Descarga Por Orificio 1q5869

1DESCARGA POR ORIFICIO

Daniel Araujo, Ray Fernández & Jennifer Llanos. Marzo 2016. Universidad de la costa “CUC”. Atlántico. Laboratorio de hidráulica

2 INTRODUCCIÓN Para hacer uso del agua, generalmente se requiere almacenarla en depósitos de tal manera que podamos extraer la cantidad que necesitemos y en el momento que deseemos, por lo que para poder hacerlo, se provee al depósito de dispositivos que nos permitan lograr su extracción de manera adecuada, ya sea por medio de conectar una tubería o conducto cerrado al depósito o por medio de un orificio en una pared o el fondo de éste. Los orificios intervienen en el diseño de muchas estructuras hidráulicas y para la medida o aforo de los fluidos que escurren. 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.

3 RESUMEN En esta experiencia de descarga por orificios el objetivo principal es aprender acerca de los coeficientes de descarga, velocidad y contracción y para poder comprender este tema debemos tener claridad en el concepto de caudal, el cual se necesita para llevar a cabo esta experiencia ya que compararemos 2 caudales, uno real que se calcula con una probeta y cronómetro y uno teórico que nos lo da el banco hidráulico.

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OBJETIVOS  Determinar el caudal que pasa por los diferentes orificios.  Determinar el coeficiente de carga a través del caudal.  Determinar el coeficiente de velocidad con la altura de laminar.  Determinar el coeficiente de contracción con el área de la vena contraída y el área del orificio.

5 MARCO TEORICO HIDRAULICA DE ORIFICIOS DEFINICIÓN Son perforaciones, generalmente de forma regular y perímetro cerrado, colocado por debajo de la superficie, en tanques, canales o tuberías. Considerando un recipiente lleno de agua al cual se le realiza un orificio en una de sus paredes por debajo del nivel del agua, el fluido saldrá con una determinada fuerza por dicho orificio. USOS La utilidad del orificio es descargar el caudal cuya magnitud se desea calcular, por lo cual se supone que el nivel del fluido en el recipiente permanece constante por efecto de la entrada de un caudal idéntico al que sale, o bien porque posee un volumen muy grande. CLASIFICACIÓN DE ORIFICIOS La clasificación puede realizarse de acuerdo a su función:   

Descarga libre Sumergidos total o parcialmente De acuerdo a su forma:  Circular, Cuadrado, Rectangular etc.

ORIFICIOS CON DESCARGA LIBRE Son aquellos en los que el nivel del líquido de la descarga se encuentre por debajo de la descarga.

ORIFICIOS SUMERGIDOS TOTALMENTE Son aquellos en los que el nivel del líquido de la descarga se encuentre por encima del orificio, pueden ser de dimensiones fijas o ajustables.

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ORIFICIOS DE En estos orificios el con un solo punto y lo vena líquida sufre una extrema en la parte que contraída.

PARED DELGADA agua al salir tiene o llena completamente. La contracción, que llega a ser se denomina vena o sección

7 ORIFICIOS DE PARED GRUESA En estos orificios el agua al salir tiene o en más de un punto, se le puede dar forma abocinada para que al salir el agua se forme un chorro igual al diámetro del orificio.

ORIFICIOS DE TUBO La salida del orificio está conectada a un tubo corto, es decir, el líquido no sale a la superficie libremente inmediatamente, sino a un tubo de pequeña longitud aproximadamente 2 o 3 veces el diámetro del orificio.

PRINCIPIOS HIDRAULICOS EN ORIFICIOS VELOCIDAD DE DESCARGA Orificios, Tubos, Toberas o Boquillas, Venturi, Etc.

Velocidad

V I =2∗g∗H

Ideal

ALTURA DE CARGA Presión Hidrostática H=

V2 2∗g

Altura de

Carga

AREA DE FLUJO (Área sección recta del orificio) A=π .

D2 Áreade Flujo 4

CAUDAL IDEAL QI =A∗v I CAUDAL REAL

H

Q=C∗A∗v I

∅

X y o

Q =VOL / t

Y

xo

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9 COEFICIENTE DE DESCARGA

C=

QI vI

CV =

C c=

vR vI

A ch Ao

Coeficiente de Descarga

Coeficiente de Velocidad

Coeficiente de contracción

CÁLCULOS

Cv=√ hc / h Cd=Qr/Qt

Cu=

Q A∗√ 2∗g∗h Qr=

Qt=

V A

Tabla 1. Datos obtenidos.

V T

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H ( m m )

D H H T v ( v p ( s 3 e i m) n t ) a o ( t c ( m m ) m ) 1 3 1 1 7 6 . 7 0 . 0 2 0 7 0 0 4

1 3 1 6 . 7 0 2 0

1 0 0 0

7 . 6 2

1 3 1 6 . 7 0 2 0

1 0 0 0

7 . 5 3

2 3 3 2 . 8 0 2 0

1 0 0 0

6 . 2 7

2 3 3 2 . 8 0 2 0

1 0 0 0

6 . 1 5

2 3 3 2 . 8 0 2 0

1 0 0 0

6 . 0 7

3 3 8 1 . 0 0 2

1 5 0 . 0 0

A Q Q C C C r t v d u ( ( 3 m 2 m /s ¿ ) 11

0 . 0 0 5 1 2 0 . 0 0 5 1 2 0 . 0 0 5 1 2 0 . 0 0 7 0 4 0 . 0 0 7 0 4 0 . 0 0 7 0 4 0 . 0

1 2 9 . 1 9

1 1 2 . 7 4

0 . 3 2 5 9

1 . 1 4

1 4 . 2 4

1 3 1 . 2 3

1 1 2 . 7 4

0 . 3 2 5 9

1 . 1 6

1 5 . 2 8

1 3 2 . 8 0

1 1 2 . 7 4

0 . 3 2 5 9

1 . 1 7

1 5 . 3 7

1 5 9 . 4 8

1 2 2 . 5 8

0 . 4 1 5 6

1 . 3 0

1 7 . 5 0

1 6 2 . 6 0

1 2 2 . 5 8

0 . 4 1 5 6

1 . 3 2

1 7 . 9 8

1 6 4 . 7 4

1 2 2 . 5 8

0 . 4 1 5 6

1 . 3 4

1 8 . 3 7

1 9 7

1 0 1 2 2 . . 0 6 5 5 .

3 3 8 1 . 0 0 2 0

1 0 0 0

5 . 0 2

3 3 8 1 . 0 0 2 0

1 0 0 0

4 . 9 0

9 9 2 0 . 0 0 9 9 2 0 . 0 0 9 9 2

6 2

2 8 2 0

8

1 9 9 . 2 0

1 2 6 . 2 2

0 . 5 0 8 0

1 . 5 7

2 0 . 3 7

2 0 4 . 0 8

1 2 6 . 2 2

0 . 5 0 8 0

1 . 6 1

2 0 . 6 9

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GRÁFICAS

Cv vs Cd 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.3

0.35

Gráfica 1. Cv vs Cd

0.4

0.45

0.5

0.55

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Cv vs Cu 25

20

15

10

5

0 0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

Gráfica 2. Cv vs Cu

ANALISIS Y RESULTADOS

1. ¿Qué aplicaciones tiene la práctica de descarga por orificio en la vida real?  Medición del agua de riego Existen diferentes métodos para medir caudales de riego en finca. Aforo con flotador Aforo con compuerta Aforadores Aforo de perforaciones

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Imagen 1. Obtenida de internet. 2. ¿Cuáles son los errores más representativos? Rpta/  Los datos obtenidos no son tan satisfactorios ya que no cumplen con lo condicionado, sobrepasan la unidad, estos resultados no se aproximan a las condiciones ideales, puede deberse a la idealización de la corriente de aire que desvía la dirección del fluido, el pulse cronométrico o retardo, etc.  De acuerdo a la teoría de los Coeficientes que deben ser menor que 1, se concluye que algunos de los coeficiente obtenidos en los resultados fueron mayores que la unidad, solo el Cv fue menor que la unidad. Para el cálculo del coeficiente de gasto se tuvo en cuenta la diferencia de alturas piezometricas es decir la diferencia entre la altura del nivel del agua y el nivel del tubo pitot, por esa razón el Cu es el error más representativo, su valor esta entre 20.69-14.64 mucho mayor que la unidad. 3. ¿A qué se debe que el coeficiente de descarga varíe con respecto a los distintos tipos de orificio utilizado?  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.

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LISTA DE REFERENCIAS  Streeter, V.L. (1971) "Mecánica de los Fluidos" Mc. GrawHill, 4ta. Impresión, México.  Sotelo, G. (1981) "Hidráulica General" Ed. Limusa, S.A., México.