PRACT PRA CTICA ICA 3
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FLU..IO A TRAYES FLU TRAYES
DE ORIFICIQS
Se trata de estudiar el flu lujo jo a traves de un orific icio io de descarga de un tanque.. En la Fig. 2 se presenta un esquema del flujo. El tuba de Pitot tanque repr re pres esen enta tado do pe perm rmit itee me medi dirr la pre presi si6n 6n di dina nami mica ca en el punto punto N.
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c - - - - - : : .
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El tanque tanque se supon suponee qu quee es sufi sufici cien ente teme ment ntee gr gran ande de,, de fo form rmaa qu quee la velo veloci cida dad d d el ag agua ua se pued puedcc su supo pone nerr nu nula la ex exce cept pto o ce cerc rcaa de dell or orif ific icio io.. En la lass pr prox oxim imid idad ades es dell or de orifi ifici cio o el agua agua se acele acelera ra ad adqu quir irie iend ndo o un unaa ve velo loci cida dad d co con n un unaa co comp mpon onen ente te radi ra dial al ha haci ciaa el eje, eje, de maner maneraa qu quee el char charro ro qu quee sa sale le a tr trav aves es de dell or orif ific icio io su sufr free unaa re un red duc ucci ci6n 6n de ar area ea deb ebid ido o a la cur urva vatu tura ra de la lass lf lfne neaas de co corr rrie ient nte. e. La reducci6 i6n n de area debida a esta curvatura local puede suponers rsee que se comp co mple leta ta a una una di dista stanc ncia ia de dell plano plano de dell or orifi ifici cio o del or orde den n de dell ra radi dio o de este este (e (est staa secc se cci6 i6n n de ar area ea·· re redu duci cida da se co cono noce ce co como mo ''''ve vena na co cont ntra ract cta" a"). ). La pr pres esi6 i6n n en
cualquier punto de la superficie del chorm es la atmosferica, pero en d interior del chorm la presi6n no se iguala a la presi6n atmosferica hasta que la aceleraci6n se ha completado, es decir, hasta que se alcanza la "vena contracta" (punto N de la Fig. 2). . Si se desprecian las perdidas de carga, aplicando la ecuaci6n de Bernoulli entre M y N podrfa calcularse la velocidad ideal V o en N a partir de He:
Debido a las perdidas de energfa, la velocidad real en el punto N, Vc' sera menor que V o , Y podra ser calculada a partir de la lectura en el tubo de Pitot:
El coeficiente de contracci6n se define como la relaci6n entre el area de la secci6n recta de la "vena contracta", Ac' Y la del orificio, Ao,
EI coeficiente de descarga es el cociente entre el caudal real de descarga y el que se producirfa con velocidad de salida ideal y sin reducci6n de area,
(EI area "ideal" en N no serfa exactamente Ao, debido a la constricci6n del chorro de salida a que darfa lugar la aceleraci6n de la gravedad. EI caudal "ideal" serfa, mas exactamente Ao(2gh)1/2, siendo h la altura del agua en el dep6sito. En cualquier caso, el error que se comete es pequeno.)
El aparato utilizado (Fig. 3) para el desarrollo de la practica consta de un tanque cilfndrico con un orificio en el centro de su base (pueden ensayarse hasta cuatro tipos de orificio con diferentes caraeterfsticas geometricas). El agua de alimentaci6n llega desde el banco hidraulico (mediante la conexi6n adecuada) a la parte superior del tanque a traves de una tuberia que termina en un difusor . El aparato debe colocarse en el banco hidraulico de forma que el orifico de descarga del aparato se situe sobre el orificio central de la tapa del banco. E xiste tambien una tuberfa de desagile por rebosamiento cuyo extrema debe introducirse en uno de Ios orificios situados cerca del borde de la tapa del banco. '
TL : be r i a de ent r ada
Uno de 10s tub os de plastico montados junto a la escala vertical de longitudes esta conectado a la base del tanque, y permite medir, por tanto, el nivel del agua en el tanque. El otro tubo esta coneetado a un tuba de Pitot para poder medir la altura total del chorro de salida. Al tubo de Pitot, que puede desplazarse para ser situado convenientemente en el chorro, se ha fijado una cuchilla que permite medir el diametro del chorro; para ello se mueve la cuchilla desde un lado al otro del chorro utilizando el desplazador del tubo de Pitot (una vuelta del tornillo graduado niueve el tubo de Pitot y la cuchilla una distancia de 1 rom).
d) Ajustar el soporte del tubo de Pitot de forma que este se halle en posicion vertical. Comprobar asirnismo que el tubo de Pitot y la cuchilla pueden ser desplazados a 10 ancho del orificio del tanque.
Los experimentos se dividiran en dos partes. En la primera se mediran los coeficientes Cd' C Y C para un unico valor constante de H o . En la segunda parte se medira el caudal para distintos valores de H o . u
e
Realfcense las operaciones previas descritas. Tengase en cuenta que para obtener lecturas estacionarias la posicion de la tuberfa de entrada debera ajustarse de forma que esta se encuentre sumergida a la menor profundidad posible. En la primera parte se llenara el tanque de agua hasta un nivel en que se produzca rebosarniento a traves de la tuberfa de desagiie. El caudal suministrado por el banco se regulara de forma que el mvel del agua permanezca estacionario en el tanque, consiguiendose un pequeno caudal de desagiie por la tuberfa de rebosarniento. Se medira el caudal a traves del orificio (utilizando el banco hidraulico) y la altura del agua en el tanque. Se anotaran asimismo los valores medidos de He Y ~ Y del diametro del chorro en la ''vena contracta". En la segunda parte se regulara el caudal de entrada al tanque desde el banco de forma que la altura de agua en el tanque vaya reduciendose. Se medira el caudal (mediante el banco) para distintos niveles de agua (no mas de ocho valores diferentes). Se debera asegurar que el nivel se mantiene estacionario durante la medida del caudal.
De los resultados de la primera parte descarga, de velocidad y de contracci6n.
se obtendran
los coeficientes
de
El coeficiente Cd se obtendra a partir de la medida del caudal y de la altura del agua en el tanque (a partir de esta puede obtenerse la velocidad ideal y, por tanto, conocido el diametro del orificio, el caudal ideal).
EI coeficiente ha indicado
C se calculara mas arriba.
a partir
u
de las medidas
de He Y H a , como se
EI coeficiente C e se calculara a partir de la medida del diametro del chorro en la ''vena contracta" utilizando la cuchilla fija al tubo de Pitot, segtin se ha descrito anteriorrnente. A partir de los resultados experimentales de la segunda parte, representar graficamente la curva Q = fI(2gHa )1/2Aa]. Comentar c6mo varfa el coeficiente de descarga con el caudal. Comprobar que la relaci6n Cd = Cu C e se cumple aceptablemente los lfmites correspondientes al error experimental). Observese resultado.
que el valor de C
u
es muy pr6ximo a la unidad.
(dentro
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de
este
