INDICE
1. Introducción.
3
2. Objetivos.
4
3. Aspectos Generales.
5
4. Equipo.
7
5. rocedi!ientos.
"
#. $abla $abla de %atos. %atos .
&
7. 'ór!ulas a utili(ar.
1)
". rocedi!iento de c*lculo.
11
&. %ese!pe+os de co!prensión.
12
1). ,onclusiones.
13
11. Ane-os.
14
12. iblio/ra0a.
15
INTRODUCCION.
El ter!ino ori0icio se/n se usa en idr*ulica se aplica a cualquier abertura con per!etro cerrado practicada en una pared o tabique que per!ite el derra!e del a/ua contenida en un recipiente. os ori0icios entran en el dise+o de !ucas estructuras idr*ulicas6 se usan 0recuente!ente en la !edición de caudales de las corrientes 0luidas. os !*s usados son lo circulares El a/ua que 0lue por ori0icios de con0or!e va abandonando el ori0icio el corro va contra8ndose /radual!ente asta 0or!ar un corro cua *rea transversal es al/o !enor que el *rea transversal del ori0icio. Esto se debe a la conver/encia de las traectorias se/uidas por las di0erentes partculas con0or!e se acercan al ori0icio. 9upón/ase un depósito de lquido este tiene en la parte in0erior un ori0icio por el que sale el lquido6 el *rea del ori0icio es peque+o el de el deposito es su0iciente!ente /rande siendo el 0lujo per!anente de !anera que el /asto que sale por el ori0icio es i/ual al /asto que entrara en el depósito por lo que se tendr* una altura del lquido : h;. %onde la velocidad es i/ual a la que adquirira una partcula de 0luido al caer libre!ente desde una altura :; < velocidad ideal = esta es independiente del peso espec0ico del 0luido6 con alcool !ercurio la velocidad seria la !is!a. En un ori0icio situado en un plano ori(ontal todas sus partes estar*n bajo las !is!as car/as la velocidad de todas las partculas ser* i/ual al lle/ar a la sección contrada. En este caso el corro de a/ua se elevara asta una altura i/ual a la car/a que produce. or supuesto que la resistencia del aire i!pide que esto suceda en la realidad co!o ta!bi8n lo i!piden la 0ricción entre el a/ua el ori0icio la 0ricción de las partculas de a/ua. os e-peri!entos an ense+ado que para car/as bajas <> 2 2.5 !etros= la discrepancia es !u peque+a au!entando con0or!e au!enta la car/a.
OBJETIVOS.
1. %eter!inar el coe0iciente de descar/a de un ori0iciopeque+o 2. %eter!inar el coe0iciente de velocidad de un ori0iciopeque+o 3. %eter!inar el coe0iciente de contracción de un ori0iciopeque+o
ASPECTOS GENERALES.
?n ori0icio es una abertura li!itada por una curva cerrada de 0or!a re/ular que da paso a una corriente de a/ua. A un ori0icio con la super0icie lateral prolon/ada por eje!plo con lon/itud dos o tres veces el di*!etro o cuando se a practicado una abertura de pared /ruesa se lla!a tubo. A la corriente de a/ua que sale por un ori0icio se lla!a vena lquida o vena 0luida a la altura del !anto de a/ua que produce la descar/a se lla!a car/a.
A un ori0icio cuo borde es a/udo se lla!a arista viva. El caudal de lle/ada es el que conduce asta un ori0icio a la velocidad !edia del lquido en este canal se le lla!a velocidad e lle/ada o acceso a la velocidad !edia del lquido en la vena se le lla!a velocidad en la vena. 9i la vena descar/a al aire el ori0icio tiene descar/a libre. 9e cali0ica a un ori0icio de vertical u ori(ontal se/n est8 situado en un plano vertical o en uno ori(ontal <0i/ura 1=. os ori0icios pueden ser circulares cuadrados rectan/ulares o de cualquier otra 0or!a re/ular.
?na placa ori0icio es una placa plana con un ori0icio. ,uando se coloca en 0or!a conc8ntrica dentro de una tubera 8sta provoca que el 0lujo se contrai/a brusca!ente con0or!e se apro-i!a al ori0icio se e-panda nueva!ente al di*!etro total de la tubera lue/o de atravesarlo. a corriente que 0lue a trav8s del ori0icio 0or!a una vena contracta la r*pida velocidad del 0lujo resulta en una dis!inución de presión a/uas abajo del ori0icio.
Es por ello que en la descar/a de 0luidos a trav8s de siste!as de procesos industriales es necesario to!ar la !edición correcta e-acta del volu!en de lquido que se envasa en un tie!po deter!inado. Es decir la !edición del caudal real que pasa por el ori0icio de descar/a. El caudal teórico es aquel que relaciona el *rea del recipiente la velocidad que tiene el 0luido para un instante dado. General!ente el caudal real se reduce en un #)@ del caudal teórico esa relación da ori/en al lla!ado coe0iciente de descar/a de un ori0icio.
Figura. %ia/ra!a del 0luido a trav8s del ori0icio.
El tanque se asu!e lo su0iciente!ente /rande para que la velocidad del 0luido en este sea despreciable e-cepto para cerrar el ori0icio. En la vecindad del ori0icio el 0luido se acelera acia el centro del ueco as que cuando el corro e!er/e este su0re una reducción de *rea debido a la curvatura de las lneas de corriente una lnea de corriente tpica se !uestra en la 'i/. 7.1 <B= la reducción de *rea debido a esta curvatura local puede ser co!pleta o cerca de la !itad del di*!etro del ori0icio al 0inal de la lnea corriente
E-peri!ental!ente se a co!probado que la velocidad !edia de un corro de un ori0icio de pared del/ada es un poco !enor que la ideal debido a la viscosidad del 0luido otros 0actores tales co!o la tensión super0icial de a el si/ni0icado de este coe0iciente de velocidad.
El caudal o volu!en del 0luido que pasa por el ori0icio en un tie!po C D puede calcularse co!o el producto de C 9c el *rea real de la sección contrada por C Fr la velocidad real !edia del 0luido que pasa por esa sección .
EQUIPOS A UTILIZAR EN EL ENSAYO.
1. anco idr*ulico'11). 2. Aparato de 0lujo a trav8s de un ori0icio'117. 3. ?ncronó!etro.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Para la i!a"i#$ %&l &'ui()* 1. 9e posicionó el equipo en el canal en la ci!a del banco idr*ulico se niveló usando los tornillos de ajuste el nivel de burbuja en la base. 9e conectó eltubo de entrada 0le-ible al conector r*pido del banco idr*ulico ubicando el 0in del tubo de rebose directa!ente en el rebose del banco idr*ulico
Para la %&+&r,i$a"i#$ %&l ")&i"i&$+& %& %&-"arga* 1. ara !edir el coe0iciente de descar/a la descar/a se obtuvo por colección de una cantidad conocida de a/ua del ori0icio en el tanque volu!8trico se re/istraron los valores de car/a en el ori0icio.
Para la %&+&r,i$a"i#$ %&l ")&i"i&$+& %& &l)"i%a%* 2. ara !edir el ,v el tubo de pitot se insertó en el corro saliente en la parte de
abajo del tanque los valores de la car/a del pitot
Para la %&+&r,i$a"i#$ %&l ")&i"i&$+& %& ")$+ra""i#$. /Orii"i) 0i-&la%)1*
1. ara !edir el coe0iciente de contracción es necesario encontrar el di*!etro del corro en la vena contractada. Esto se reali(ó utili(ando el cable 0ino asidoa la cabecera del tubo de pitot el plano del cable siendo nor!al a la dirección de atraviese del tubo. El cable se trajo a cada borde del corro sucesiva!ente justo debajo del tanque la posición del tubo se leó en el tornillo principal la tuerca /raduada se leó en cadacaso. 2. 9e !arcó co!o re0erencia la posición inicial de la tuerca a partir de la re0erencia se contó el n!ero de vueltas cada vuelta en la tuerca es 1!! si la re0erencia de la posición inicial se encuentra desviada cuente en la tuerca cada lnea /raduada co!o una d8ci!a de !il!etro de i/ual !anera por apreciación se deter!inaron las cent8si!as de !il!etro el total representa el di*!etro delcorro.
3. En la se/unda parte del e-peri!ento el 0lujo que entra en el tanque se redujo a !*s bajo que el nivel en el tanque en pasos la descar/a del ori0icio se !idió en cada paso. 9e tuvo cuidado al per!itir al nivel asentarse a un valor estable despu8s que el 0lujo de entrada en el tanque se ca!bió.
4. 9e leeron oco caudales para establecer la relación entre descar/a car/a del ori0icio.
TABLA DE DATOS. LECT.
D) /,,1
D" /,,1
2) /,,1
2" /,,1
V)lu,&$ /l+-1
Ti&,().
1 2 3 4 5 # 7
13 13 13 13 13 13 13
12.7 12.# 12.2 12.1 11.# 1).& 1)."
3#7 341 31" 3)7 2&3 274 25#
335 313 3)4 3)1 2&) 271 253
3 3 3 3 3 3 3
12.3& 13.21 13.42 14.#4 15.)# 15.45 15.51
FORMULAS A UTILIZAR
V&l)"i%a% i%&al
V i=√ 2 g H 0
23* Al+ura %&l lui%) -)0r& &l )rii"i)
V&l)"i%a% r&al
V r =√ 2 g H c
Hc Altura del 0luido sobre la vena contractada
C)&i"i&$+& %& &l)"i%a% 4r&a %& )rii"i)
V r
C v =
V i
A o =
2
%o %i*!etro de Ori0icio
2
%c %i*!etro de la vena contractada
π ∗ D 0 4
4r&a %& la &$a ")$+ra"+a%a
A c=
C)&i"i&$+& %& C)$+ra""i#$
C c =
Cau%al +&#ri")
Qt = A c∗V i
Cau%al r&al C)&i"i&$+& %& %&-"arga
Q r= C d=
π ∗ Dc 4
A c A o
Vol t Qr Qt
Fol Folu!en calculado t tie!po to!ado
PROCEDIMIENTO DE CALCULO V i=
√
V i=
2∗9.81 m
s 2∗9.81
√ √
V r = 2∗9.81
V r = 2∗9.81
V i=2.68 m / s
∗0.367 m
m ∗0.341 m s
V i=2.59 m / s
m
V r =2.56 m / s
s m s
∗0.335
m
∗0.313
m
V r =2.48 m/ s
2.59
C v =0.96
2.48 m / s
C v =0.97
m s C v = m 2.68 s C v =
2.56 m/ s 2
A o =
A c =
A c =
C c =
C c =
2
A o =0.0013273 m
π ∗0.013m 4 2
A c =0.0012668 m
2
2
A c =0.0012469 m
2
π ∗0.0127 m 4
π ∗0.0126 m 4 0.00013273 m 0.00012668 m 0.00013273 m 0.00012469 m
2
2
2
2
Qt =0.00012469 m ∗2.59 3 lts 12.39 s
C c =0.93940828
2
Qt =0.00012668 m ∗2.68
Qr=
C c =0.9543787
2
m s
m Qt =0.000339 s
m s
m
Q t =0.000332
Q r = 0.00024
s
m
3
s
3
3
Qr=
3 lts
Q r = 0.00023
13.21 s 3
C d=
m 0.00024 s
C d=0.71
3
m 0.000339 s
3
m 0.00023 s C d= 3 m 0.000332 s
C d=0.70
m s
3
DESEMPE5OS DE COMPRENSION 6E- !u-+ii"a0l& a-u,ir 'u& &l ")&i"i&$+& %& %&-"arga &- u$a ")$-+a$+& -)0r& &l ra$g) %& lu!)- &-+a0l&- &-+u%ia%)-7 El coe0iciente de descar/a nos e-presa una relación entre el ,audal $eórico el ,audal Jeal estos son obtenidos el caudal teórico !ediante la aplicación teórica <rincipio de ernoulli= el caudal Jeal obtenido !ediante la utili(ación del banco idr*ulico. Al dis!inuir el caudal Jeal de !anera proporcional dis!inue el caudal $eórico por lo que pode!os decir que es un dato que tiende a !antenerse constante.
6P)r'u& &- i,()r+a$+& &-+u%iar &-+)- ")&i"i&$+&-7 El estudio de dicos coe0icientes es i!portante dado a que estos e-presan relaciones entre los datos valores !ediante la $eora los valores reales lo que nos per!ite a la ora de reali(ar c*lculos utili(ar dicos coe0icientes para apro-i!ar !*s los datos calculados a la realidad.
6Cu8l &- la %i&r&$"ia &$ la ,&%i"i#$ ")$ +u0) %& (i+)+ &$ u$a ")rri&$+& li0r& 9 u$a ")rri&$+& ")$i$a%a7 El tubo de pitot !ide dos tipos de presión presión est*tica presión din*!ica. a presión est*tica es la presión de un 0luido !edida en un punto. a presión total se !ide en el e-tre!o ocluido. El valor de la presión din*!ica que depende de la velocidad del 0lujo su densidad se calcula por la di0erencia entre las !edidas en este caso con el despla(a!iento del dia0ra/!a Al ser una corriente libre suponiendo que corriente libre se re0iere corriente con super0icie libre esto indica que est* so!etido a presión at!os08rica la cual se considera despreciable por lo que el tubo de pitot solo !ediara ener/a de velocidad es decir presión din*!ica. Al ser una corriente con0inada es decir corriente en un conducto cerrado esta se encuentra a presión por lo que el tubo de pitot !edir* presión est*tica presión din*!ica.
6P)r'u& -)$ l)- ")&i"i&$+&- %& %&-"arga al)r&- -ig$ii"a+ia,&$+& ,&$)r&- 'u& u$)7 El coe0iciente de descar/a e-presa la relación entre el caudal real el caudal ideal e-isten 0actores por los que el caudal ideal tiende a ser !aor que el caudal real por lo que el coe0iciente de descar/a ocupa un valor !enor que 1 si este 0uera !aor indicara que el caudal real es !aor al ideal.
6C),(ara$%) l)- al)r&- %& C% (ara l) &-+a0l& 9 la- (ru&0a- ")$ "a:%a %& "arga; "ual al)r &- (r)0a0l& a -&r ,8- ia0l&7 ,onsidera!os que el coe0iciente de descar/a estable a que en las otras pruebas cuando el valor de car/a cae este puede presentar errores dado a que el nivel de
la super0icie libra baja este puede se/uir bajando de !anera que a si!ple vista no se note por lo que el c*lculo de este cuando est* estable son !*s con0iables.
CONCLUSIONES
o/ra!os de!ostrar que la ecuación de ernoulli es v*lida para an*lisis de este tipo cuando se tiene en cuenta los coe0icientes de perdida. 9e lo/ro deter!inar los si/uientes t8r!inos su i!portancia en los c*lculos El coe0iciente de velocidad <,v= es la relación entre la velocidad !edia real en la sección recta del corro la velocidad !edia lineal que se tendra sin e0ectos de ro(a!iento. El coe0iciente de contracción <,c= es la relación entre el *rea de la sección recta contrada de un corro el *rea del ori0icio por el cual pasa el 0luido. El coe0iciente de descar/a <,d= es la relación entre el caudal real el caudal teórico de un 0lujo de a/ua que pasa por un deter!inado ori0icio. a altura de car/a es !u i!portante en el c*lculo de ,d a que estos deter!inan la velocidad ideal. La que con este dato se calcula el caudal teórico a su ve( el ,d.
ANEXOS
BIBLIOGRAFIA 1.
A?B$E9 $EOJI,O9 $OA%O9 EB ,A9E.
2.
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