UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CALIBRACIÓN DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES CURSO
: MECÁNICA DE FLUIDOS
PROFESOR
: ING. MANUEL CASAS
INTEGRANTES
:
MALLMA ACUÑA ACUÑA FRANK FRANK ANGEL
GRUPO
: SS3
2013
CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES
CONTENIDO 1. INTRODUCCION ...................................................................................................................... 3 1.1. AFORO CON ORIFICIOS ...................................................................................................... 3 2. OBJETIVO DEL LABORATORIO.............................................................................................. 3 3. RECURSOS DEL LABORATORIO ........................................................................................... 3 3.1. FISICOS ................................................................................................................................. 3 4. PROCEDIMIENTO .................................................................................................................... 3 4.1. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA .................................................................................. 3 5. PROCEDIMIENTO DE GABINETE. .......................................................................................... 4 6. DATOS Y PRESENTACION ..................................................................................................... 4 7. CALCULOS Y PRESENTACION DE RESULTADOS .............................................................. 4 8. CONCLUSIONES...................................................................................................................... 6 9. ANEXOS.................................................................................................................................... 8 9.1. CLASIFICACIÓN DE ORIFICIOS .......................................................................................... 9 9.2. COEFICIENTE DE CORRECCION DE VELOCIDAD CV. .................................................... 9 9.3. COEFICIENTE DE CORRECCION DE AREAS CC. ............................................................. 9 9.4. COEFICIENTE DE CORRELACION DE CAUDALES CG. .................................................... 9 9.5. VALORES DE LOS COEFICIENTES CG, CV, CC. ............................................................. 10
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CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES 1. INTRODUCCION Los orificios se utilizan como dispositivos de aforo de una corriente en diferentes ocasiones como en chorros que salen de un tanque, en tuberías, por debajo de una compuerta y otros, pero los resultados siempre están sujetos a dudas técnicas, por lo que se fijan unos coeficientes de corrección. Un caso frecuente son las compuertas de control en canales utilizados como cortinas deslizantes, que suelen llamarse compuertas de flujo bajo, debido a que el agua pasa por debajo de la estructura; estas incluyen por lo general los medios para regular la apertura y consiguientemente el caudal que pasa a través del orificio dejado por la compuerta. 1.1. AFORO CON ORIFICIOS Las propiedades hidráulicas de los orificios de sección circular con descarga parcial, libre o sumergida, están difundidas y reconocidas, no así los orificios rectangulares que se forman debajo de compuertas, sean éstas verticales, radiales o de otras formas; sin embargo en la práctica de diseño se utilizan los coeficientes de corrección obtenidos con datos de orificios de sección circular, consecuentemente los caudales estimados carecen de precisión. En el presente laboratorio se trata de comprobar el valor de los coeficientes de aforo de orificio rectangular para compararlos con los de orificio circular. 2. OBJETIVO DEL LABORATORIO Obtener los coeficientes de corrección del aforo de un orificio rectangular de fondo con flujo con descarga semi confinada. Cv = Coeficiente de velocidad Cc = Coeficiente de contracción Cg = Coeficiente de gasto
Comparar los coeficientes de orificio rectangular obtenidos experimentalmente con los coeficientes de orificios circulares.
3. RECURSOS DEL LABORATORIO 3.1. FISICOS Canal de pendiente variable Compuerta plana Rotámetro Limnímetro Wincha
4. PROCEDIMIENTO 4.1. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA Medir las características del orificio y el grosor de la pared: - a, abertura del lado menor del orificio. - b, ancho del orificio - ε, espesor de la pared Establecer un caudal en el canal y esperar que el nivel de la superficie de agua (H), aguas arriba de la compuerta se haga constante. Aguas abajo del orificio, a la distancia de 3 5 de “ a”, medir la profundidad " e " de la
vena de agua que sale del orificio. (“e" es la profundidad contraída y siempre e < a).
Con los limnímetros medir las profundidades H y e, de aguas arriba y aguas abajo del orificio. Tomar el caudal que indica el Rotámetro, mediante la ecuación de continuidad obtener la velocidad del flujo que sale del orificio (éstas serán las velocidades r eales VR ) Repetir el procedimiento, con cinco diferentes caudales.
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CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES 5. PROCEDIMIENTO DE GABINETE. Con los datos de la práctica experimental, obtener: La velocidad teórica con la ecuación de Bernoulli ( VTeorica ) Los valores de VR obtenidos con el Rotámetro y la Ecuación de continuidad El valor del coeficiente de corrección de velocidades:
contracción: gasto:
Los coeficientes de Los coeficientes de Los valores del Reynolds de la descarga del orificio son calculados con el producto de VR por “e,” dividido entre la viscosidad cinemática del agua.
Prepare un gráfico en hoja de cálculo de las relaciones:”Cv, Cc y Cg vs. Reynolds”
6. DATOS Y PRESENTACION Dimensión mínima del orificio (a) (m) 0,03 Ancho del orificio (bo) (m) 0,300 2 Aceleración de la gravedad (m/s ) 9,81 Ensayo Nº 1 2 3 4 5
Q (m3/h) 33 21 18 40 45
Hi (cm) 30,0 18,5 11,0 20,5 27,0
e (cm) 2,0 2,2 2,3 2,0 1,8
7. CALCULOS Y PRESENTACION DE RESULTADOS Ensayo Nº 1 2 3 4 5
Q (m3 /h) 33 21 18 40 45
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Q (m3 /s) 0,0092 0,0058 0,0050 0,0111 0,0125
Hi (m) 0,300 0,185 0,110 0,205 0,270
H (m) 0,283 0,168 0,093 0,188 0,253
e (m) 0,020 0,022 0,023 0,020 0,018
A (m2) 0,0060 0,0066 0,0069 0,0060 0,0054
Vr (m/s) 1,528 0,884 0,725 1,852 2,315
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CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES Ensayo Nº Vt (m/s) 1 2,354 2 1,813 3 1,347 4 1,918 5 2,226
Cv 0,6489 0,4875 0,5379 0,9655 1,0400
Cc 0,5714 0,6286 0,6571 0,5714 0,5143
Cg 0,3708 0,3065 0,3535 0,5517 0,5349
Reynolds 30555,556 19444,444 16666,667 37037,037 41666,667
Re vs Cv, Cc, Cg 1.05 0.95 0.85 0.75 g C , c C , v C
Cv
0.65
Cc
0.55
Cg 0.45 0.35 0.25 16.00
21.00
26.00
31.00
36.00
41.00
Reynolds
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CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES Reynolds 30555,556 19444,444 16666,667 37037,037 41666,667
Cv 0,6490 0,4875 0,5380 0,9655 1,0399
Re vs Cv 1.05 0.85 v C
0.65 Cv 0.45 160
210
260
310
360
410
Cientos Reynolds
Reynolds 30555,556 19444,444 16666,667 37037,037 41666,667
Cc 0,5714 0,6286 0,6571 0,5714 0,5143
Re vs Cc 0.65
0.60 c C
0.55
Cc
0.50 160
210
260
310
360
410
Hundreds Reynolds
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Reynolds 30555,556 19444,444 16666,667 37037,037 41666,667
Cg 0,3709 0,3064 0,3535 0,5517 0,5348
Re vs Cg 0.60 0.50 g C
0.40 0.30
Cg
0.20 160
210
260
310
360
410
Hundreds Reynolds
8. CONCLUSIONES
Un orificio practicado en la pared o el fondo de un depósito puede ser de sección circular, rectangular, etc.; que por el grosor de la pared que contiene al orificio y la dimensión del orificio se denomina:
Pared gruesa
Pared delgada
Tenemos:
Tenemos una pared gruesa
Observamos que el coeficiente de velocidad aumenta a razón que aumenta el caudal, mientras que el coeficiente de contracción disminuye a razón que aumento el caudal. Como el R de ninguno de los ensayos no se aproximo a 120000, es por ello que el Cv no se aproximo a 0.98 o no está comprendido entre 0.9 y 0.98. También es por ello que no se hacen constantes los coeficientes Cg, Cv, Cc. El orificio es rectangular de forma laminar Obtuvimos los coeficientes de corrección de un orificio de descarga parcialmente libre conformado por una compuerta en el canal del laboratorio
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9. ANEXOS
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CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES 9.1. CLASIFICACIÓN DE ORIFICIOS Un orificio practicado en la pared o el fondo de un depósito puede ser de sección circular, cuadrada, rectangular, etc.; que por el grosor de la pared que contiene al orificio y la dimensión del orificio se denomina: Cuadro Nº 5 Denominación de los orificios
Donde “ε“es el espesor de la pared del depósito y, “a“es la mitad de la menor magnitud del
orificio. La aplicación de la ecuación de Bernoulli entre la superficie de aguas arriba y aguas abajo del orificio permite obtener, despreciando las pérdidas, la expresión de la velocidad del flujo que sale por el orificio:
√ Donde: V = Velocidad del chorro a través del orificio, se considera teórica (Vt), porque en la aplicación de la ecuación de Bernoulli no se consideran las pérdidas de carga. H = Es la carga de agua antes del orificio, medida desde la superficie libre hasta el centro de gravedad del área del orificio. g = Aceleración de la gravedad.
9.2. COEFICIENTE DE CORRECCION DE VELOCIDAD CV. La Velocidad Real VR del chorro que descarga por un orificio circular, es afectada por las aristas del borde de la sección de paso, la confluencia de las líneas de corriente, la tensión superficial, la viscosidad del fluido y otros parámetros relativos al movimiento. La Velocidad Real (VR) es menor que la Velocidad Teórica (Vt), dan lugar a la relación (VR / Vt = Cv) que se denomina Coeficiente de corrección de velocidad, cuyo valor se encuentra entre 0.9 y 0.98, dependiente de la magnitud del número de Reynolds, (cuando R > 100,000, Cv = 0.98, es constante)-. La relación de velocidades da lugar al coeficiente de velocidad:
9.3. COEFICIENTE DE CORRECCION DE AREAS CC. Las partículas líquidas al aproximarse al orificio siguen trayectorias curvilíneas, forman líneas de corriente que se aprietan y entrecruzan y que al abandonar el orificio, dan lugar a una vena liquida con un área contraída (A real) de sección menor que la del orificio. La relación de áreas: área de la vena contraída entre el área del orificio (A Teórica), son el coeficiente de contracción Cc.
9.4. COEFICIENTE DE CORRELACION DE CAUDALES CG. Diferentes investigadores han demostrado que: Cg = Cv * Cc
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CALIBRACION DE ORIFICIOS DE AFORO EN CANALES Donde a "Cg" se le denomina Coeficiente de gasto o de corrección de caudales.
9.5. VALORES DE LOS COEFICIENTES CG, CV, CC. Los coeficientes de corrección, para orificios de sección circular, con valores de Reynolds R < 100 000, toman sus valores, mientras que, para los Reynolds que corresponden a la turbulencia plena, es decir: R > 120,000, se hacen constantes. (Ver figura R Vs Cv, Cc, Cg.)
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