MECANICA DE FLUIDOS

[MECANICA DE FLUIDOS]UNI-FIP

MECANICA DE FLUIDOS ORIFICIOS Y BOQUILLAS

UNI FIP.Orificios y Boquillas..Caudal, Cd, Cv , K .UNI-FIPProfesor: ING. FERNANDO ROMEROIntegrantes:PALIZA ARAUJO MARCO ANTONIO

El estudio de los efectos de orificios y boquillas sobre sistemas hidrulicos es muy importante, dado que con la ayuda de las ecuaciones pertinentes, se puede calcular las perdidas por friccin, entre algunas otras cosas.

Prlogo..

ndice..

Objetivos..

Materiales

Fundamento terico

Diagrama de flujo....

Procedimiento experimental.

Cuestionario...

Conclusiones...

Anexos..

Bibliografa

Determinar experimentalmente los coeficientes de descarga Cd, de velocidad Cv y de resistencia de flujo, al salir el agua por una boquilla tronco. Cnica convergente, bajo las condiciones de no permitir el ingreso de aire a la altura de la contraccin del chorro liquido a la entrada de la boquilla.

Tanque de orificios y boquillas.Vertedero triangular.2 limnimetros.1 vernier.Agua.Sistema de bombeo.Sistema cuadriculado de ejes coordenados ubicado en la salida del orificio del tanque.

Las boquillas consisten en pequeos tubos de longitud no muy mayor a su dimetro, que tienen forma cilndrica, cnica o conoidal, que prologan una abertura en las paredes de un depsito, por las cuales se deja escurrir la corriente liquida.Boquilla larga se denomina a aquella de forma cilndrica cuya longitud es suficientemente larga para el chorro lquido alcance adherir sus paredes y escurra a seccin llena en la salida.El mismo comportamiento hidrulico se observa en los orificios de pared gruesa, tal como se observa en la siguiente figura.

Los filetes exteriores del chorro que sale por la Boquilla escurren aguas arriba por los contornos de las paredes del depsito. Las trayectorias de los filetes pasan rpidamente de la direccin tangencial a la pared a una direccin prcticamente normal de ella; tienen por ello una curvatura fuerte, pero no infinita, y un radio de curvatura finito, pues las fuerzas que actan sobre las molculas de estos filetes no puede producir una discontinuidad en su direccin y velocidad esto produce una contraccin en el chorro a la entrada de la boquilla.Luego de la contraccin sucede una expansin paulatina del chorro debido a la perdida de carga y una recuperacin de la presin. La experiencia revela que la longitud de la boquilla debe ser, por lo menos 3 veces el dimetro para que se llene el orificio.Para evaluar la velocidad y descarga se procede de la siguiente manera:

La carga H por encima del orificio se mide desde el centro de la boquilla hasta la superficie libre. Suponiendo que la carga permanece constante por ser las dimensiones del estanque considerablemente mayores que las de la boquilla, la aplicacin de la ecuacin de bernoulli entre el punto 1 en la superficie libre y el punto 3 a la salida de la boquilla, no considerando las prdidas, se obtiene:

Que tomando presiones manomtricas, y reemplazando valores, resulta:

O sea:

Pero esto es solo la velocidad terica, ya que las prdidas entre los dos puntos se han despreciado.

La relacin entre la velocidad real, Vr , y la velocidad terica, Vt , se denomina coeficiente de velocidad.

Resultando:

Cuando el dimetro D de la boquilla es mucho menor que la carga H, puede considerarse que la velocidad es uniforme en la seccin a la salida de la boquilla. En tal caso el causal de la boquilla ser igual al producto de la velocidad real en el eje por el rea del chorro a la salida.Cuando el rea del chorro A, es menor que el rea de la boquilla u orificio A0 se expresa su relacin con esta ultima por medio de un coeficiente de contraccin:C0 =A/A0Como es este caso el rea del chorro a la salida es igual a la seccin de la boquilla, resulta C0 = 1. Por otra parte como se acostumbra reunir coeficientes de velocidad y contraccin en una sola llamada coeficiente de caudal o de descarga. Cd=C0.Cv(En este caso), entonces el caudal puede expresarse por:

Como no hay modo seguro de calcular las perdidas, cabe mencionar que los coeficientes de velocidad de contraccin y de descarga son determinados por mtodos experimentales.La aplicacin de la ecuacin de bernoulli considerando perdidas de carga entre los puntos 1 y 3 puede expresarse por :

Donde K es el coeficiente de perdidas locales.Y despejando V3 queda:

De donde puede encontrarse una relacin entre el coeficiente de perdidas locales y el coeficiente de velocidad al comprobar ecuaciones (5) y (8), la cual es:

En la boquilla larga y en los orificios en pared gruesa la perdida de carga se debe adems de la contraccin a la friccin. Para cada uno de estos efectos podemos descomponer k en dos factores ,K= k0 +k1 si se acepta que se produce una contraccin completa similar a lo que sucede a la salida de un orificio de pared sesgada, es decir con :

Al aplicar la ecuacin de bernoulli y en este caso K0 = 0.445.Las prdidas de carga por friccin se pueden tratar de calcular considerando el desarrollo de la capa limite, pero con simplicidad puede hacerse utilizado la ecuacin de DARCY-WEISBACH, aceptando un valor global f= 0.024, Kf=fL/D=0.024L/D, que con L = 3D resulta finalmente Kf= 0.072.Entonces el coeficiente de velocidad y de descarga resulta:

El cual es confirmado por la experiencia, aunque otros autores dan el valor de 0.82. Cabe recordar que ello es valido por las condiciones aceptadas: H>>D, nmeros de Reynolds altos, y la boquilla sin ningn agujero lateral. Para otras condiciones ese valor varia, y es preferentemente obtenido por medios experimentales.

Primera parte Armado del equipo

Para este laboratorio empleamos un tanque el cual contaba con una compuerta que se poda mover a travs de una manija la cual poda ser accionada para producir un mayor desfogue del agua que ingresaba a travs de un tubo proveniente de un sistema de bombas, lo que produca diferentes flujos de agua a travs del orificio es decir caudales constantes los cuales salan por la boquilla del tanque. En resumen el proceso fue el siguiente.PASOS:

1) Al accionar la bomba, rebajamos la compuerta hasta determinado nivel, lo que nos dar 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 limnimetro de dos puntas, determinamos la altura H para que la carga este constante.

3) La determinacin del caudal la realizamos con ayuda de un vertedero triangular, el cual ya tiene valores de caudal determinados para las alturas que se marcan en un segundo limnimetro de una punta. Haciendo una interpolacin podremos obtener los datos de caudal Q para nuestra altura obtenida.

4) Por otro lado, al mismo tiempo, se tendr que medir el dimetro del tubo de agua que sale del orificio con ayuda de un vernier, y tambin con, ayuda de la placa cuadriculada (tomando origen en la boquilla). Determinamos la posicin de 6 puntos que forman el tubo de manera aproximada.Para culcular la ecuacin de la trayectoria descrita por el chorro de agua.

5) Luego variando la manija de la compuerta damos hasta 6 valores de caudales constantes para los cuales tendremos nuevos H, por lo que tenemos que repetir. Todo lo de arriba mencionando para el resto de los casos.

a) Explique a que se debe la formacin de la contraccin de un chorro.La contraccin del chorro de agua se debe a que para el caso de las boquillas (Dimetro