UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRAULICA E HIDROLOGIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de hidráulica e hidrología
LABORATORIO Nº 3 Estudio de orificios y boquillas Curso
:
Mecánica de Fluidos I
Jefe de Practica
Ing. Lidia Malpica M alpica :
Alumno(s) :
Fecha
:
Silva Anchillo Henrry Antony
20071079C
Huiza Ortiz Marcos Gustavo
20072570B
Tochon Montenegro Hamerlin
20071106K
16 -11 - 09
UNI - 2011 -II
Tercer LABORATORIO
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1)
INTRODUCCION:
El estudio de los efectos de orificios y boquillas sobre sistemas hidráulicos es muy importante, dado que con ayuda de las ecuaciones pertinentes, se puede calcular las perdidas por fricción en la tubería, entre alg unas otras cosas.
2)
OBJETIVOS:
Determinar
los coeficientes de Velocidad, de contracción, de descarga y el
coeficiente de perdidas locales.
Determinar
las trayectorias de la caída del agua por el orificio mediante la
medición aproximada de algunos puntos de su trayectoria.
Establecer las graficas de caudal versus altura, del Cd y K versus H/D y de las trayectorias del flujo que salen del flujo.
3)
MATERIALES:
Tanque
Vertedero triangular.
2
Limnímetro.
1
Vernier.
Agua.
de orificios y boquillas.
Sistema
de bombeo.
Sistema
cuadriculado de ejes coordenados ubicado en la salida del
orificio del tanque. PROCEDIMIENTO:
4) Para
este laboratorio empleamos un tanque el cual contaba con una compuerta que se
podía mover a través de una manija la cual podía ser accionada para producir un mayor desfogue del agua que ingresaba a través de un tubo proveniente de un sistema de bombas, lo que producía diferentes flujos de agua a través del orifico es decir caudales constantes los cuales salían por la boquilla del tanque. En resumen el proceso fue el siguiente: 1.
Al
accionar la bomba, rebajamos la compuerta hasta determinado nivel, lo
que nos dará un primer caudal constante a una altura H, dejando un lapso de tiempo para que se estabilice y poder realizar las otras mediciones. 2.
Con ayuda de un limnímetro de dos puntas, determinamos la altura H para el que la carga es constante.
3.
La determinación del caudal la realizaremos con ayuda de un vertedero triangular, el cual ya tiene valores de caudal determinados para las alturas que se marcan en un segundo
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limnimetro de una punta. Haciendo una interpolación podremos obtener los datos de caudal Q para nuestra altura obtenida. 4.
Por
otro lado, al mismo tiempo, se tendrá que medir el diámetro del tubo
de agua que sale del orificio con ayuda de un Vernie r, y también con, ayuda de la placa cuadriculada, (tomando origen en la boquilla) determinamos la posición de 5 puntos que forman el tubo de manera aproximada. Para calcular la ecuación de la trayectoria descrita por el chorro de agua. 5.
Luego variando la manija de la compuerta damos hasta 5 valores de caudales constantes para los cuales tendremos nuevo H, por lo que tenemos que repetir todo lo arriba mencionado para el resto de los casos.
Corte Frontal del Sistema
Las mediciones hechas por los limnimetros son importantes para la aplicación de la Ecuación de Bernoulli en la hidráulica.
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CUESTIONARIO:
5)
1.-
La contracción del chorro de agua se debe a que para el caso de las boquillas (diámetro
< longitud), la trayectoria de los filetes del agua antes de salir es de dirección tangencial a la pared pasando rápidamente a una dirección prácticamente normal a esta. Lo que producirá una curvatura de radio finito. Produciéndose una contracción en el chorro a la entrada de la boquilla. 2.-
De
la imagen tenemos lo siguiente:
La carga H por encima del orificio se mide desde el centro de la boquilla hasta la superficie libre. Ahora que la carga ya no permanece constante por ser las dimensiones no tan grandes, no están del estanque considerablemente mayores que las de la boquilla, la Aplicación Punto
de la ecuación de Bernoulli entre el punto 1 en la superficie libre y el
3 a la salida de la boquilla, no considerando las pérdidas, obtiene:
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Tomando
el eje 3 de referencia tenemos:
Tomando
presiones manométricas P1 y P3 son ceros por lo tanto queda:
Por
continuidad tenemos:
Ecuación general para orificios grandes 3.-Define y explique ampliamente acerca de los orificios de contracción incompleta. Una de las variables que influyen en el estudio del transporte del agua son los orificios dentro de la clasificación de los orificios tenemos las siguientes: según el tamaño relativo de la carga, según su funcionamiento hidráulico y según el tipo de contracción. -Según el tipo de contracción tenemos: Contracción Completa: los filetes líquidos que ocupan la periferia del orificio provienen de las zonas más próximas a las paredes interiores. Contracción Incompleta: se hacen coincidir uno o más lados del orificio con las paredes laterales y desaparece la contracción en ese o esos lados. Contracción Imperfecta: el orificio esta cerca pero no coincide con la pared. Orificios sin contracción: los filetes adoptan a la curvatura del orificio, como son los orificios en los que no hay aristas.
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4.- Define y explique ampliamente acerca de los orificios de contracción incompleta. Otra clasificación muy útil es según su funcionamiento hidráulico tenemos: ORIFICIOS CON DESAGUE LIBRE: desaguan al aire libre ORIFICIOS SUMERGIDOS: desaguan bajo el nivel estático o casi estático de un segundo depósito. ORIFICIOS PARCIALMENTE SUMERGIDOS DEL CANAL: el desagüe no es totalmente libre por estar seguidos de depósitos. 5.- Define y explique ampliamente acerca de los orificios de pared gruesa. PARED DELGADA: Gruesa
de pared menor que 4 o 5 centímetros.
PARED GRUESA: Al
igual que en una boquilla larga en un orificio de pared gruesa se observa un mismo comportamiento hidráulico, es decir se observa una contracción del chorro de agua a la salida del orificio. 6.-Calcular
los coeficientes de carga Cd , y de resistencia de flujo K
Cd= Cv x Cc
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H
Cv
Cc
Cd
68.857
0.8
0.828
0.66
63.556
0.87
0.899
0.78
52.854
0.83
0.908
0.75
46.355
0.91
0.745
0.67
40.657
0.91
1
0.91
25.056
0.92
0.966
0.88
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9.- Grafica
de la trayectoria de chorro.
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10.-Conclusiones
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de las graficas:
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DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRAULICA E HIDROLOGIA -Los puntos de la grafica Q Vs H se encuentran muy dispersos en el rango seleccionado a causa de que el limnimetro de doble punta utilizado para medir H, se tardaba en estabilizarse lo que provocaba medidas aproximadas. -Comprobamos que la trayectoria seguida por el chorro de agua se ajustaba bien a una curva parabólica lo que corrobora la teoría de movimiento parabólico. -Vemos que en las graficas de Cd Vs H/ D y K Vs H/D los puntos se encuentran muy dispersos .Para el caso de K Vs H/D se aprecia un aumento de K cuando aumenta H/D y para el caso de Cd Vs H/ D se aprecia un descenso de los valores cuando aumenta el H/D. 11.-Presentacion
de coeficientes:
H
Cv
Cc
Cd
K
Q (cm3/s)
68.857
0.8
0.828
0.66
0.562
1714.6
63.556
0.87
0.899
0.78
0.321
1946.78
52.854
0.83
0.908
0.75
0.421
1707.04
46.355
0.91
0.745
0.67
0.207
1428.13
40.657
0.91
1
0.91
0.207
1816.58
25.056
0.92
0.966
0.88
0.181
1379.06
Cc=Ar/At
Cv=Vr/Vt
Cd=Cv x Cc
12.- Aplicaciones:
-Para el diseño de vertederos. -Para el diseño de redes de transporte de agua el estudio de elementos como los orificios o cambios en la geometría de las tuberías son importantes. -Para el diseño de tanques de agua que se usan para abastecimiento.,
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