Hidraulica- Practica de orificios.docx
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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.