras se efectúan las mediciones. Nota: si se está utilizando el aparato con el grupo hidráulico, la medida del caudal se obtiene directamente del caudalimetro montado en el grupo. Para ello el nivel del agua en el FME04 debe estar por debajo del rebosadero para garantizarnos que el agua impulsada es igual al agua desaguada por el orificio

6. El coeficiente de gasto se determina mediante la siguiente ecuación 𝐶1 = 𝑄 𝜎√2𝑔ℎ

7. Varié el caudal del agua y determine para cada caso el coeficiente de gasto

8. Complete la siguiente tabla de resultados

COEFICIENTE DE GASTO

caudal (Q) l/min

H (m)

4,651162791

0,011

5,398110661

0,011

5,102040816

0,011

caudal (Q) l/min 4,301075269

H (m) 0,03


4,88997555

0,03

0,206383749

4,683840749

0,03

0,197683731

caudal (Q) l/min 3,903708523

H (m) 0,035


4,310344828

0,035

0,168425339

3,911342894

0,035

0,152834466

0,324186282 0,376248586 0,355612503

0,181528932

0,152536156

Los caudales obtenidos con diferentes alturas de carga se registraran en la tabla indicada a continuación y, como resultado de estas mediciones, deben obtenerse un valor, cd =0,63 siendo Donde 𝐶𝑑 =

𝑄 𝐴√2𝑔𝐻

PRACTICA N° 2: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE VELOCIDAD PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI 1. Montar el aparato encima del canal del Banco Hidráulico y nivelarlo para que quede horizontal.

2. Conecte el tubo de entrada al aparato, mediante un conducto flexible (6), a la boquilla de salida de impulsión del Banco Hidráulico. El aparato debe quedar dispuesto para descargar directamente en el canal. El derrame que puede producirse a través del rebosadero se debe conducir a desaguar el aliviadero del tanque volumétrico.

3. Para obtener lecturas que resulten lo más estables posibles, la posición del tubo vertical de entrada debe ajustarse para que el difusor quede simplemente oculto bajo la superficie libre del agua en el depósito. 4. Coloque la boquilla N° 1. Tobera de pared delgada tipo Venturi. Anote el diámetro del orificio de descarga.

5. Introducir agua en el depósito para llenarlo hasta el nivel superior del tubo del rebosadero. Regular el caudal admitido para que exista una pequeña descarga a través del rebosadero, asegurando así la constancia del nivel del agua en el depósito mientras se efectúan las mediciones.

6. Para establecer cuánto vale el coeficiente de velocidad Cv, hay que emplazar el tubo de Pitot dentro de la vena liquida fluyente, en la sección contraída (situada a 1.5 veces del diámetro del orificio por debajo del plano en el que está contenido este). Anotar la altura de carga indicada por el tubo de pitot, hc. 7. Anotar la altura del nivel de agua, obtenida mediante el segundo tubo manométrico situado en el panel.

8. El coeficiente de velocidad se determina mediante la siguiente ecuación: ℎ

𝐶𝑣 = √ ℎ𝑐

hc = es la altura obtenida por el tubo de pitot y h es la altura del

líquido. 9. Varié el caudal (5 veces), y determine para cada caso el coeficiente de velocidad 10. Complete la siguiente tabla Cv Hc (m) H (m) 20,4 13

27,5 16

0,974082753 0,901387819

7

10,5

0,816496581

PRACTICA N° 3: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CONTRACCION PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI 1. Montar el aparato encima del canal del Banco hidráulico y nivelarlo para que quede horizontal.

2. Conecte el tubo de entrada al aparato, mediante un conducto flexible (6), la boquilla de salida de impulsión del Banco Hidráulico. El aparato debe quedar dispuesto para descargar directamente en el canal. El derrame que puede producirse a través del rebosadero se debe conducir a desaguar en el aliviadero del tanque volumétrico.

3. Para obtener lecturas que resulten lo más estables posibles, la posición del tubo vertical de estrada debe ajustarse para que el difusor quede simplemente oculto bajo la superficie libre del agua en el depósito. 4. Coloque la boquilla N° 1. Tobera de pared delgada tipo Venturi. Anote el diámetro del orificio de descarga.

5. Introducir agua en el depósito para llenarlo hasta el nivel superior del tubo del rebosadero. Regular el caudal admitido para que exista una pequeña

descarga a través del rebosadero, asegurando así la constancia del nivel del agua en el depósito mientras se efectúan las mediciones. Nota: si se está utilizando el aparato con el grupo hidráulico. La medida de caudal se obtiene directamente del caudalimetro montado en el grupo. Para ello el nivel de agua en el FME04 debe estar por debajo del rebosadero para garantizarnos que el agua impulsada es igual al agua desaguada por el orificio.

6. Para obtener el coeficiente de contracción Cc es preciso medir el diámetro de la vena liquida en la sección contraída. Para ello hay que utilizar la cuchilla que se halla acoplada solidariamente al tubo Pitot y que está dispuesta perpendicularmente a la dirección de desplazamiento de este. El borde afilado de la cuchilla se sitúa, aproximadamente, en la sección contraída y tangente (con ayuda de la virola que permite su avance y retroceso a lo largo del humillo de desplazamiento (1mm/vuelta) es un punto del contorno de la vena fluyente y, posteriormente, se desplaza hasta resultar tangente en el punto diametral opuesto de dicho contorno. La situación de ambas posiciones se establece con lecturas controladas en la virola graduada y el humillo de avance, la diferencia de las lecturas correspondientes a las dos posiciones representa el diámetro de la vena.

7. Anotar el diámetro de contracción para cada caudal. 8. El coeficiente de velocidad se determina mediante la siguiente ecuación 𝐶𝑐 = 𝜎𝑐 𝜎

𝑑2

= 𝑑𝑐3 , donde 𝜎𝑐 es el área de la vena contraída y 𝜎 el área de la boquilla.

9. Varié el caudal del agua y determine para cada caso el coeficiente de velocidad 10. Complete la siguiente tabla de resultados: caudal (Q) l/min Cc 𝝈𝒄(m^2) 2,37787148 1,16898663 0,96768908

5,050438089 0,461975098 4,624963856 0,227111816 4,041798748 0,18800354

PRACTICA N° 4: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CARGA PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA

caudal (Q) l/min

H (m)

4,160887656 4,642166344

0,133

4,379562044

0,133 0,133

COEFICIENTE DE GASTO 0,119355377 0,133160893 0,125628069

caudal (Q) l/min 3,47826087 4,032258065

H (m) 0,017 0,017

COEFICIENTE DE GASTO 0,279074086 0,323523385

3,847798204

0,017

0,30872347

caudal (Q) l/min 3,149606299 3,549245785

H (m) 0,0047 0,0047


3,343239227

0,0047

0,510152883

PRACTICA N° 5: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE VELOCIDAD PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA Hc (m)

H (m)

Cv

8,1 14,3 5,8

21,4 16 10,5

0,615227334 0,94538352 0,743223353

PRACTICA N° 6: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CONTRACCION PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA 𝝈𝒄(m^2)

caudal (Q) l/min

Cc

0,82784457 1,23373834

4,394205348 0,23016081 3,786105713 0,343009093

1,18179734

3,347363771 0,32856824

PRACTICA N° 7: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CARGA DE LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL caudal (Q) l/min

H (m)

3,512880562 4,049949376

0,010

3,794266442


0,010

0,201973635

0,010

caudal (Q) l/min 3,386004515 5,706134094

H (m) 0,009 0,009


5,784061697

0,009

0,324547688

caudal (Q) l/min 8,403361345 9,836065574

H (m) 0,042 0,042


7,36196319

0,042

0,191221118

PRACTICA N° 8: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE VELOCIDAD PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL Hc (m)

H (m)

Cv

20,5 15 6,2

21,5 15,9 10,4

0,976467292 0,971285862 0,772109996

PRACTICA N° 9: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CONTRACCION PARA LA TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL 𝝈𝒄(m^2) 1,13726527

caudal (Q) l/min

Cc

3,785698793 0,160890123

0,89920236 0,69397782

4,958733435 0,127211111 8,533796703 0,098177778

PRACTICA N° 10: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CARGA PARA LA TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA caudal (Q) l/min

H (m)

6,329113924 6,335797254

0,024

5,603985056

0,024 0,024


caudal (Q) l/min 3,386004515 5,706134094

H (m) 0,021 0,021


5,784061697

0,021

0,892213285

caudal (Q) l/min 8,403361345 9,836065574

H (m) 0,021 0,021


7,36196319

0,021

0,73808697

PRACTICA N° 11: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE VELOCIDAD PARA LA TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA Hc (m)

H (m)

Cv

19 14 8,4

21,4 16,1 10,5

0,942258174 0,932504808 0,894427191

PRACTICA N° 12: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CONTRACCION PARA LA TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA

𝝈𝒄(m^2)

caudal (Q) l/min

0,92175201 0,74917385 0,81712825

Cc

6,089632078 0,634521578 5,181956685 0,515721117 4,216269372 0,5625

PRACTICA N° 13: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE DESCARGA PARA LA TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI caudal (Q) l/min

H (m)

7,96812749 7,092198582

0,018

6,097560976

0,018 0,018


caudal (Q) l/min 5,825242718 6

H (m) 0,007 0,007


5,535055351

0,007

1,222729986

caudal (Q) l/min 3,851091142 4,569687738

H (m) 0,05 0,05


4,377431907

0,05

0,361819535

PRACTICA N° 14: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE VELOCIDAD PARA LA TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI Hc (m)

H (m)

Cv

19,7 15,3 5,5

21,5 16 10,5

0,95722467 0,977880361 0,723746864

PRACTICA N° 15: DETERMINCION DEL COEFICIENTE DE CONTRACCION PARA LA TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI 𝝈𝒄(m^2)

caudal (Q) l/min

3,01718558 2,35061816 1,48849533

Cc

117,5438169 1,482041588 5,786766023 1,154623664 4,266070262 0,731148918

NOTA: se estima que, aproximadamente, con determinar ocho valores de caudales distintos es suficiente para establecer la relacion, 𝑄 = 𝑓(ℎ) entre el caudal y la altura de carga sobre el plano del orificio

CALCULOS

Con los resultados anteriores verifique la siguiente ecuación 𝐶𝑑 = 𝐶𝑣 𝐶𝑐 N° boquilla

BOQUILLA 1

BOQUILLA 2

volumen (cm^3)

Tiempo

1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000

12,9 22,23 35,28 13,95 24,54 38,43 15,37 27,84 46,02 14,42 25,85 41,1 17,25 29,76 46,78 19,05

Caudal(m /s)

Altura de carga h (mm)

h^1/2

8,4174E-05

272

0,136

7,70827E-05

220,5

0,11025

6,73633E-05

161

0,0805

7,32368E-05

272

0,136

6,31018E-05

220,5

0,11025

5,57894E-05

161

0,0805

3

BOQUILLA 3

BOQUILLA 4

BOQUILLA 5

2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000 1000 2000 3000

33,81 53,84 17,08 29,63 47,44 17,72 21,03 31,12 7,14 12,2 24,45 9,48 18,94 32,12 11,9 21,77 36,06 14,79 26,89 43,59 7,53 16,92 29,52 10,3 20 32,52 15,58 26,26 41,12

6,3095E-05

272

0,136

8,26456E-05

220,5

0,11025

0,00014223

161

0,0805

0,000101494

272

0,136

8,63659E-05

220,5

0,11025

7,02712E-05

161

0,0805

0,000117544

272

0,136

9,64461E-05

220,5

0,11025

7,11012E-05

161

0,0805

Q Vs Cu*V ^1/2 0.00016 0.00014

Q (m^3/s )

0.00012 0.0001 0.00008 0.00006 0.00004

0.00002 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Cu*h^1/2 (m^1/2)

Los resultados obtenidos, en este tipo equipo típico de laboratorio y con una altura de carga constate, son: 𝐶𝑑 = 0,63 𝐶𝑣 = 0,996 𝐶𝑐 = 0,65 Y el valor medio del coeficiente de gasto, para una serie de distintas alturas de carga, resulta: 𝐶𝑑 = 0,63 Estos valores concuerdan bastante con los que se encuentran registrados en los libros especializados. También son consistentes por si mismos puesto que la relación: 𝐶𝑑 = 𝐶𝑣 𝐶𝑐 Se satisface dentro de los márgenes de error admisibles en el proceso experimental Observaciones de interés Es preciso señalar que no existe ningún valor teórico para los coeficientes anteriores, puesto que la determinación de la pérdida de carga y de la contracción

de la vena liquida solo pueden realizarse experimentalmente. Es, asimismo, necesario indicar que la perdida de carga total es demasiado pequeña para poder influir de forma apreciable en la disminución del caudal fluyente. Dicha disminución se debe casi por entero, a la contracción que sufre la vena líquida entre el plano del orificio y la sección contraída. La expresión Q = f(h) muestra que, para valores de h comprendidos entre 150 mm y 350 mm aproximadamente, el coeficiente de gasto se mantiene constante. Este hecho debe ser interpretado como un resultado experimental positivo puesto que “a priori”, no existe razón alguna para suponer que así fuera. En efecto, experimentos realizados con un campo de valores de alturas de carga más extenso y orificios de contorno afilado ponen de manifiesto ciertas variaciones en el valor de Cv, especialmente cuando el tamaño del orificio y la altura de carga son reducidos

CUESTIONARIO

C.1. si en la representación gráfica de Q = Cu (h1/2) se obtiene una línea que parece no pasar por el origen, ¿Qué razones posibles lo justifican? ¿Cómo se verá afectado el valor de Cu? No pasa por el origen debido a que el coeficiente de gasto no llega a ser cero siempre es mayor que cero pero menor que la unidad, si Cg en un momento llegaría a ser cero es que no habría gasto cosa que no ocurre en la práctica.

C.2. se ha supuesto que el depósito es lo suficientemente grande como para despreciar la velocidad de llegada de la corriente a la superficie libre del líquido en el depósito ¿Esto está justificado? Sí, porque las velocidades de llegada del líquido a la superficie libre son muy pequeñas, es decir, no representan gran relevancia en los análisis. Si el área de la sección transversal del depósito es de 4,12 x 10 -2 m2, ¿Cuál es la velocidad de llegada del líquido a la superficie libre cuando el caudal de salida por el orificio es 1.97 x 10-4 m3/ s?, ¿A qué altura cinética equivale? De acuerdo a la Ecuación de Continuidad, se tiene que el cálculo del caudal viene expresado como: 𝑄 = 𝜈∗𝐴 Donde Q es el caudal (m3/ s) ν es la velocidad (m/s) A es el área de sección transversal (m2) Ahora bien, 𝑄 = 𝜈∗𝐴

𝜈=

𝑄 𝐴

1.97 x 10−4 𝑚3 / s 𝜈= 1.42 x 10−2 𝑚2 𝜈 = 0.0138 𝑚/𝑠 La altura cinética equivale a, 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 =

𝜈2 2𝑔

( 0.0138 𝑚/𝑠)2 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2(9.81 𝑚/𝑠 2 ) 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 = 9.7 𝑥 10−6 𝑚

C.3. suponiendo que no sea posible medir al diámetro de la sección contraída pero que pueda medirse el de una sección de la vena situada a cierta distancia por debajo de aquella, estimar los efectos de efectuar dicha medición en un plano situado a 25 mm del plano que contiene la sección contraída. Al medir una sección de la vena situada a 25 mm sería el diámetro de la vena contraída medida en el laboratorio mediante un calibrador de pie de rey, y por medio de esta podríamos ya bien sea deducir el diámetro de la sección contraída o mediante las fórmulas ya propuestas se pueda despejar de la siguiente formula 𝑄 = 𝐶𝑑 ∗ 𝑆 2√2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ Donde 

𝐶𝑑 es el coeficiente por el cual el valor ideal de descarga es multiplicado para obtener el valor real, y se conoce como coeficiente de descarga. Numéricamente es igual al producto de los otros dos coeficientes.



𝑆 ∗ 2√2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ representa la descarga ideal que habría ocurrido si no estuvieran presentes la fricción y la contracción.

Complete la siguiente tabla

Tipo boquilla Venturi Pared delgada

Diafragma

Diámetr o

volumen (cm^3)

Tiemp o

Caudal(m3/ s)

Cd

área boquilla

2,56

1000

12,9

8,4174E-05

0,45000197 5

2,56

2000

22,23

2,56

3000

35,28

2,56

1000

13,95

7,70827E05

0,20471582 5

2,56

2000

24,54

2,56

3000

38,43

2,56

1000

15,37

6,73633E05

0,15350424 8

2,56

2000

27,84

2,56

3000

46,02

2,14

1000

14,42

7,32368E05

0,14160122 1

2,14

2000

25,85

2,14

3000

41,1

2,14

1000

17,25

6,31018E05

0,32427514 4

2,14

2000

29,76

2,14

3000

46,78

2,14

1000

19,05

5,57894E05

0,24419958 9

2,14

2000

33,81

2,14

3000

53,84

5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 5,14718540 4 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9 3,59680942 9

coloidal

Cilíndrica

Venturi pared gruesa

3

1000

17,08

3

2000

29,63

3

3000

47,44

3

1000

17,72

3

2000

21,03

3

3000

31,12

3

1000

7,14

3

2000

12,2

3

3000

24,45

1,36

1000

9,48

1,36

2000

18,94

1,36

3000

32,12

1,36

1000

11,9

1,36

2000

21,77

1,36

3000

36,06

1,36

1000

14,79

1,36

2000

26,89

1,36

3000

43,59

1,61

1000

7,53

1,61

2000

16,92

1,61

3000

29,52

6,3095E-05

0,15710394 3

8,26456E05

0,12355835 4

0,00014223

0,07580404 4

0,00010149 4

0,59788314 4

8,63659E05

0,48091242 1

7,02712E05

0,50311529 5

0,00011754 4

1,41864677 1

7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 7,06858347 1 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 1,45267244 3 2,03583057 9 2,03583057 9 2,03583057 9

1,61

1000

10,3

1,61

2000

20

1,61

3000

32,52

1,61

1000

15,58

1,61

2000

26,26

1,61

3000

41,12

9,64461E05

1,12908380 5

7,11012E05

0,52916673 7

2,03583057 9 2,03583057 9 2,03583057 9 2,03583057 9 2,03583057 9 2,03583057 9

C.4. ¿confirman estas experiencias las afirmaciones teóricas? Si confirman las afirmaciones, porque, tenemos datos reales que se ajustan a las normas teóricas, como se pueden observan en los cuadros anteriores expuestas. C.5. para el mismo valor de la altura de carga que en la práctica anterior ¿se ha mejorado, con la incorporación de estas boquillas, el coeficiente de gasto (C g)?, ¿en qué porcentaje? Si existen discrepancias ¿Qué razones puede argumentarle? El coeficiente de gasto se va mejorando cada vez que se cambia de tobera en la práctica.

ANALISIS DE RESULTADOS

 los datos obtenidos llegan a ser satisfactorios ya que cumplen con lo condicionado, no sobrepasan la unidad, estos resultados 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 con pulse o retardo, etc.  El caudal teórico es aquel que relaciona el área del recipiente y la velocidad que tiene el fluido para un instante dado. Generalmente el caudal real se reduce en un 60% del caudal teórico y esa relación da origen al llamado coeficiente de descarga de un orificio  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

CONCLUSIONES 









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. La altura cinética es la altura existente entre el nivel máximo del agua que ha subido por la derivación vertical hasta el final de dicha derivación. Depende de la velocidad y aceleración que adquiera el agua desde la conducción principal. Es necesario introducir un coeficiente de corrección, o coeficiente de velocidad porque cada partícula al atravesar la sección contraída, tendría velocidad idéntica al de la caída libre, desde la superficie libre del depósito, en la cual la velocidad no es la verdadera. De acuerdo al estado físico del dispositivo de toma de datos por sus tornillos oxidados para nivelar, existen posibles errores en la toma de alturas de columna de agua. De acuerdo a la teoría de los Coeficientes que deben ser menor que 1, entonces con los datos analizados de las pruebas fueron menores de 1, lo que prueba que los datos fueron tomados de manera correcta pese a los posibles errores humanos y de la máquina.

RECOMENDACIONES     



Para realizar esta práctica se recomienda tomar una densidad constante del fluido. Se recomienda elegir un tipo de tobera teniendo en cuenta las perdidas y el costo. Se recomienda la tobera de pared delgada tipo diafragma debido a que tiene mayor caudal en un menor tiempo de descarga. Tener conocimiento que el coeficiente de velocidad no debe ser mayor que la unidad, si supera la unidad hubo error humano y/o de máquina. Se recomienda escoger una tobera que cumpla con los requisitos que demanda un trabajo específico, que tenga mayor caudal en menor tiempo y un coeficiente de velocidad cerca a la unidad. Es importante en este tipo este en perfecto funcionamiento en especial el dispositivo que mide la vena liquida.

BIBLIOGRAFIA    

GILBERTO SOTELO. Hidráulica General. 6 ed. México: EDITORIAL LIMUSA NORIEGA EDITORES. 1997. MUNSON YOUNG OKIISHI. Fundamentos de mecánica de fluidos. 1 ed. México: EDITORIAL LIMUSA. 1999. ROBERT L. MOTT. Mecánica de fluidos. 6 ed. México: PEARSON EDUCACION. 2006. CLAUDIO MATAIX. Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. 2 ed. España: EDICIONES EL CASTILLO. 1988.

INFORME DE LABORATORIO N° 3 DESCARGA POR ORIFICIOS

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