Laboratorio de Hidraulica Nini

2018

CARLOS MOLINA – NINI FIGUEROA UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA 16-5-2018

LABORATORIO DE HIDRAULICA

FLUJO A TRAVÉS DE UN ORIFICIO

DOCENTE: MARIA ANGELICA OTERO

NINI FIGUEROA CASTILLO CARLOS MOLINA (ESTUDIANTES)

UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA FACULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL RIOHACHA - LA GUAJIRA 2018

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INTRODUCCIÓN Para medidas en el flujo se emplean en la práctica de ingeniería numerosos dispositivos. Las medidas de velocidad se realizan con tubos de pitot, medidores de corriente anemómetros rotativos y de hilo caliente. En estudios de modelos se utilizan con frecuencia métodos fotográficos. Las medidas se llevan a cabo mediante orificios, tubos, toberas o boquillas, Venturi metros, y canales Venturi, medidores de codo, vertederos de aforo, numerosas modificaciones de los precedentes y varios medidores patentados. A fin de aplicar correctamente estos aparatos, es imperativo emplearla ecuación de Bernoulli y conocer las características y coeficientes, un aparato debe calibrarse para las condiciones de operación en que va a emplearse. Las formulas desarrolladas para fluidos incompresibles pueden aplicarse a fluidos compresibles en donde la presión diferencial es pequeña en comparación con la presión total. El modelo hidráulico específico con el que estamos concernidos para este experimento es el aparato de flujo a través de un orificio, F1-17. Este consiste de un tanque de acrílico cilíndrico el cual tiene una placa orificio fijada en su base. Una descripción completa del aparato está dada después en este texto.

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OBJETIVOS



Determinar el coeficiente de descarga de un orificio pequeño.



Determinar el coeficiente de velocidad de un orificio pequeño.



Determinar el coeficiente de contracción de un orificio pequeño.

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Descarga por orificios.

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DESCRIPCION DEL EQUIPO El accesorio de descarga por orificios consiste de un tanque cilíndrico que tiene un hoyo en la base para aceptar uno de cinco orificios, cada uno de estos con diferente perfil. El tubo de entrada flexible es conectado al conector de liberación rápida en el banco hidráulico. El agua es entregada al tanque a través de un tubo de entrada que es ajustable en altura y colocada con un difusor para reducir agitaciones en el tanque. Un tubo de rebose mantiene el agua en un nivel fijo en el tanque y el agua excedente es regresada al tanque de almacenamiento del banco hidráulico. Un ensamblaje montado debajo de la base del tanque, habilite que un tubo de pitot sea posicionado en cualquier parte del chorro de agua, apegado al pitot hay un cable fino el cual puede ser atravesado de un lado a otro del chorro, para medir el diámetro del chorro en la vena contractada y así determinar el coeficiente de contracción. El ensamblaje incorpora un pomo graduado el cual mueve el tubo pitot una distancia de un milímetro por cada rotación completa del pomo. Cada graduación en el pomo corresponde a un movimiento de 0, 1mm. En adición de un orificio estándar biselado, cuatro orificios con diferentes perfiles son provistos. Estos vienen en una bolsa de almacenamiento plástica. Las dimensiones de cada orificio están dadas abajo en el documento. El orificio requerido es posicionado en un hueco abajo en la base del tanque y sujetado apretando dos pernos un aro ¨0¨ en la base del tanque indica cuando un accesorio está a nivel.

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El flujo volumétrico de agua descargando por el orificio en prueba, puede ser determinado usando el tanque volumétrico del banco hidráulico. Se debe hacer este experimento usando el orificio de borde afilado, con el orificio instalado el borde afilado en lo más alto. Y se puede repetir utilizando los orificios alternativos para comparar los coeficientes de descarga. Determinación de coeficiente de descarga por medio del caudal del orificio. Determinación del coeficiente de velocidad por medición de la carga dinámica en el orificio usando un tubo pitot, debido a que en una corriente de fluido abierta la presión manométrica local es cero. Determinación del coeficiente de contracción por medición del diámetro de la vena contractada.

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MATERIALES

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



Banco hidráulico F1-10 de Armfield Esta unidad está diseñada como módulo de servicio portátil e independiente destinado a la gama de accesorios que se describe en una sección posterior de esta hoja de especificaciones. El banco está fabricado en un ligero plástico resistente a la corrosión, y está montado sobre ruedas para facilitar su transporte. La parte superior del banco incorpora un canal abierto con canales laterales para apoyar el accesorio que se está probando. La medición volumétrica es integral, y se ha optado por ella sobre otros métodos de medición del flujo por su facilidad de uso, precisión y seguridad de uso (el estudiante no tiene por qué manipular pesos pesados).

Accesorio F1-17a descarga por orificios Este módulo consta de un tanque cilíndrico de vidrio con un orificio instalado en la base. Se suministra un conjunto transversal que permite colocar un tubo de Pitot en cualquier lugar del chorro. Una cuchilla afilada que va sujeta a este tubo de Pitot puede recorrer el chorro para medir con precisión su diámetro y el de la vena contracta; de este modo se determina el coeficiente de contracción. La carga del Pitot y la carga total de todo el orificio se muestra en tubos manométricos adyacentes al tanque. Además del orificio estándar, se incluyen 7 orificios adicionales en un estuche. Una etiqueta en la parte interior de la tapa brinda mayor información sobre los mismos.

Cronometro Un cronómetro es la precisión de un reloj, un reloj o un medidor que se utiliza para medir muy pequeñas fracciones de tiempo. A diferencia de los relojes convencionales, que se utilizan para medir los minutos y horas que rige el tiempo día tras día, cronómetros se utilizan a menudo en las competiciones deportivas y en la industria para tener un seguimiento de las fracciones de tiempo más corto, como milisegundos.

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PROCEDIMIENTO

1. Posicione el equipo en el canal en la cima del banco hidráulico y nivelarlo usando los tornillos de ajuste y el nivel de burbuja en la base. Conecte el tubo de entrada flexible al conector rápido del banco hidráulico, ubique el fin del tubo de rebose directamente en el rebose del banco hidráulico. (ubicado en un lado del tanque volumétrico), y ajuste la tubería de entrada al nivel aproximado de la carga requerida para el experimento.

2. Quite la placa de orificio del hueco en la base del cilindro, liberando los dos tornillos (tenga cuidado no perder el aro para sellar). Revise el perfil del orificio, y reubique el orificio requerido. El orificio biselado debe ser ubicado con el filo hacia arriba.

3. Encienda la bomba y abra la válvula del banco hidráulico gradualmente. Tanto que el nivel del aguase eleve en el depósito hacia lo más alto del tubo de rebose, ajuste la válvula del banco para dar un nivel de agua de 2 a 3 mm encima del nivel de rebose, con el fin del tubo de entrada completamente sumergido. Esto asegura y producirá un flujo estable a través del orificio. Luego de tomar una serie de resultados, ajuste el tubo de rebose y la entrada de flujo, para obtener una altura de carga constante.

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

Para medir el coeficiente, la descarga es obtenida por colección de una cantidad conocida de agua en el tanque volumétrico, y registrando los valores de carga en el orificio.



Para medir el Cv, el tubo de pitot es insertado en el chorro saliente en la parte de abajo del tanque y los valores de la carga del pitot (Hc) y la carga Ho en el orificio son anotados, esto debe ser hecho usando el orificio biselado, tanto que es probable que haya insuficiente contracción para obtener un valor fiable para los otros orificios.

1. Para medir el coeficiente de contracción es necesario encontrar el diámetro del chorro en la vena contractada. Esto se hace utilizando el cable fino asido a la cabecera del tubo pitot, el plano del cable siendo normal a la dirección de atraviese del tubo. El cable es traído a cada borde del chorro sucesivamente, justo debajo del tanque, y la posición del tubo es leída en el tornillo principal y la tuerca graduada se lee en cada caso.

2. Marque como referencia la posición inicial de la tuerca, a partir de la referencia se cuenta el número de vueltas, cada vuelta en la tuerca es 1mm, si la referencia de la posición inicial se encuentra desviada, cuente en la tuerca cada línea graduada como una décima de milímetro, de igual manera por apreciación se determinan las centésimas de milímetro, el total representa el diámetro del chorro.

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3. En la segunda parte del experimento el flujo que entra en el tanque es reducido a más abajo que el nivel en el tanque en pasos, la descarga del orificio está siendo medido en cada paso. Se debe tener cuidado para permitir el nivel asentarse a un valor estable después que el flujo de entrada en el tanque ha sido cambiado, y es aconsejable leer este nivel varias veces mientras la descarga está siendo colectada y para registrar el valor sobre el intervalo de tiempo.

4. Cerca de ocho caudales diferentes deben de ser suficientes para establecer la relación entre descarga y carga de orificio.

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FORMULA VINCULADAS

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La velocidad del flujo ideal del orificio en la vena contractada del chorro (diámetro estrecho). Vi =



H0: Altura de fluido sobre orificio.



La velocidad real es:

 2  2

Vr = Cv 

Cv: coeficiente de velocidad, el cual se permite por efectos de viscosidad y por lo tanto Cv<1.



Para el tubo pitot Hc=v22g, es decir; Vr=2gHc; por lo tanto Cv=



√ √ 

El caudal real del chorro es definido por: Q= Ac*V



A0: Área del orificio; Cc: coeficiente de contracción; Cc<1

 2

Q=Cc*Ao*Cv

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ANALISIS DE DATOS PLACA 1 (BICELADA) 1. Calculamos Caudal

     15,0,00509    0,000331  /



h0

370mm

0,370m

d0

13mm

0,013m

dc

11,7mm

0,0117m

hc

364mm

0,364m

Coeficiente de contracción

      0 . 0 117   0.012  0.975   0,81

Área del orificio

  4     0,013 0,000132   √ √  √ √ ,,  0,9918 =



Coeficiente de velocidad =



Calculamos caudal teórico

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   ∗ ∗ ∗ 2ℎ    0, 0 117 0, 3 64      ( 0,012 ) ∗ 4 0,013 ∗  0,370 ∗ 2(9,81  ∗0,370)   3.37110−/ Calculamos la velocidad ideal

   2ℎ    29.81/0.370  2,694/ Calculamos la velocidad real

   2ℎ   0,9918 29.81/0.370  2.672/ Calculamos el área del orificio D=13

  

  .  .    .  .  Calculamos el caudal teórico multiplicando el área del orificio por la velocidad ideal.

 =∗

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  0.000169 2,694/   / =0.0004552

Calculamos el coeficiente de descarga

   /    .. /

0,72

ANALISIS DE DATOS 1. ¿Es justificable asumir que el coeficiente de descarga es una constante sobre el rango de flujos estables estudiados? Si, ya que al variar H0 se observa que el coeficiente de descarga (C d) cambia en cantidades muy significativas o en pequeña cantidad.

2. ¿Porque es importante estudiar estos coeficientes? Por qué nos da una visión sobre el comportamiento de fluido con su velocidad y el caudal que esta posee y además nos sirve para hallar el área del orificio por donde este pase.

3. ¿Cuál es la diferencia en la medición con tubo de pitot en una corriente libre y una ¿Corriente confinada? La diferencia es que en una corriente libre será muy difícil medirle su velocidad que a diferencia de una corriente confinada que se hace más fácil ya que este llena totalmente el conducto

4. ¿Porque son los coeficientes de descarga valores significativamente menores que Uno? Por qué las perdidas por fricción en el orificio son muy mínimas en relación al caudal

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5. ¿Comparando los valores de C d para lo estable y las pruebas con caída de carga, Cual valores probables a ser más fiable? Son más fiables las pruebas con caída de carga ya que generan un coeficiente de descarga constante.

Graficas obtenidas a partir de los cálculos realizados.

Qr vs Ho^0,5 0.00035 0.0003 0.00025 0.0002 0.00015 0.0001 0.00005 0 0,370E0,5

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Qr Cd 8.00E-01 7.00E-01 6.00E-01 5.00E-01 4.00E-01 3.00E-01 2.00E-01 1.00E-01 0.00E+00 0.72

CONCLUSION



Debido a las practicas realizadas, se llega a la deducción que el coeficiente de descarga puede permanecer constante y con un valor menor que l a unidad, al cambiar los orificios y mantener constante la altura existen variaciones en el coeficiente de descarga, es de gran importancia el estudio de estos coeficientes como lo son el de velocidad, el de contracción, ya que juegan un papel muy importante en la obtención del caudal de descarga. Se entendió el montaje y realización del experimento que lleva mucha adquisición de conocimientos por parte nuestra, y apoyando más nuestro aprendizaje que se ve plasmado en el aula de clases.

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

Los cálculos determinados además nos indicaron en el caudal real siempre son menores a los resultados del caudal teórico; esta constante se debe producir siempre en los sistemas de diseño hidráulico para permitir el funcionamiento óptimo de los componentes del sistema que manejara caudales promedios máximos y mínimos por debajo del caudal teórico y a si impedir que el sistema colapse.

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ANEXOS

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