PRESENTADO POR:

DIAZ ORTIZ, PERCY - 011100677-KCusco, Marzo del 2013

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS UAC

INTRODUCCIÓN

En la práctica de laboratorio de

BANCO HIDRÁULICO - PRUEBA N°8

“ORIFICOS DE CARGA CONSTANTE”2

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Objetivos

a.1) Objetivo general:

Determinar el caudal que pasa a través de un orificio experimentalmente

y poder compararlo con el caudal calculado según el teorema de

TORRICELI para hallar un factor de corrección del caudal calculado con el

caudal obtenido experimentalmente.

a.2) Objetivo Especifico:

Determinar las ecuaciones y curvas de patronamiento de orificios.

Observar la descarga de un orificio de pared delgada y analizar el

coeficiente de descarga y el gasto para diferentes altura de cargas sobre

el orificio de 14 y 10 mm.

Marco Teórico

DEFINICIONES:

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Denominamos orificio, en hidráulica, a una abertura de forma regular, que se practica en la pared o el fondo del recipiente, a través del cual eroga el líquido contenido en dicho recipiente, manteniéndose el contorno del orificio totalmente sumergido.

A la corriente líquida que sale del recipiente se la llama vena líquida o chorro. Se denomina carga a la altura de líquido que origina la salida del caudal de la estructura. Se mide desde el nivel del líquido hasta el baricentro del orificio.

ECUACION DE TORRICELLI: La Ecuación de Torricelli se deduce a partir de la ecuación de la energía que se plantea por Bernoulli que indica que :

d

final mente la velocidad queda

v=√2g ( y2− y 1) →v¿√2gh donde:g=gravedadh=altura de cargaesto es siempre y cuando no se considere la altura de perdida de carga

pues en el experimento no se considera la altura de perdida de carga porque esta es una perdida de carga local localizada en el orificio y las paredes del orificio del envase de laboratorio son biseladas ósea la fricción es insignificante

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Donde z2=0;p1=p2=atmosférica=0 y la velocidad en 2 tiende a cero porque el área 2 es mucho mayor al área 1 y por continuidad la velocidad de salida del orificio 1 se

hace muy grande a comparación de la velocidad de bajada del liquido en 2.

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CLASIFICACIÓN DE LOS ORIFICIOS

1. Según el ancho de la pared:

Orificios de pared delgada

Si el contacto de la vena líquida con la pared tiene lugar en una línea estaremos en presencia de un orificio en pared delgada.

Orificios de pared gruesa:Si el contacto es en una superficie se tratará de un orificio en pared gruesa (más adelante se precisará con más detalle el concepto).

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2. Según la forma

Orificios circulares.

Orificios rectangulares.

Orificios cuadrados

3. Según sus dimensiones relativas

Orificios pequeños Si d < ⅓ H.

Orificios grandes Si d > ⅓ H

Dónde: d= diámetro del orificio. H=profundidad del agua hasta el centro del orificio

4. Según su funcionamiento

Orificios con descarga libre. En este caso el chorro fluye libremente en la atmósfera siguiendo una trayectoria parabólica.

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Equipos e Instrumentos

Banco Hidráulico

Kit de Equipo para Hidrostática

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Procedimiento

1. Primero debemos apuntar los datos que el docente nos dará para trabajar en el laboratorio:

Nosotros trabajaremos para caudales que tengan alturas de carga de 60, 50, 40, 30, 20 y 10 cm

2. Trabajaremos el laboratorio con dos diámetros diferentes para los orificios de descarga del fluido(agua).

Para esto tendremos 2 corchos con orificios de 5 y 8 mm.

3. Ponemos en marcha la Bomba Hidráulica modificamos y tanteamos valores de revoluciones por minuto para lograr la altura de carga que nos pide, después según la gráfico de altura de carga vs caudal, hallamos el caudal real del fluido.

4. Por medio de la formula de Caudal hallamos el caudal teórico de

Q ( teórico )=√2gh× ÁreaLa ecuacaion √2gh=V es la exprecion de Torricelli deducida de la ecuación de

Bernoulli.

5. Se cierra la válvula de regulación y se pone en marcha la bomba nuevamente para trabajar con un diámetro de 5mm, repetimos el procedimiento

6. Ahora comparamos valores del Caudal Teórico y Real, en lt/min, y hallamos el coeficiente de descarga (Cd) con la siguiente ecuación:

Cd= Caudal RealCaudal Teórico

Con el Cd que es el factor de corrección para el caudal hallado en cada una de las alturas de carga hallamos un promedio total de Cd para halla

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el valor aproximado de este factor para la perdida de carga por orificios de 5 y 8mm. De diámetro.

Cd (total )= ƩCd para5mmNrode alturas tomadas enel ensayo

7. Colocamos los datos hallados en una tabla de “altura de carga vs caudal teorico”

Si se verifica el gráfico como una recta el ensayo fue realizado de manera correcta, en caso de que uno o más puntos varíen (se salgan del rango permitido en la recta) debemos realizar el ensayo otra vez para los datos del punto que tenemos mal hallado.

Resultados de la Prueba

Ø=8mm Area = 50.265 >>> 5.0265E-05

H carga Q real H de tubo Q teorico Cd

0.6 7.0 153 10.34 0.680.5 6.5 145 9.44 0.69

0.4 6.0 137 8.44 0.71

0.3 5.5 129 7.31 0.75

0.2 4.7 116 5.97 0.79

0.1 4.0 105 4.22 0.95

Promedio = 0.76

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Altura de CargaQ

2

Ø=5mm Area = 19.635 >>> 1.9635E-05

H carga Q real H de tubo Q teorico Cd

0.6 3.5 97 4.04 0.870.5 3.0 89 3.69 0.810.4 2.5 81 3.30 0.760.3 2.0 73 2.86 0.700.2 - - 2.33 -0.1 - - 1.65 -

Promedio= 0.78

0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.650.002.004.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.00

Altura de Carga

Q2

Tabla Comparativa de Caudales con diferentes Diámetros

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Ø=5mmLinear (Ø=5mm)Ø=8mmLinear (Ø=8mm)

Altura de Carga

Q2

Observaciones y Experiencias

1. El orificio se utiliza para medir el caudal que sale de un recipiente, puede hacerse en la pared o en el fondo.Es una abertura generalmente redonda, a través de la cual fluye líquido y puede ser de arista aguda o redondeada.El chorro del fluido se contrae a una distancia corta en orificios de arista aguda.

Conclusiones

En la realidad se puede apreciar cuando se tiene una sección cerrada y hay un orificio por debajo del nivel del agua por donde se descarga ejemplo en represas, reservorios y además se puede apreciar sobre una superficie libre como es el caso de los vertederos.

Se sabe además que las ecuaciones tanto de caudal y pérdida de carga son para fluidos ideales lo cual es teórico, y en la práctica hay algunas aproximaciones utilizando un coeficiente de descarga experimental para dicho propósito.

la perdida de carga en nuestro experimento es local. En nuestra practica se asume la velocidad de la superficie libre es igual a

cero porque hay un constante valor de caudal que ingresa.

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En la practica el orificio tiene paredes biseladas por ello el coeficiente de descarga es diferente al coeficiente de descarga de las tablas de algunos textos.

La línea del caudal teórico va por encima de la línea del caudal practico, porque en la práctica se trabaja con fluidos reales la ecuación del caudal teórico es para un fluido ideal ahí la diferencia.

Para grandes caudales se puede apreciar que la línea del caudal real se aleja de la línea del caudal teórico.

Para caudales menores las líneas del caudal real y teórico se aproximan.

Bibliografía

VICTOR STREETER MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA

AGÜERA SORIANO, J., 1996. Mecánica de fluidos incompresibles y turbomáquinas hidráulicas. IV Edición. Editorial Ciencia 3, S.A. 700 pp.

UNIDAD DOCENTE DE MECANICA DE FLUIDOS, 1992. Curso de ingeniería hidráulica. Tomos I y II. Universidad Politécnica de Valencia. Valencia.

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