INFORME DE LABORATORIO DE HIDRAULICA
FLUJO ATRAVEZ DE UN ORIFICIO
PRESENTADO POR: LUIS CARLOS ARIAS GONZALES JESUS ALFONSO BARROS GUTIERREZ DEIVIS ELIAS CAMARGO CABARCAS
PRESENTADO A: MARIA ANGELICA OTERO ING.MGS.MIGUEL PITRE REDONDO
UNIVERISDAD DE LA GUAJIRA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL 2017
INTRODUCCION
En base a la siguiente practica se harán diferentes tipos de cálculos con el fin de resolver y aclarar inquietudes en cuanto a las coeficientes de descarga (Cd), coeficiente de velocidad (Ch) y coeficiente de contracción (Cc) con el determinar en la práctica lo que determinamos en el aula de clases y comprobar como sucede esto en la vida real mediante el experimento del laboratorio y así llegar a una conclusión del porqué de estos fenómenos en los fluidos debido a la descarga libre de un chorro y de dos chorros.
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
DESCRIPCION DEL EQUIPO.
El accesorio de descarga por orificios consiste en un tanque cilíndrico que tiene un hoyo en la base para aceptar uno de cinco orificios, cada uno de estos con diferente perfil. Un 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 e 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, habilita 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 de pitot una distancia de un milímetro por cada rotación completa del pomo. Cada graduación en el pomo corresponde a un movimiento de 0.1 mm.
GENERALIDADES
METODO: determinación del coeficiente de descarga por medición del caudal del orificio. Determinación del coeficiente de velocidad por medición de la carga en el orificio usando un 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. DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES CON FLUJO DE CARGA CONSTANTE De la aplicación de la ecuación de Bernoulli (conservación de la energía mecánica para un flujo estable, incomprensible y sin fricción)
La velocidad del flujo ideal del orificio en la vena contractada del chorro (diámetro estrecho).
= √ 20
0: Altura de fluido sobre orificio.
La velocidad real es:
= √ 20
: coeficiente de velocidad, el cual se permite por efectos de viscosidad y por lo tanto Cv<1.
Para el tubo pitot = es decir; = √ 2 ; por lo tanto
=
√ √ 0
El caudal real del chorro es definido por:
= ∗
Ac: área transversal de la vena contractada, dada por:
= 0
= =
;
0 : Área del orificio; Cc: coeficiente de contracción ; Cc<1 = 0 √ 20
Si Cd es asumido como constante, entonces la gráfica de Q vs 0 ^0,5 será lineal y la pendiente.
= √
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL FIJACIÓN DEL EQUIPO
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.
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.
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.
TABLAS DE RESULTADOS.
1 primer laboratorio lecturas volumen (l) volumen (m^3) Ꝋ placa Dc (m) Ꝋ chorro Do (m) T(s) Q (m^3/s) Ho (m) 1 3 0,003 0,01206 0,01139 11,039 0,000271764 0,37 2 3 0,003 0,01306 0,01166 11,044 0,000271641 0,368 3 3 0,003 0,01296 0,01331 7,073 0,000424148 0,369 4 3 0,003 0,013 0,01308 9,04 0,000331858 0,369
Hc (m)
Cd
Cv
Cc
s
0,365 9,89929E-01 0,99322026 1,12110727 4,46777E-04 0,366 9,46748E-01 0,99727891 1,25455369 4,47786E-04 0,367 1,13295E+00 0,99728629 0,94809944 6,98239E-04 0,367 9,17878E-01 0,99728629 0,98780499 5,46311E-04
Ao(m^2) 0,00010189 0,00010678 0,00013914 0,00013437
Ac (m^2) vr (m/s) Qt Vi (m/s) 0,00011423 2,676060537 0,000274529 2,694327374 0,00013396 2,679723866 0,00028692 2,687035541 0,00013192 2,683382194 0,000374377 2,690683928 0,00013273 2,683382194 0,00036155 2,690683928
Qr(m^3/s)
Ho(m)
(Ho)^0,5( m) Cd
0,00027176 0,00027164 0,00042415
0,37 0,60827625 0,9899285 0,368 0,60663004 0,94674815 0,369 0,6074537 1,13294524
0,00033186
0,369 v(l)
0,6074537
0,9178776
v(m^3)
1
0,73
0,00073
2
0,292
0,000292
3
0,621
0,000621
4
0,492
0,000492
GRAFICOS DE ANALISIS DE RESULTADO. Qr vs ho 0.6085 0.608 0.6075 o 0.607 h 0.6065 0.606 0.6055
qr
Qr
Qr vs Cd 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.000271764
0.000271641
0.000424148
0.000331858
DESEMPEÑO DE COMPRENSION. 1. ¿Es justificable asumir que el coeficiente de descarga es una constante sobre el rango de flujos estables estudiados? RTA/: si ya que al variar la altura de carga se observa que el coeficiente de gasto posee muy pequeñas variaciones. 2. ¿Por qué es importante estudiar los coeficientes? RTA/: porque son los que determinan algunas características de gran utilidad como el área del orificio que realmente participa en la evaluación del caudal, correcciones a las desviaciones del fluido y estos dos corregir al coeficiente de descarga. 3. ¿Cuál es la diferencia de medición con tubo de pitot en una corriente libre y una corriente confinada? RTA/: que al medir con el tubo de pitot es una corriente libre de velocidad de estancamiento del fluido, se hace mucho más difícil que cuando la corriente es confinada, ya que por ser así se puede determinar cuya velocidad más fácilmente. 4. ¿Por qué son los coeficientes de descarga valores significativos menores que uno? RTA/: porque las perdidas por fricción que sufre la corriente debido a la salida del fluido por un orificio no presentan una perdida muy significativa en cuanto a transferencia de caudal se refiere.
5. Comprando los valores de Cd para lo estable y las pruebas con caída de carga cual valor es confiable a ser más probable. RTA/: es más fiable cuando las pérdidas con caída de carga ya que generan un coeficiente de descarga que se va a repetir, es decir serán constante. 6. RTA/: la gráfica nos da a entender que a medida que aumente el coeficiente de descarga el caudal puede bajar hasta llegar a un punto donde cambia para subir proporcionalmente con el coeficiente de descarga.
ANEXOS FOTOGRAFICOS.
CONCLUSION Se llega a la conclusión que el coeficiente de descarga puede permanecer constante y con un valor menor que la unidad, al cambiar los orificios y mantener constante la altura existen variaciones en el coeficiente de descarga, y que el estudio de estos coeficientes es muy importante en la obtención de un caudal de descarga. Se entendió la práctica anteriormente realizada que lleva mucha adquisición de conocimientos, y apoyando nuestros aprendizaje teóricamente.
