UNIVERSIDAD ANDINA

“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

FACULTAD DE CIENCIAS PURAS E INGENIERIAS

C.A.P INGENIERIA CIVIL

INFORME DE LABORATORIO Nº3

DESCARGA A TRAVES DE ORIFICIOS

PRESENTADO POR:

KENY RENZO ROJAS CATACORA

CODIGO: 21928025

DOCENTE: ING. CESAR CONDORI TORRES

SEMESTRE: 4TO

SECCION: “B”

SEDE: PUNO

FECHA: 24 DE JULIO DEL 2015

INTRODUCCION

El laboratorio de descarga por orificios es fundamental para entender procesos efectuados en

vertederos, así como el análisis de la variación del caudal en un depósito.

Con este laboratorio se pretende calcular el caudal que sale por uno de los orificios de

acuerdo a la altura del embalse o depósito, para luego determinar los coeficientes que definen

el sistema, como por ejemplo el gasto, el cual nos permite determinar el tiempo en el cual se

desocupa el tanque, así como la influencia que tiene el orificio en la descarga.

En la vida práctica sin saber cómo es la descarga según el orificio no se podrían realizar ciertos

dispositivos de uso diario de tipo hidráulico

OBJETIVOS GENERAL

Determinar las características de un flujo a través de un orificio

ESPECIFICOS

Determinar los coeficientes de velocidad, contracción y descarga dependiendo de la

trayectoria del chorro

Determinar el caudal del orificio de descarga experimentalmente

calcular el tiempo en el cual se desocupa el tanque

Calcular el caudal de salida para cada uno de los orificios de acuerdo al diámetro del

orificio

MARCO TEORICO

DESCARGA POR ORIFICIOS

El término fluido incluye a toda sustancia capaz de fluir, y se aplica tanto a gases como a

líquidos, puesto que todos los fluidos obedecen al movimiento en base a las leyes de newton

Cuando practicamos una abertura en un depósito que contiene un fluido, la velocidad de salida

del mismo incrementa con la profundidad a la cual se realiza el orificio, y en base también al

nivel en el que se encuentra el líquido, puesto que la fuerza no equilibrada que afecta al

movimiento es debida a la gravedad.

Puesto que se destruye la presión de la pared existente en el punto donde se encuentra la

abertura y la presión del líquido interior la empuja directamente hacia el orificio, entonces el

nivel del líquido desciende una altura h en un tiempo t, luego que ha escapado un cierto

volumen de líquido del recipiente.

Un orificio es una abertura practicada en la pared de un depósito (orificio lateral o de fondo) o

en un diafragma en una tubería por donde circula un fluido (orificios para medida de caudales)

La forma puede ser cualquiera: circular, rectangular, etc.; aunque la forma más frecuente es la

circular.

El tamaño puede ser desde unos mm2 hasta varios m2. Ejemplos de estos últimos son la

abertura rectangular al extremo de un canal y la abertura de entrada del embalse de una

turbina, obturada por una compuerta deslizante o una compuerta de rodillos (estas

compuertas pueden pasar muchas toneladas.)

El orificio puede comunicar con la atmosfera, o bien con otro fluido bajo presión (orificio

sumergido)

Las paredes del orificio pueden ser de contorno redondeado, o con aristas vivas

El orificio puede terminar en tubo corto cilíndrico de diversas maneras, en una tobera, o en un

difusor

Finalmente un vertedero viene a ser como un orificio que llega hasta la superficie libre del

líquido, es decir, un orificio en que el contorno superior ha desaparecido

Los orificios, tubos, toberas y vertederos, además de realizar otras funciones como la

regulación y control de flujo, son también los instrumentos más utilizados para la medición del

caudal, por lo cual a ellos dedicaremos principalmente nuestro estudio. El fundamento de

estos instrumentos, lo mismo que el del medidor de flujo libre de Venturi, es la relación que

existe entre la diferencia de alturas piezometricas antes y después del instrumento y el caudal.

El caudal que escurre a través del orificio del área A o será:𝑄0=𝐴0𝑣2=𝐴0√2𝑔ℎ

Tanto el área de salida del líquido A0, como la velocidad de salida v2 y el caudal Q0 son valores

ideales, ya que en la práctica son menores por diferentes causas, como la contracción de las

líneas de corriente, las pérdidas de energía por fricción, etc.

COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN

Se designa por coeficiente de contracción, a la relación entre el área de sección contraída y el

área de la sección del orificio: 𝐶𝑐=𝐴/𝐴0

El valor medio práctico de Cc es 0,62, teóricamente el valor de Cc se mide como 𝜋/𝜋+2, para

orificios largos abiertos en paredes delgadas.

Tratándose de agua y orificios circulares, la sección contraída se encuentra a una distancia de

la pared interna del orificio, aproximadamente igual a la mitad del diámetro del orificio,

aproximadamente igual a la mitad del diámetro del orificio.

COEFICIENTE DE VELOCIDAD

Cada partícula al atravesar la sección contraída, tendría velocidad idéntica al de la caída libre,

desde la superficie libre del depósito, en la realidad sin embargo la velocidad no es la

verdadera, por eso se introduce un coeficiente de corrección, o coeficiente de reducción de

velocidad: 𝐶𝑣=𝑣/𝑣2

COEFICIENTE DE DESCARGA

Se define como la relación del caudal de descarga real y el que se obtendría si el agua saliera

con velocidad V y sin reducción del área de salida del líquido, es decir, caudal ideal: 𝐶𝑑=𝑄𝑟/𝑄=𝑉/𝑉2(𝐴/𝐴2)=𝐶𝑐∗𝐶𝑣En consecuencia para obtener el caudal real que fluye a través del orificio se puede utilizar:

𝑄𝑟=𝐶𝑑𝐴0𝑉2=𝐶𝑑𝐴0√2𝑔ℎDESCRIPCION DE EQUIPOS

FME04: Equipo de descarga por orificios

Este módulo consta de un depósito cilíndrico transparente que se alimenta por la parte superior desde el Banco Hidráulico (FME00) ó el grupo de alimentación Hidráulica Básico (FME00/B). El agua fluye a través de una boquilla intercambiable (se suministra un juego de 5 boquillas que representan orificios de distintas características), situada en el centro de la base. La vena líquida fluyente pasa directamente al depósito volumétrico del Banco Hidráulico (FME00/B). Un tubo de Pitot puede colocarse en cualquier punto de la vena fluyente para determinar su altura de carga total. Un dispositivo transversal, anexo al tubo de Pitot, permite determinar el diámetro de vena líquida fluyente.

Se puede medir la altura del tubo de Pitot y la altura total a través del orificio en un panel de 2 tubos manométricos situados al lado del depósito.

Especificaciones

Depósito cilíndrico transparente

Cinco tipos de boquillas: diafragma, coloidal, 2 de tipo Venturi y cilíndrica.

Altura de carga máxima: 400 mm

Sistema de conexión rápida incorporado

Estructura de aluminio anodizado

Dimensiones y Peso

Dimensiones: 450 x 450 x 900 mm. Aprox. Peso: 15 kg. Aprox.

MATERIALES Y EQUIPOS

banco hidráulico equipo por descarga de orificios cronometro regla termómetro

MARCO METODOLOGICO PROCEDIMIENTO

1. instalar el orificio que se va a ensayar y mantener la carga constante al máximo nivel posible

2. Una vez que el flujo se estabiliza, medir la carga sobre el orificio3. Medir las coordenadas de un punto en la trayectoria del chorro a caída libre4. Medir con el tanque de aforos volumétricos, el gasto del chorro.5. Repetir el procedimiento anterior para diferentes cargas (7 cargas mínimo),

consignando los valores obtenidos en la tabla 5.1

ACTIVIDADES

1. Construir una grafica de valores Cd , Cv Y Cc contra el numero de Reynolds2. Observar la contradicción del chorro a la salida del orificio y explicar a qué se debe

este fenómeno3. Si el orificio tuviera una arista redondeada ¿Cómo sería la contradicción?

(1)carga

(2) gasto volumétrico

(3) Velocidad teórica

(4) Gasto teórico

(5) Coeficiente de descarga

(6) Coordenadas

(7) Coeficiente de velocidad

(8) Coeficiente de contracción

(9)Numero de Reynolds

H(m) h(m) Vol=Ah (m3)

t(s)

Q=Vol/t (m3/s)

Vt =√2gh(m/s)

Qt =Ao√2 gh(m3/s)

Cd=Q/Qt x y Cv =

√ X2

4 yH

Cc=Cd/Cv Re=VDv

0,59 0.102 1,16E-05

226,06 5,12E-08

3,43511281

6,7448E-05 7,60E-04 0,435 0,102 0,00088661111

8,57E-04 1,6547E-08

0,545 0.1

1,07E-05

208,82

5,12E-08

3,3015148

6,4825E-05 7,91E-04 0,435 0,106 0, 0009049156

8,74E-04 1,5903E-08

0,495 0.102

9,72E-06

189,66

5,12E-08

3,14642654

6,178E-05 8,29E-04 0,435 0,116 0, 00090766934

9,14E-04 1,5156E-08

0,435 0.093

8,54E-06

166,67

5,12E-08

2,94957624

5,7915E-05 8,85E-04 0,435 0,131 0, 00091112714

9,71E-04 1,4208E-08

0,385 0.092

7,56E-06

147,51

5,12E-08

2,77488739

5,4485E-05 9,41E-04 0,435 0,145 0, 00092054473

1,02E-03 1,3367E-08

0,336 0.088

6,60E-06

128,74

5,12E-08

2,59229628

5,09E-05 1,01E-03 0,435 0,168 0, 00091545074

1,10E-03 1,2487E-08

0,291 0.08

5,71E-06

111,49

5,12E-08

2,41246762

4,7369E-05 1,08E-03 0,435 0,192 0, 00092015746

1,18E-03 1,1621E-08

0,231 0.079

4,54E-06

88,51

5,12E-08

2,14941853

4,2204E-05 1,21E-03 0,335 0,152 0, 00089389607

1,36E-03 1,0354E-08

Para hallar el numero de Reynolds necesitamos el dato de viscosidad cinemática en este caso por las condiciones atmosféricas (10 ºC) dentro del laboratorio de mecánica de fluidos en UANCV-Juliaca se tomo el dato de las siguiente tabla:

Viscosidad cinematica del agua a 10ºC= 1.308 x 10-6

GRAFICOS:

0.00000001

0.000000012

0.000000014

0.000000016

0.0000000180.00050.00060.00070.00080.0009

0.0010.00110.00120.00130.0014

grafico cv cd cc vs Re

CdCccv

numero de reynolds Re

Cd,C

c,Cv

CONCLUSIONES

Se pudo concluir que los fluidos que escurran a través de un orificio que tenga una

pared delgada, se contraen formando un chorro mientras la corriente sale del

orificio cuya área de sección transversal es menor a la del orificio.

La altura cinética es la altura existente entre el nivel máximo del agua que ha

subido por la derivación vertical hasta el final de dicha derivación. Depende de la

velocidad y aceleración que adquiera el agua desde la conducción principal.

Es necesario introducir un coeficiente de corrección, o coeficiente de velocidad

porque cada partícula al atravesar la sección contraída, tendría velocidad idéntica

al de la caída libre, desde la superficie libre del depósito, en la cual la velocidad no

es la verdadera.

De acuerdo a la teoría de los Coeficientes que deben ser menor que 1, entonces

con los datos analizados de las pruebas fueron menores de 1, lo que prueba que

los datos fueron tomados de manera correcta pese a los posibles errores humanos

y de la máquina.

RECOMENDACIONES

Es importante en este tipo este en perfecto funcionamiento en especial el

dispositivo que mide la vena liquida.

Se recomienda elegir un tipo de tobera teniendo en cuenta las perdidas y el costo.

Tener conocimiento que el coeficiente de velocidad no debe ser mayor que la

unidad, si supera la unidad hubo error humano y/o de máquina.

BIBLIOGRAFIA

GILBERTO SOTELO. Hidráulica General. 6 ed. México: EDITORIAL LIMUSA NORIEGA EDITORES. 1997.

MUNSON YOUNG OKIISHI. Fundamentos de mecánica de fluidos. 1 ed. México: EDITORIAL LIMUSA. 1999.

ROBERT L. MOTT. Mecánica de fluidos. 6 ed. México: PEARSON EDUCACION. 2006.

CLAUDIO MATAIX. Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. 2 ed. España: EDICIONES EL CASTILLO. 1988.