Universidad Tecnológica Metropolitana. Departamento de Mecánica. Laboratorio de Fluidos.
Experiencia N°1: “Descarga por orificios y vertedero”
Profesor: Ricardo Hermosilla Fecha de Entrega. 30-05-2012
Introducción Teórica: Un orificio es una abertura limitada por una curva cerrada de forma regular que da paso a una corriente de agua. A la corriente de agua que sale por un orificio se le llama vena liquida o vena fluida y a la altura del manto de agua que produce la descarga, se le llama carga. A un orificio cuyo borde es agudo se le llama arista viva.
El canal de llegada es el que conduce hasta un orificio y a la velocidad media del liquido en este canal se le llama velocidad de llegada o acceso y a la velocidad media del liquid o en la vena, se le llama velocidad de la vena. Si la vena descarga al aire, el orificio tiene descarga libre. Tipos de orificios: 1. 2. 3. 4.
Tobera Arista Viva Tubo Sin contracción
Objetivos:
- Determinar en forma experimental el caudal evacuado por cada orificio. - Determinar en forma experimental el tiempo de vaciado del estanque de la instalación. - Determinar experimentalmente los coeficientes de contracción, velocidad y el coeficiente de caudal para 4 diferentes tipos de orificios. Procedimiento Experimental:
El laboratorio comienza con el estanque superior a un nivel de agua por debajo del flange donde se adosaran los orificios (con un tapón), una vez que se coloque el primer orificio, en este caso utilizaremos la tobera, luego la arista viva, tubo y finalmente con el orificio sin contracción, y con el tapón puesto, se echará a andar la bomba para llenar el estanque, hasta alcanzar una altura de 28 cm en el capilar del vidrio. Luego se retira el tapón dando paso para que el fluido (agua) salga por el orificio. Al tener ya el paso del agua por el primer orificio, inmediatamente se comienzan las mediciones para el cálculo experimental, que será el mismo para los cuatro tipos de orificios.
Datos experimentales:
T° agua = 11°C Δh = 28 cm = 280mm
Mediciones Tobera
1 2 3
Promedio Arista Viva
4 5 6
Promedio Tubo Promedio Sin Contracción
7 8 9 10 11 12
Promedio
t(s) 5,1 4,6 4,9 4,87 6,1 5,7 5,9 5,9 5,2 4,7 4,8 4,9 5,5 5,1 5,8 5,47
V(mL) 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000
Q(mL/s) 392,157 434,783 408,163 411,701 327,869 350,877 338,983 339,243 384,615 427,532 416,667 409,603 363,636 392,157 344,828 366,874
Φvena(mm)
Φreal(mm)
15,3 15,3 15,3 15,3 15,7 15,7 15,7 15,7 16,7 16,7 16,7 16,7 15,6 15,6 15,6 15,6
15,04 15,04 15,04 15,04 16,1 16,1 16,1 16,1 15 15 15 15 15,12 15,12 15,12 15,12
X (mm) 0,403 0,403 0,403 0,403 0,401 0,401 0,401 0,401 0,405 0,405 0,405 0,405 0,402 0,402 0,402 0,402
Calculo de Coeficiente de Contracción:
CC = Tipo de orificio
Área vena (mm2)
Área real (mm2)
Tobera Arista viva Tubo Sin Contracción
183,854 193,5928 219,0397 191,1345
177,6583 201,5831 176,7146 179,5533
Coeficiente de contracción 1,03487 0,96036 1,23951 1,06450
Calculo de Coeficiente de Velocidad:
CV = 1. Calculamos la velocidad teórica:
VT = VT = VT = 2342,6481 (mm/s) 2. Calculamos velocidad real y coeficiente de velocidad como se muestra en la siguiente tabla:
1 2 3
Q(mm3/s) 392157 434783 408163
VReal(mm/s) 2132,9805 2364,8275 2220,0387
VTeorica(mm/s) 2342,6481 2342,6481 2342,6481
CV 0,91049 1,00946 0,94766
4
327869
1693,6012
2342,6481
0,72294
5 6
350877 338983
1812,4486 1751,0104
2342,6481 2342,6481
0,77368 0,74749
Tubo
7 8 9
384615 427532 416667
1755,9146 1951,8471 1902,2442
2342,6481 2342,6481 2342,6481
0,74954 0,83317 0,81200
Sin
10
363636
1902,5137
2342,6481
0,81212
Contracción
11
392157
2051,7332
2342,6481
0,87582
12
344828
1804,1117
2342,6481
0,77012
Mediciones Tobera
Arista Viva
Calculo de coeficiente de Caudal:
CQ = CC * CV Mediciones 1 2 3
CV 0,91049 1,00946 0,94766
CC 1,03487 1,03487 1,03487
CQ 0,94224 1,04466 0,98071
4
0,72294
0,96036
0,69428
5 6
0,77368 0,74749
0,96036 0,96036
0,74301 0,71786
Tubo
7 8 9
0,74954 0,83317 0,81200
1,23951 1,23951 1,23951
0,92906 1,03272 1,00648
Sin
10
0,81212
1,06450
0,86450
Contracción
11
0,87582
1,06450
0,93231
12
0,77012
1,06450
0,81979
Tobera
Arista Viva
Calculo del tiempo de descarga teórico para la boquilla sin contracción:
tT = Donde: - Ar = Área del recipiente = 490000 mm 2 - Ao = área del orificio = 179,55333 mm 2 - h1 = altura inicio de descarga = 280 mm - h2 = altura termino de descarga = 210 mm - Cq = coeficiente de caudal = 0,8722 - t = tiempo de descarga
Tipo de orifico Tiempo real (s) Tiempo teórico (s) Error Sin contracción 87,5 100,21 12,67% Graficando las tres mediciones y el promedio del caudal para cada uno de los distintos tipos de orificios, se tiene que tienen una tendencia a estar reagrupados como se muestra en la figura
Conclusión, Análisis y Comentarios
Luego de concluir la toma de datos experimentales, procedemos a calcular los coeficientes de contracción, velocidad y caudal. Obtenido el coeficiente de caudal podemos conocer cuánto es el tiempo teórico de descarga con un orificio del tipo sin contracción y compararlo con el tiempo de descarga que tomamos en el laboratorio. Obtuvimos resultados para el caudal evacuado para cada tipo de orificios, y en el grafico nos damos cuenta que el orificio arista viva tiene menos caudal evacuado que la tobera, debido a la forma de la arista viva.
