Informe #2_descarga Por Orificio 286i49

Laboratorio de hidráulica ING.GERALD LEONIDAS MESTRA RODRIGUEZ Castro, Keiner1; Elles, Alberto2; Restrepo, Steven3; Vergara, Edgar4

Contenido

1.

Objetivos: ................................................................................................................................. 2 1.1.

Objetivo General: ................................................................................................................ 2

1.2.

Objetivos Específicos: .......................................................................................................... 2

2.

Estado del arte: ....................................................................................................................... 2

3.

Procedimiento: ........................................................................................................................ 2

4.

Cálculos y resultados: .......................................................................................................... 3 4.1.

Caudal Promedio: ................................................................................................................ 3

4.2.

Coeficiente de descarga (Cu):.............................................................................................. 3

4.3.

Coeficiente de velocidad (Cv): ............................................................................................. 4

4.4.

Coeficiente de contracción (Cc): ......................................................................................... 4

4.5.

Graficas:............................................................................................................................... 5

5.

Discusión y análisis: ............................................................................................................. 6

6.

Conclusiones: ......................................................................................................................... 6

1

Laboratorio de hidráulica ING.GERALD LEONIDAS MESTRA RODRIGUEZ Castro, Keiner1; Elles, Alberto2; Restrepo, Steven3; Vergara, Edgar4

1. Objetivos: 1.1. Objetivo General:  Estudiar la experiencia de descarga por orificio a través de medidores o reguladores de caudal con diferentes tipos de orificios 1.2. Objetivos Específicos:  Calcular el coeficiente de descarga a través del caudal que presenta el orificio.  Calcular experimentalmente el coeficiente de contracción con el área del orificio y el área de la vena liquida.  Determinar de forma experimental el caudal evacuado por cada orificio.  Calcular el coeficiente de velocidad para cada uno de los orificios, con la altura laminar.  Calcular los caudales que pasan por cada uno de los orificios.  Determinar el coeficiente de gasto o caudal que presenta la práctica. 2. Estado del arte: En esta práctica de descarga por orificio, se toman datos con respecto a una abertura por la que fluye una corriente de agua, llamada vena liquida, la cual posee un diámetro y un caudal que mantiene una velocidad constante en caída. Esta vena liquida nace a partir de una boquilla que fue insertada en el instrumento a trabajar. El tubo pitot, encontrado justo debajo y en o con el chorro de agua, yace ahí con la finalidad de recibir un impacto con tal de medir una presión que se verá reflejada en la altura laminar, generando un nivel de agua dependiendo sea la cantidad de agua entrante. Se usó del calibrador para medir el volumen del chorro de agua, el cual posee medidas muy precisas, y junto con el cronometro se hace uso del banco hidráulico, el cual es capaz de almacenar grandes cantidades de agua, y registrar su volumen, para la comparación de dos caudales. 3. Procedimiento: Para la realización de esta importante practica de laboratorio en lo que respecta al tema descarga por orificios, fue de mucha importancia las explicaciones expuestas por parte del docente, en el que se dieron a conocer el equipo y los materiales que hacen posible la realización de este ensayo como: banco hidráulico, tanque de descarga, pie de rey, cronometro, entre otros. Para llevar a cabo dicha experiencia se debe seguir los siguientes pasos: a) Se instala el equipo de descarga de orificio en el banco hidráulico b) Se selecciona la boquilla a utilizar, donde se medirá su diámetro interno y externo. Luego se instale en su respectivo sitio. c) Encendemos el banco hidráulico. Se gradúa la cantidad de agua (caudal) el cual vamos a utilizar, esto se hace con el manejo de la válvula. d) Se mide las alturas de tubo piezómetro y del tubo pitot. e) Con el pie de rey, se mide el diámetro del chorro de agua o vena liquida que sale por el área del orificio que se esté utilizando f) Se calcula el caudal evacuado por el orificio, de forma volumétrica. El sistema consta de una regla volumétrica en la cual se va registrar un volumen estipulado (2 L), donde se

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Laboratorio de hidráulica ING.GERALD LEONIDAS MESTRA RODRIGUEZ Castro, Keiner1; Elles, Alberto2; Restrepo, Steven3; Vergara, Edgar4 hará la toma de tiempo correspondiente con ayuda del cronometro. Ese proceso se efectuara tres veces para optimizar el tiempo que se gasta el agua en alcanzar dicho volumen.

4. Cálculos y resultados: Los datos tomados en este laboratorio son los siguientes: Lectura

Diámetro Vena liquida (m)

Altura Volumétrica (m)

Altura Pitot (m)

1

0,023

0,058

0,06

2

0,027

0,22

0,18

3

0,036

0,315

0,194

Tabla 1: Datos tomados en el laboratorio.

Diámetro de la boquilla (m)

0,025

Área (m2) 0,002 Tabla 2: Área de la boquilla usada en el laboratorio.

Con respecto a estos datos se hicieron los siguientes calculos de los siguientes incisos. 4.1. Caudal Promedio: Lectura Volumen (m3) Tiempo (s) Caudal (m3/s) Caudal Promedio (m3/s) 1

2

3

0,002

11,84

0,000169

0,002

11,06

0,000181

0,002

11,36

0,000176

0,002

6,26

0,000319

0,002

6,28

0,000318

0,002

6,35

0,000315

0,002

5,4

0,000370

0,002

4,97

0,000402

0,002

5,13

0,000390

0,000175

0,000318

0,000388

Tabla 3: Calculo del caudal promedio. 4.2.

Coeficiente de descarga (Cu): Para el cálculo del coeficiente de descarga se utilizó la siguiente ecuación: 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑚 𝐶𝑢 = 𝐴𝐵𝑜𝑞𝑢𝑖𝑙𝑙𝑎 √2𝑔ℎ𝑝𝑖𝑡𝑜𝑡 Lectura

Coeficiente de descarga (Cu)

3

Laboratorio de hidráulica ING.GERALD LEONIDAS MESTRA RODRIGUEZ Castro, Keiner1; Elles, Alberto2; Restrepo, Steven3; Vergara, Edgar4 𝑚3 𝑚3 0,000175 𝑠 𝑠 → 𝟎, 𝟎𝟖𝟐 𝐶𝑢 = → 𝑚3 (0,002 𝑚2 )√2𝑔(0,06 𝑚) 0,00213 𝑠 0,000175

1

𝑚3 𝑚3 0,000318 𝑠 𝑠 → 𝟎, 𝟎𝟖𝟔 𝐶𝑢 = → 3 2 𝑚 (0,002 𝑚 )√2𝑔(0,18 𝑚) 0,00369 𝑠 0,000318

2

𝑚3 𝑚3 0,000388 𝑠 𝑠 → 𝟎, 𝟏𝟎𝟏 𝐶𝑢 = → 𝑚3 (0,002 𝑚2 )√2𝑔(0,194 𝑚) 0,00383 𝑠 0,000388

3

Tabla 4: Coeficiente de descarga. 4.3.

Coeficiente de velocidad (Cv): Para el cálculo del coeficiente de descarga fue necesario hacer uso de la siguiente ecuación: 𝐶𝑣 = √

Lectura 1

2

3

ℎ𝑝𝑖𝑡𝑜𝑡 ℎ𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

Coeficiente de velocidad (Cv) 𝐶𝑣 = √

0,06 𝑚 → √1,034 → 𝟏, 𝟎𝟏𝟕 0,058 𝑚

𝐶𝑣 = √

0,18 𝑚 → √0,818 → 𝟎, 𝟗𝟎𝟓 0,22 𝑚

𝐶𝑣 = √

0,194 𝑚 → √0,616 → 𝟎, 𝟕𝟖𝟓 0,315 𝑚

Tabla 5: Coeficiente de velocidad. 4.4.

Coeficiente de contracción (Cc): En el cálculo del coeficiente de contracción se hizo uso de la siguiente ecuación. 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 𝐶𝑐 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝐵𝑜𝑞𝑢𝑖𝑙𝑙𝑎 Lectura 1

Coeficiente de contracción (Cc) 0,00166 𝑚2 𝐶𝑐 = → 𝟎, 𝟖𝟑 0,002 𝑚2

2

𝐶𝑐 =

0,00229 𝑚2 → 𝟏, 𝟏𝟒𝟓 0,002 𝑚2

4

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𝐶𝑐 =

3

0,00407 𝑚2 → 𝟐, 𝟎𝟑𝟓 0,002 𝑚2

Tabla 6: Coeficiente de contracción. Graficas: A continuación se compararan gráficamente los diferentes coeficientes y se explicara su relación,

Coeficiente de Contraccion

Cu vs Cc 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0,08

0,085

0,09

0,095

0,1

Coeficiente de Descarga

Tabla 7: Comparación de coeficientes, Cu vs Cc En esta grafica se puede notar como el coeficiente de descarga y en coeficiente de contracción son aproximadamente proporcionales, ya que se aprecia un aumento casi lineal.

Cv vs Cu Coeficiente de Velocidad

4.5.

1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,08

0,085

0,09

0,095

0,1

Coeficiente de Descarga Tabla 8: Comparación de coeficientes, Cv vs Cu En esta tabla se aprecia como el coeficiente de descarga disminuye a medida que el coeficiente de velocidad aumente.

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Laboratorio de hidráulica ING.GERALD LEONIDAS MESTRA RODRIGUEZ Castro, Keiner1; Elles, Alberto2; Restrepo, Steven3; Vergara, Edgar4

Coeficiente de Contraccion

Cc vs Cv 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0,7

0,8

0,9

1

1,1

Coeficiente de Velocidad

Tabla 9: Comparación de coeficientes, Cc vs Cv En esta última gráfica, podemos observar también como a medida que el coeficiente de contracción aumenta el coeficiente de velocidad disminuye. 5. Discusión y análisis: a) ¿Qué aplicaciones tiene la práctica de descarga por orificio en la vida real? b) ¿Cuáles son los errores más representativos? c) Analizar Graficas. Respuestas: a) Una aplicación de gran utilidad es la de creación de dispositivos que permitan una extracción óptima de algún líquido que se encuentra en algún depósito cualquiera, puede ser un tanque, una presa, etc. b) Para nosotros uno de los errores más representativos es el de la toma de la altura del pitot, esto debido a que se debía estabilizar ubicando una pequeña palanca en el flujo de agua, pero debido a que el chorro de agua era bastante inestable esto se veía reflejado en la altura que no hacía sino oscilar, otro también puede ser a la hora de tomar los datos del volumen y el tiempo. c) Dirigirse al punto 4.5. 6. Conclusiones: De esta experiencia podemos concluir las variaciones que puede tener una descarga por orificio por el simple hecho de un cambio de boquilla, ya que esto afectara la vena liquida y afectara parte de los resultados. La vena liquida tendía a tener un mayor área en comparación a la boquilla, parte de esto se debe al chorro de agua que salía a gran velocidad, por lo que el coeficiente de descarga crecía directamente junto con el de contracción. Los datos tomados con los cuales se trabajó la experiencia tenían alto porcentaje de confiabilidad, por el hecho se encontraban dentro de un rango muy parecido, tales como los caudales tomados por el banco hidráulico. Con respecto al tubo pitot, podemos relacionar que a mayor presión recibía por parte del chorro de agua, la altura del pitot aumentaría, por la tanto el coeficiente de velocidad también será mayor.

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