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ENSAYO DE LABORATORIO DE LA ASIGNATURA DE HIDRAULICA PRÁCTICA N°2. FLUJO A TRAVÉS DE UN ORIFICIO JHON ELINSON ACOSTA ROMERO - 0171510001 DANIEL ALFONSO CORREA DIAZ - 0171510031 I.
INTRODUCCIÓN
En el presente laboratorio determinaremos diversos coeficientes como lo es el coeficiente de descarga, de velocidad y de contracción; y todos ellos por medio de un orificio pequeño; lo cual utilizaremos el aparato de flujo a través de un orifico, en donde este consta de de un tanque cilíndrico el cual tiene una placa con un orificio fijado en su base y otros implementos implementos que más adelante se mencionaran en el desarrollo de esta práctica, lo cual el buen uso de cada equipo dependerá la exactitud de cada prueba que se realizara con diferentes diámetros en el orificio de la placa, donde posteriormente se analizaran todos los resultados.
II.
OBJETIVOS DE LA PRACTICA
III.
Determinar el coeficiente de descarga de un orificio pequeño. pequeño. Determinar el coeficiente de velocidad de un orificio pequeño. Determinar el coeficiente de contracción de un orificio pequeño.
FUNDAMENTOS TEORICOS
IV.
El coeficiente de descarga (Cd): es la relación entre el caudal real y el caudal teórico de un flujo de agua que pasa por un determinado orificio. El coeficiente de velocidad (Cv): es la relación entre la velocidad media real en la sección recta del chorro y la velocidad media lineal que se tendría sin efectos de rozamiento. El coeficiente de contracción (Cc): es la relación entre el área de la sección recta contraída de un chorro y el área del orificio por el cual pasa el fluido.
EQUIPOS A UTILIZAR. Agua. Banco hidráulico. Aparato de flujo a través de un orificio. Cronómetro.
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V.
PROCEDIMIENTO
Antes de iniciar la práctica se le dio un reconocimiento al equipo pero también definiendo cada uno de sus componentes que lo conforman y su uso en la experiencia; en donde cabe aclarar que ya estaba ubicado encima del banco hidráulico listo para realizar práctica. Posteriormente procedimos a quitar la placa que se encontraba en el hueco de la base del cilindro lo cual se hizo liberando dos tornillos, en donde reubicamos el orificio requerido teniendo en cuenta que la posición del orificio biselado debe ser ubicado con el filo hacia arriba Ya ubicada la placa biselada encendimos la bomba de banco hidráulico en donde se abrió la válvula del banco gradualmente esperando que el nivel del agua llegara hasta el punto de rebose, luego ajustando la válvula del banco para dar un nivel por encima del tubo de rebose en el rango de 2 a 3 mm lo cual nos asegura una carga constante donde producirá un flujo constante a través del orificio. Después de tener el equipo listo con un flujo conste procedimos a toma de datos. En donde para determinar el coeficiente de descarga necesitamos un volumen conocido en el tanque volumétrico para registrar los valores de carga en el orificio. Para encontrar el coeficiente de velocidad lo hicimos con ayuda del tubo pitot en cual fue insertado en la mitad del chorro para anotar la altura manométrica del tanque (H 0) y los valores de la carga del pitot (Hc). Para determinar el coeficiente de contracción fue necesario hallar el diámetro del chorro en la vena contractada lo cual se hizo utilizando el cable fino de la cabecera del tubo de pitot en donde es colocada en todo el borde del chorro para posteriormente leer la posición del tubo en el tornillo principal y la tuerca graduada marcando como referencia la posición inicial de la tuerca; en donde a partir de la referencia se cuenta el número de vueltas teniendo claro que cada vuelta en la tuerca es de 1mm hasta atravesar el chorro, el número de vueltas dadas en la turca determinara el diámetro del chorro. Posteriormente se redujo el flujo que entra en el tanque en un nivel más abajo que el nivel en el tanque en donde es aconsejable leer el nivel varias veces mientras la descarga está siendo colectada y para registrar el valor sobre el intervalo de tiempo. Una vez recolectados todos los datos procedimos a repetir todo el procedimiento con tres placas más con diferentes diámetros siendo estas suficientes para determinar la relación entre descarga y carga del orificio.
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VI.
TABLA DE RECOLECCION DE DATOS
Lectura # 1 2 3 4
D0 (mm)
VII.
CALCULOS
Dc (mm)
H0 (m)
Hc (m)
V (lts)
T (seg)
12,98
11,58
0,372
0,365
2
5,68
12,89
13,58
0,372
0,368
2
5,36
11,72
11,49
0,370
0,359
2
7,56
12,91
12,40
0,365
0,366
2
7,77
1. Calcular Caudal usando la formula conceptual .
=
=2=0,002 () = 0,00035⁄ () = 0,00037⁄ () = 0,00026⁄ () = 0,00025⁄ 2. Calcular la velocidad de ideal con la ecuación #1.
= √ 2
() = 2,70 ⁄ () = 2,70 ⁄ () = 2,69 ⁄ () = 2,67 ⁄ 3. Calcular la velocidad real usando la ecuación #2.
= √ 2
() = 2,67 ⁄ () = 2,68 ⁄ () = 2,65 ⁄ () = 2,67 ⁄ 4. Calcular el coeficiente de velocidad usando la ecuación #3
()=0,99 ()=0,99 ()=0,98
= √ √
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()=1,00 5. Calcular área de la vena contracta. = ∗ = = () = 0,000105
() = 0,00014 () = 0,000103 () = 0,00012 6. Determinar el coeficiente de contracción del orificio biselado usando la ecuación #4.
= = #: = 0,79 #: = 1,10 #: = 0,96 #: = 0,92
7. Determinar el Caudal Teórico.
= ∗ () = 0,00035 ⁄ () = 0,00035 ⁄ () = 0,00029 ⁄ () = 0,00034 ⁄ 8. calcular el coeficiente de descarga.
= () =1,00 L A B . H ID R A UL I C A
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() =1,05 () =0,89 () =0,73 VIII. Lectura 1 2 3 4
ANALISIS DE LOS DATOS D0 (m)
Dc (m)
H0 (m)
Hc (m)
V (m3)
T (seg)
Q r (m 7seg)
0,01298
0,01158
0,372
0,365
0,002
5,38
0,00035
0,01289
0,01358
0,372
0,368
0,002
5,36
0,01172
0,01149
0,370
0,359
0,002
0,01291
0,01240
0,365
0,365
0,002
Cd
Cv
Cc
1
0,99
0,79
0,00037
1,05
0,99
1,10
7,56
0,00026
0,89
0,98
0,96
7,77
0,00025
0,73
1,00
0,92
3
Una vez realizados todos los respectivos cálculos y diseñar las gráficas, obtenemos a través del esquema Q vs H 00,5 una pendiente por medio de la relación lineal de esos datos, por lo tanto el valor de es pendiente debe corresponder al valor de “S” en la siguiente expresión:
= ∗ ∗ √ 2 Como se puede observar el valor de “S” con respecto a la gráfica es diferente a los valores de “S” obtenidos mediante la ecuación, esta diferencia pudo haberse dado por algún error cometido en la toma de datos de la práctica de laboratorio.
IX.
CUESTIONARIO
1. ¿Es justificable asumir que el coeficiente de descarga es una constante sobre el rango de los flujos estableces estudiados?
RTA// Es justificable por nos dimos cuenta que al variar la altura de carga se observa que el coeficiente de descarga posee muy pequeñas variaciones.
2. ¿Por qué es importante conocer estos coeficientes? RTA// Es necesario conocer estos coeficientes porque ellos los determinan algunas característica de gran utilidad, como el área del orificio que realmente participa en la evaluación del caudal, correlaciones a las desviaciones “velocidad” del fluido los cual estos dos nos permiten corregir el coeficiente descarga.
3. ¿Cuál es diferencia en la medición con tubo de pitot en una corriente libre y una corriente confinada?
RTA// La diferencia es que cuando se mide con un tubo de pitot en una corriente libre de velocidad de estancamiento del fluido se hace más difícil que L A B . H ID R A UL I C A
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cuando la corriente es confinada, ya que por ser así, se puede determinar cuya velocidad mas rápida.
4. ¿Por qué son los coeficientes de descargas valores significativamente menores que uno?
RTA// Porque las perdidas por fricción que sufre la corriente debido a la salida del fluido por un orificio no representa una pérdida no muy significativa en cuanto a transferencia de caudal se refiere.
5. ¿comparando los valores de Cd para lo estable y las pruebas con caída de carga, cual valor es probable a ser más fiable?
RTA// Es más fiable cuando las pruebas con caída de carga ya que se generan un coeficiente de descarga que se va a repetir, es decir serán constantes por lo que nos dará mucho más exactos.
6. ¿Grafique Qr vs , Ho^0,5 obtenga la pendiente de la gráfica y compruébela con los resultados de S=Cd A 0 √ 2 ?
RTA//
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7. ¿Grafique el Qr vs Cd y analice? RTA//
X.
COCLUSIÓN
Después de la realización de esta práctica de laboratorio hemos dado por cumplido con todos los objetivos que requería la experiencia los cuales eran determinar los diferentes coeficientes de descarga, de velocidad y de contracción a través de un orificio, donde al momento de graficar hubo una pequeña varianza ya expuesta en el análisis de los resultados ; aclarando que esto suele suceder debido a imperfecciones humanas al momento de la recolección de los datos o también el mal uso del equipo.
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XI.
XII.
WEDGRAFIA https://es.slideshare.net/diegoc095/prctica-de-laboratorio-3-flujopermanente-a-travs-de-un-orificio . https://es.scribd.com/doc/316021924/LABORATORIO-DE-HIDRAULICA#
ANEXOS
Los dos tornillos que sujetan a las placas biseladas; las cuales fueron usadas para el desarrollo de la práctica.
Ajuste de la placa en parte inferior del tanque
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Se muestra la posición donde van colocadas la placas biseladas
Equipo lleno de agua; en donde se ve la salida del agua a través de del orificio de la placa.
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