Hidráulica I

PRACTICA Nº6

GASTO A TRAVÈS DE UN ORIFICIO

INTRODUCCION

En la práctica que realizamos trabajamos con materiales representativos para mostrar el

comportamiento mecánico de los fluidos a través del gasto o descarga a través de un

orificio.

Teoría de chorros libres

Un chorro libre es considerado como un flujo fluido que fluye desde un conducto hacia una

zona relativamente grande que contiene fluido, el cual tiene una velocidad respecto al

chorro que es paralela a la dirección del flujo en el chorro.

Algunas características del chorro libre:

Considerando el caso de un fluido que sale de una tobera a la atmósfera con flujo

subsónico.  La presión de salida para tales flujos debe ser la de la atmósfera que lo rodea. Si

la presión de la atmósfera fuera inferior que la del chorro, tendría lugar allí una expansión

natural del mismo. Este hecho disminuiría la velocidad en el chorro, de acuerdo con la

teoría del flujo isoentrópico, y, por consiguiente, crecería necesariamente la presión en el

chorro, agravando más la situación.  Una continuación de este evento sería

catastrófica.  Por otra parte, si se considera la hipótesis de que la presión de la atmósfera

sea superior a la del chorro, tendrá lugar entonces una contracción del chorro de acuerdo

con la teoría del flujo isoentrópico, y un incremento de velocidad, esto produciría una

disminución posterior en la presión del chorro, agravando de nuevo la situación. Cualquiera

de estas dos suposiciones conlleva a una inestabilidad en el flujo del chorro.

Puesto que se sabe que el chorro subsónico libre es estable, se puede concluir que la presión

del chorro es igual a la presión que lo rodea.  Sin embargo, si el chorro emerge

supersónicamente, la presión de salida no necesita ser igual a la presión de los

alrededores.  Puede ajustarse la presión de salida a la presión exterior, mediante una

sucesión de ondas de choque y expansiones oblicuas, para el caso bidimensional o de ondas

cónicas similares en el caso simétrico tridimensional.

CONSIDERACIONES GENERALES

Los orificios intervienen en el diseño de muchas estructuras hidráulicas y para la medida o

aforo de los fluidos que escurren.

Orificio, es cualquier abertura que tiene un perímetro cerrado y que se hace en un muro o

división.  Sus formas son muy variadas, aunque los más empleados son los circulares y

rectangulares.

 

Se considera un orificio de pared delgada a aquel en donde una placa o pared de espesor

pequeño medible ha sido taladrada por un agujero y se ha producido una arista aguda bien

definida en la superficie interior de la placa. El gasto de la descarga de un orificio depende

de la naturaleza de sus aristas u orillas, y con el objeto de comparar el funcionamiento de

los orificios que tienen diferentes diámetros, es necesario que estas aristas estén formadas

similarmente.

 

figura 1   figura 2

OBJETIVOS

Objetivos generales:

1. Pasar de la teoría a la práctica el comportamiento de un fluido respecto a un

orificio.

2. Determinar el gasto que fluye a través de un orificio y su coeficiente de

descarga.

Objetivos Específicos:

1. Determinar las características geométricas y tipo de orificio.

2. Generar un flujo de agua a través de un orificio y variar el caudal en

distintas ocasiones.

3. Determinar los coeficientes de descarga, velocidad y contracción

correspondientes para cada uno de los caudales.

4. Calcular el caudal real con cada uno de los coeficientes determinados.

5. Comparar el caudal real obtenido volumétricamente contra el caudal

calculado con los coeficientes determinados.

EQUIPO

1. Maquina con orificio.(HYDRAULICS BENCH)

2. cronómetro Ap= 0.01 seg

3. Limnímetro A± 0.01m

MATERIALES

1. Fluido (agua).

PROCEDIMIENTO

1. Medir el diámetro del orificio a utilizar.

2. Prender la bomba del equipo.

3. Regular un determinado caudal y esperar un cierto tiempo que se estabilice el

caudal en el orificio.

4. Aforar el caudal que pasa a través del orificio.

5. Medir el diámetro contraído de la vena liquida.

6. Medir el desplazamiento de la vena liquida en el sentido X e Y.

7. Repetir desde el literal 4 para 6 caudales diferentes.

TABLAS Y DATOS

Tiempo Volumen Caudal

s ml cm3/s

1,67 95 56,89

1,55 85 54,84

1,57 86 54,77

Coordenadas De Dos Puntos En El Caudal.

X 0=10

X F=20

Y 0=50

Y 0=34

Tiempo De Bajada De 350 A 250⇒ 78.94seg

Área Interior 13.6 X 28,7=390,32cm2 ; Diámetro Del Orificio ∅=0.5 cm

CÁLCULOS TIPICOS

CALCULO DE COEFICIENTE DE VCELOCIDAD

V r=x√ g2 y

V r=10√ 9812(1.6)

V r=175.089 cm /seg

V T=√2 gH

V T=√2 ( 981 )(42)

V T=287.06 cm / seg

V r=C v∗V T

C v=V r

V T

C v=175.089287.06

C v=0.61

CALCULO DE COEFICIENTE DE ACORTAMIENTO

Cd=C c∗C v

C c=Cd

C v

C c=0.6040.61

C c=0.99

CALCULO DE COEFICIENTE DE DESCARGA

Qr=V r∗A r

Ar=π Ø 2

4

Qr=175.089π (0.5)2

4

Qr=34.38 cm3/seg

Debido a la fluctuación constante del caudal se decidió analizar cada caudal

individualmente para ver cual se aproxima más para obtener el coeficiente de

descarga ideal.

Cd=Qr

Q t

Si Qt 1=56.89 cm3 /seg

Cd1=34.3856.89

Cd1=0.604

Si Qt 2=54.84 cm3/seg

Cd2=34.3854.84

Cd2=0.627

Si Qt 3=54.77 cm3/seg

Cd3=34.3854.77

Cd3=0.628

Cd1 ≈Cd=0.60⇒Cd=0.604

Entonces el gasto real seria de Qr=34.38 cm3/seg

Δt=2( At

Ao )2 g

(√n1−√n2)

At= 390.32 cm2

Ao = π (0.5)2/4 = 0.1963 cm2

Δt=2( 390.32

0.1963 )2(9.81)

(√35−√25)

Δt= 82.25 s ≈ tiempo tomado = 78.94 s

e% =X−Xo

X(100 %)

e% =82.25−78.94

82.25(100 %)

e%= 4.02 % => El error es de 4.02 % (ACEPTABLE)

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

Los coeficientes obtenidos fueron satisfactorios por lo que hubo un margen

pequeño de error se podría adjudicar esto a la falta de experiencia.

Los resultados arrojados confirman la veracidad de los ábacos en vista de

que también fueron concebidos experimentalmente.

Se obtuvieron los coeficientes de un fluido ideal debido a que se trabajó con

agua uno de los fluidos que cumple con el perfil de fluido ideal.

El gasto real fue asombrosamente el esperado según los caldulos y toma de

datos.

RECOMENDACIONES

Tener cuidado al registrar datos en vista de que la naturaleza del caudal es

difícil de mantener constante.

Tomar una considerable cantidad de datos, 5 mínimos sería factible para tener

un cálculo más ideal.

En la vida laboral se recomienda aplicar el método donde se observe lo más

uniforme y estable posible el caudal para tener valores más apegados a la

realidad.

Recordar esperar a que se normalice el flujo de agua ya que si se toma de

manera apresurada abría un gran rango de error.

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

Gilberto Sotelo Dávila. Hidráulica General. Vol1. pg. 216-220.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

http://cor.to/AxmM

http://cor.to/AxfA

ANEXOS

1. Flujo de agua en proceso de estabilización.

2. Registro de las coordenadas para el caudal ya estabilizado

3. Proceso de descarga variable.