Mecanica de Fluidos Introduccion

UNI FIP MECANICA DE FLUIDOS DE FLUIDOS “ORIFICIOS Y BOQUILLAS”

Profesor:

ING. FERNANDO ROMERO Integrantes: PALIZA ARAUJO MARCO ANTONIO

UNI-FIP

[MECANICA DE FLUIDOS] FLUIDOS]

El estud studiio de los efec fectos tos de oi! oi!c cios ios " #o$ui o$uilll%s l%s so# o#e siste& siste&%s %s 'id(ul 'id(ulico icos s es &u" i&)o i&)ot%*t t%*te+ e+ d%do d%do $ue co* l% %"ud% de l%s ecu%cio*es )eti*e*tes+ se )uede c%lcul% l%s )edid%s )o ficci,*+ e*te %lu*%s ot%s cos%s.

Prólogo………………………………………………………… Prólogo……………………………… …………………………………………….. ………………….. /

“”0 “”0 .C% .C%ud ud%l %l++ Cd+ Cd+ C1 + 2 .

[MECANICA DE FLUIDOS]

Índice……………………………………………………………………………..

Objetivos………………………………………………………………………..

Materiales………………………………………………………………………

Fnda!ento teórico……………………………………………………………

Diagra!a de "ljo……………..………………………………………………..

Procedi!iento e#$eri!ental………………………………….………………

%estionario…………………………………………….……………………..

%onclsiones…………………………………………….……………………..

Ane#os…………………………………………………………………………..

&ibliogra"'a………………………………………………………………………

3

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


Deter!inar e#$eri!ental!ente los coe"icientes de descarga %d( de velocidad %v ) de resistencia de "ljo( al salir el aga $or na bo*illa tronco. %ónica convergente( bajo las condiciones de no $er!itir el ingreso de aire a la altra de la contracción del c+orro li*ido a la entrada de la bo*illa.

,an*e de ori"icios ) bo*illas. -ertedero trianglar.  li!ni!etros. / vernier. Aga. 4

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


0iste!a de bo!beo. 0iste!a cadriclado de ejes coordenados bicado en la salida del ori"icio del tan*e.

5

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


1as bo*illas consisten en $e*e2os tbos de longitd no !) !a)or a s di3!etro( *e tienen "or!a cil'ndrica( cónica o conoidal( *e $rologan na abertra en las $aredes de n de$ósito( $or las cales se deja escrrir la corriente li*ida. &o*illa larga se deno!ina a a*ella de "or!a cil'ndrica c)a longitd es s"iciente!ente larga $ara el c+orro l'*ido alcance ad+erir ss $aredes ) escrra a sección llena en la salida.

6

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


El !is!o co!$orta!iento +idr3lico se observa en los ori"icios de $ared gresa( tal co!o se observa en la sigiente "igra.

1os "iletes e#teriores del c+orro *e sale $or la &o*illa escrren agas arriba $or los contornos de las $aredes del de$ósito. 1as tra)ectorias de los "iletes $asan r3$ida!ente de la dirección tangencial a la $ared a na dirección $r3ctica!ente nor!al de ella4 tienen $or ello na crvatra "erte( $ero no in"inita( ) n radio de crvatra "inito( $es las "er5as *e act6an sobre las !ol7clas de estos "iletes no $ede $rodcir na discontinidad en s dirección ) velocidad esto $rodce na contracción en el c+orro a la entrada de la bo*illa. 1ego de la contracción scede na e#$ansión $alatina del c+orro debido a la $erdida de carga ) na rec$eración de la $resión. 1a e#$eriencia revela *e la longitd de la bo*illa debe ser( $or lo !enos 8 veces el di3!etro $ara *e se llene el ori"icio. Para evalar la velocidad ) descarga se $rocede de la sigiente !anera9 7

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


1a carga :;< $or enci!a del ori"icio se !ide desde el centro de la bo*illa +asta la s$er"icie libre. 0$oniendo *e la carga $er!anece constante $or ser las di!ensiones del estan*e considerable!ente !a)ores *e las de la bo*illa( la a$licación de la ecación de bernolli entre el $nto / en la s$er"icie libre ) el $nto 8 a la salida de la bo*illa( no considerando las $7rdidas( se obtiene9

=e to!ando $resiones !ano!7tricas( ) ree!$la5ando valores( reslta9

8

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


O sea9

Pero esto es solo la velocidad teórica( )a *e las $7rdidas entre los dos $ntos se +an des$reciado.

1a relación entre la velocidad real( -r ( ) la velocidad teórica( -t ( se deno!ina coe"iciente de velocidad.

Resltando9

%ando el di3!etro D de la bo*illa es !c+o !enor *e la carga :;<( $ede considerarse *e la velocidad es ni"or!e en la sección a la salida de la bo*illa. En tal caso el casal de la bo*illa ser3 igal al $rodcto de la velocidad real en el eje $or el 3rea del c+orro a la salida. %ando el 3rea del c+orro A( es !enor *e el 3rea de la bo*illa  ori"icio A > se e#$resa s relación con esta lti!a $or !edio de n coe"iciente de contracción9 %> ?A@A> %o!o es este caso el 3rea del c+orro a la salida es igal a la sección de la bo*illa( reslta % > ? /. Por otra $arte co!o se acost!bra renir coe"icientes de velocidad ) contracción en na sola lla!ada coe"iciente de cadal o de descarga. %d?%>.%vEn este casoB( entonces el cadal $ede e#$resarse $or9

9

“”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


%o!o no +a) !odo segro de calclar las $erdidas( cabe !encionar *e los coe"icientes de velocidad de contracción ) de descarga son deter!inados $or !7todos e#$eri!entales. 1a a$licación de la ecación de bernolli considerando $erdidas de carga entre los $ntos / ) 8 $ede e#$resarse $or 9

Donde C es el coe"iciente de $erdidas locales.  des$ejando -8 *eda9

De donde $ede encontrarse na relación entre el coe"iciente de $erdidas locales ) el coe"iciente de velocidad al co!$robar ecaciones B ) B( la cal es9

En la bo*illa larga ) en los ori"icios en $ared gresa la $erdida de carga se debe ade!3s de la contracción a la "ricción. Para cada no de estos e"ectos $ode!os desco!$oner  en dos "actores (C?  > H/ si se ace$ta *e se $rodce na :; “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


contracción co!$leta si!ilar a lo *e scede a la salida de n ori"icio de $ared sesgada( es decir con 9

Al a$licar la ecación de bernolli ) en este caso C > ? >.. 1as $7rdidas de carga $or "ricción se $eden tratar de calclar considerando el desarrollo de la ca$a li!ite( $ero con si!$licidad $ede +acerse tili5ado la ecación de DAR%JKEI0&A%;( ace$tando n valor global "? >.>( C"?"1@D?>.>1@D( *e con 1 ? 8D reslta "inal!ente C"? > .>L. Entonces el coe"iciente de velocidad ) de descarga reslta9

El cal es con"ir!ado $or la e#$eriencia( an*e otros atores dan el valor de >.. %abe recordar *e ello es valido $or las condiciones ace$tadas9 ;D( n6!eros de Re)nolds altos( ) la bo*illa sin ning6n agjero lateral. Para otras condiciones ese valor varia( ) es $re"erente!ente obtenido $or !edios e#$eri!entales.

:: “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


Primera parte “Armado del eqipo!

Para este laboratorio e!$lea!os n tan*e el cal contaba con na co!$erta *e se $od'a !over a trav7s de na !anija la cal $od'a ser accionada $ara :/ “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


$rodcir n !a)or des"oge del aga *e ingresaba a trav7s de n tbo $roveniente de n siste!a de bo!bas( lo *e $rodc'a di"erentes "ljos de aga a trav7s del ori"icio es decir cadales constantes los cales sal'an $or la bo*illa del tan*e. En res!en el $roceso "e el sigiente. PA0O09

/B Al accionar la bo!ba( rebaja!os la co!$erta +asta deter!inado nivel( lo *e nos dar3 n $ri!er cadal constante a na altra ;( dejando n la$so de tie!$o $ara *e se estabilice ) $oder reali5ar las otras !ediciones. B %on a)da de n li!ni!etro de dos $ntas( deter!ina!os la altra ; $ara *e la carga este constante. 8B 1a deter!inación del cadal la reali5a!os con a)da de n vertedero trianglar( el cal )a tiene valores de cadal deter!inados $ara las altras *e se !arcan en n segndo li!ni!etro de na $nta. ;aciendo na inter$olación $odre!os obtener los datos de cadal = $ara nestra altra obtenida. B Por otro lado( al !is!o tie!$o( se tendr3 *e !edir el di3!etro del tbo de aga *e sale del ori"icio con a)da de n vernier( ) ta!bi7n con( a)da de la $laca cadriclada to!ando origen en la bo*illaB. Deter!ina!os la $osición de  $ntos *e "or!an el tbo de !anera a$ro#i!ada. Para clclar la ecación de la tra)ectoria descrita $or el c+orro de aga. B 1ego variando la !anija de la co!$erta da!os +asta  valores de cadales constantes $ara los cales tendre!os nevos ;( $or lo *e tene!os *e re$etir. ,odo lo de arriba !encionando $ara el resto de los casos.

:3 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


aB E#$li*e a *e se debe la "or!ación de la contracción de n c+orro. 1a contracción del c+orro de aga se debe a *e $ara el caso de las bo*illas Di3!etro1ongitdB( 1a tra)ectoria de los "iletes del aga antes de salir es de dirección tangencial a la $ared $asando r3$ida!ente a na dirección :4 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


$r3ctica!ente nor!al a esta( lo *e $rodcir3 na crvatra de radio "inito( $rodci7ndose na contracción en el c+orro a la entrada de la bo*illa. bB Ded5ca la ecación general $ara ori"icios de grandes di!ensiones ) $oca carga.

1a carga ; $or enci!a del ori"icio se !ide desde el centro de la bo*illa +asta la s$er"icie libre( a+ora *e la carga )a no $er!anece $or ser las di!ensiones no tan grandes( no est3n del estan*e considerable!ente !a)ores *e las de la bo*illa( la a$licación de la ecación de &ernolli entre el $nto / ) el $nto 8 a la salida de la bo*illa( no consider3ndose $erdidas( obtiene9

,o!ando el eje 8 de re"erencia tene!os9 ,o!ando $resiones !ano!7tricas P/ ) P8 son ceros $or lo tanto *eda9

Por continidad se tiene9

cB De"ina ) clasi"i*e acerca de los ori"icios de contracción inco!$leta. na de las variables *e in"l)en en el estdio del trans$orte del aga son las ori"icios dentro de la clasi"icación de los ori"icios tene!os las sigientes9 seg6n el ta!a2o relativo de las carga( seg6n s "nciona!iento +idr3lico ) seg6n el ti$o de contracción9 0eg6n el ti$o de contracción tene!os9 :5 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


%ontracción co!$leta9 1os "iletes l'*idos *e oc$an la $eri"eria del ori"icio $rovienen de las 5onas !3s $ró#i!as a las $aredes interiores. %ontracción inco!$leta9 0e +acen coincidir no o !3s lados del ori"icio con las $aredes laterales ) desa$arece la contracción en ese o esos lados. %ontracción i!$er"ecta9 El ori"icio esta cerca $ero no coincide con la $ared. Ori"icios sin contracción9 1os "iletes a$ortan a la crvatra del ori"icio( co!o son los ori"icios en los *e no +a) aristas. dB De"ina ) clasi"i*e acerca de los ori"icios de descarga s!ergida. Otra clasi"icación !) 6til es seg6n s "nciona!iento +idr3lico9 Ori"icio con desagQe libre9 Desagan al aire libre. Ori"icios s!ergidos9 Desagan bajo el nivel est3tico o casi est3tico de n segndo de$osito. Ori"icios $arcial!ente s!ergidos del canal9 El desagQe no es total!ente libre $or estar reglados de de$ósitos. eB De"ina la clasi"icación acerca de los ori"icios de $ared gresa. Pared delgada9 Delgada de $ared !enor *e  o  cent'!etros. Pared gresa9 Al igal *e na bo*illa larga en n ori"icio de $ared gresa se observa n !is!o co!$orta!iento +idr3lico( es decir sse observa na contracción del c+orro de aga a la salida del ori"icio. d

"B %alclar los coe"icientes de descarga % ( ) de resistencia de "ljo C tili5ando las "ór!las B ) B $resentadas. D.rc +/c! =/lt@ ;rc! +c! =lt@s !B ;c!B B sB B =rlt@sB B B . .8

L. .

//8 ///

:6 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .

/. /.8

// ///

:.5/:: ;3 :./683

// //

/. /.


.8

.

/>L

/.L

/>

.8 .

8. 8>.

/>

/./

/>8 L

.L

8.L



>.

.8

9/ :.:947 ;5 :.;4/6 93 ;.99 ;.8;85 ;9

/>

/.8

/>8

/./



>.

>%"ectoi%?c &@

S/ / S  S8 /> >. >  8> /> / >  8> /> /./ >  8> /> / > 8 8> /> / > 8. 8> />  >  8> Cd ;.59 ;.53 9 ;.54 3 ;.53 / ;.54 8 ;.53 :

8   L   />

S > > > > > >

 L   /> / /

S > > > > > >

  // /8 /8 /  L

2 ;./56: 39 ;.36/3 47 ;./76: 9 ;./6/8 83 ;.:/98 8 ;.:639 ;9

Datos obtenidos con las "or!las del laboratorio. t?c& s@ 364.7 78 33/.9 46 3::.3 /4

?c& s@ C1 Cc Cd 3/5.4 ;.89 ;.66 69 / / ;.59 /85./ ;.85 ;.6/ ;.53 53 7 9 9 /75.5 ;.88 ;.6: ;.54 85 5 4 3

:7 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .

Ac'?c& /@ 4.6735 76 4.4465 54 4.335: 63

Q?lt s@ :.5/: : :./68 4 :.:94 7

Qt?lt s@ 2 /.577 ;. / 3 /.35/ ;. 3 4 /.:99 ;. 5 3


/77.3 /7 /45.; /5 /:5.6 37

/46.7 ;.59 ;.53 4.//5: :.;4/ :.959 8 ;.89 8 / 84 7 3 /3;.5 ;.94 ;.58 ;.54 4.::66 :.73: :/ : 3 8 :9 ;.99 : :99.8 ;.9/ ;.57 ;.53 4.;45; ;.8;8 :.5/3 77 7 3 : /7 5 5

;. 3 ;. : ;. /

-elocidades en c!@s : 3: 3 // : /: : // : // : :5 7

/ 3: 3 3: 3 3: 3 /5 6 /3 7 :9 8

3 33 / /7 : /5 : /3 5 // : /: ;

4 33 5 3: 3 /9 5 /8 ; /3 7 // :

5 33 4 3; 7 3; 7 /4 / /3 6 /: 3

d

gB Gra"icar los valores obtenidos de %

) C verss ;@D( agr$3ndolos en dos

crvas.

GRAFICA Cd vs H/D ;.6

RAFICA Cd 1s =D

;.55 ;.5 5

:;

:5

/;

/5

3;

GRAFICO K vs H/D ;.4 RAFICO 2 1s =D ;./ ; 5

:;

:5

/;

:8 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .

/5

3;


r

+B Gra"icar los datos de cadal = verss la carga ;.

GRAFICA H vs Qr ;.7

;.8

;.9

:

:.:

:./

:.3

:.4

:.5

RAFICA = 1s Q :.6

iB Gra"i*e la tra)ectoria del c+orro ) veri"i*e en el !is!o gr3"ico con la tra)ectoria teórica.

:9 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


/; “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


jB %o!ente ) +aga conclsiones en base a los gr3"icos $resentados( !ani"estando entre otras cosas las ra5ones de la concordancia o discre$ancia con los valores $redic+os $or la teor'a.

Del gra"ico NT/ nota!os *e a !edida *e la carga ; a!enta( dis!in)e C ) %d( $or ende +a) !as $erdida. Del gra"ico NT observa!os *e +a !a)or carga ;( el cadal real =rB dis!in)e. De las gra"icas NT8( NT( NT( NT ) NTL corrobora!os *e el cadal real =rB( )a *e la velocidad real es !enor *e la teórica ) lo nota!os "3cil!ente $or*e la tra)ectoria del c+orro de aga real est3 $or debajo de la teórica.

B Presentar na relación de coe"icientes de descarga( de velocidad( de contracción( de $7rdidas de carga teóricas( $ara diversos ti$os de ori"icios( bo*illas ) tbos cortos. /: “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


lB Mencionar la a$licación $r3ctica de tales coe"icientes( $or eje!$lo $ara el dise2o de *7 ti$o de obras se tili5an. Para el dise2o de vertederos. // “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


Para el dise2o de redes de trans$orte de aga. El estdio de ele!entos co!o los ori"icios o ca!bios en la geo!7trica de las tber'as es i!$ortante. Para el dise2o de tan*es de aga *e se san $ara abasteci!iento.

Del gra"ico NT/ nota!os *e a !edida *e la carga ; a!enta( dis!in)e C ) %d( $or ende +a) !3s $7rdida. /3 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


Del gra"ico NT observa!os *e +a !a)or carga ;( el cadal real =rB dis!in)e.

De las gra"icas NT8( NT( NT( NT ) NTL corrobora!os *e el cadal real =rB( )a *e la velocidad real es !enor *e la teórica ) lo nota!os "3cil!ente $or*e la tra)ectoria del c+orro de aga real est3 $or debajo de la teórica.

Do!'nge5 F. ;idr3lica9 Editorial niversitaria niversal de %+ile ta ed. /L /4 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .


Cing ;. 0otelo A. G.

Manal de ;idr3lica ,E;A M7#ico /8 ;idr3lica General. -ol / 9 Fnda!entos. Editorial 1i!sa 0.A. De %.-. M7#ico /

0treeter -.

Mec3nica de los Flidos4 McGraU ;ill &oo %o!$an). Es$a2a V /.

/5 “”0 .C%ud%l+ Cd+ C1 + 2 .

Mecanica de Fluidos Introduccion

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