Informe #7 Descarga Por Orificio (1)

8/10/2019 Informe #7 Descarga Por Orificio (1)

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Universidad de Oriente

Ncleo de AnzoteguiEscuela de Ingeniera y Ciencias Aplicadas

Departamento de Ingeniera Civil

Ctedra: Laboratorio de Hidrulica

Cdigo: 070-4271

Descarga por Orificios

Practica N7

Profesora: Bachilleres:

Morales, Hilda.

Preparador:

Rodrguez, Rafael.

Seccin:01

Barcelona, Noviembre del 2012


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ndice

Pg.

Objetivos. iii

Marco terico... 4

Orificio.. 4

Clasificacin de los Orificios. 4

Clasificacin de las Boquillas 6

Vena Contracta6

Coeficientes de Flujo. 7

Materiales y Equipos utilizados 8

Procedimiento Experimental... 10

Tabla de datos y Resultados.. 11

Grficos. 13

Conclusiones y recomendaciones 15

Apndice.......16

Hoja de datos17

Formulas Empleadas.. 18

Nomenclatura19 Muestra de Calculo. 20

Asignaciones.. 23

Esquema del equipo27

Bibliografa28


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Objetivos

Determinar el gasto a travs de un orificio de pared delgada

para diferentes alturas de cargas.


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Marco terico

Orificio:

Es una abertura de forma regular practicada en la pared o

en el fondo de un recipiente y por el cual escurre agua en forma

continua y en contacto con toda su seccin. Esto implica el hecho

de que el contorno del orificio debe estar totalmente sumergido. El

orificio se utiliza para medir el caudal que sale de un recipiente o

pasa a travs de una tubera. El orificio en el caso de un recipiente,

puede hacerse en la pared o en el fondo. Es una abertura

generalmente redonda, a travs de la cual fluye lquido y puede

ser de arista aguda o redondeada. El chorro del fluido se contrae

a una distancia corta en orificios de arista aguda. Las boquillas

estn constituidas por piezas tubulares adaptadas a los orificios y se

emplean para dirigir el chorro lquido. En las boquillas el espesor de

la pared e debe ser mayor entre 2 y 3 veces el dimetro d delorificio.

Clasificacin de los Orificios:

Segn el ancho de pared

o Orificio de pared delgada:

Es un orificio de pared delgada si el nico contacto entre el

lquido y la pared es alrededor de una arista afilada y e < 1.5d

o Orificio de pared gruesa:

La pared en el contorno del orificio no tiene aristas afiladas y

1.5d < e < 2d. Se presenta adherencia del chorro lquido a la pared

del orificio.


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Segn sus dimensiones relativas:

o

Orificios pequeos: Si d H.

d : dimetro del orificio.

H : profundidad del agua hasta el centro del orificio.

Segn la forma:

o Orificios Circulares.

o Orificios rectangulares.

o Orificios Cuadrados

Segn su funcionamiento:

o Orificios de descarga libre:

En este caso el chorro fluye libremente en la atmsfera

siguiendo una trayectoria parablica. El orificio est ubicado a 0,10

m del fondo del recipiente para que se produzca la contraccin

total del lquido a la entrada del orificio

o Orificios con descarga ahogada:

Cuando el orificio descarga a otro tanque cuyo nivel est

por arriba del canto inferior del orificio, se dice que la descarga es

ahogada. El funcionamiento es idntico al orificio con descarga

libre, pero se debe tener en cuenta que la carga h se mide entre

la lmina de flujo antes y despus del orificio.


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Clasificacin de las Boquillas:

Cilndricas:

Tambin denominadas boquillas patrn y de

comportamiento similar al de un orificio de pared gruesa. Aquellas,

a su vez, estn divididas en interiores y exteriores. En las boquillas

interiores (o de Borda) la contraccin de la vena ocurre en el

interior, no necesariamente el chorro se adhiere a las paredes y

presenta un coeficiente de descarga que oscila alrededor de 0.51.

Para el caso de boquillas cilndricas externas con la vena adherida

a las paredes se tiene un coeficiente de descarga de 0.82.

Cnicas:

Con estas boquillas se aumenta el caudal, ya que

experimentalmente se verifica que en las boquillas convergentes la

descarga es mxima, lo que da como resultado un coeficiente de

descarga de 0.94 (notablemente mayor al de las boquillas

cilndricas). Las boquillas divergentes con la pequea seccin inicial

convergente se denominan Vnturi, puesto que fueron estudiadas

por este investigador, que demostr experimentalmente que un

ngulo de divergencia de 5 grados y e = 9d permite los ms altos

coeficientes de descarga.

Vena contracta:

Es la parte de menor seccin de la vena lquida que escurre

a travs de un orificio. Su importancia radica en que esa seccin

de vena lquida, las lneas de corriente son paralelas y la seccin es

mnima. En ese punto se termina de producir la contraccin y por

ende la prdida de la energa por la salida del orificio.


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Coeficientes de Flujo

Coeficiente de velocidad

Es aquel coeficiente cuyo valor numrico para el agua y

lquidos de viscosidad similar es ligeramente menor que la unidad.

Coeficiente de contraccin

Es la relacin que existe entre el rea de la seccin contrada

y la del orificio. Su valor numrico vara con el dimetro del orificio y

la carga.

Coeficiente de descarga

Es aquel coeficiente por el cual el valor ideal de la descarga

es multiplicada por el coeficiente de velocidad Cv para as

obtener su valor real. Numricamente es igual al producto de los

otros dos coeficientes.


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Materiales y Equipos utilizados

Tanque de alimentacin.Dimensiones: 60cm*55cm*50cm

Electrobomba centrifuga.

Marca: Pedotto. PUMP.PKM60

Hmin: 5 metros.

Hmax: 40 metros.

Tmax: 60c.

Hz: 60.

Tanque de descarga.

Dimensiones: 50cm*50cm*130cm

Cronometro.

Marca: Casio. Modc.

Capacidad: 9h 59min 59,99seg

Apreciacin: 0,01seg

Una jarra plstica.

Marca: Manaplas

Capacidad: 1L

Cilindro Graduado.

Marca: Exas. USA.

Capacidad: 1000ml

Apreciacin: 20mlTemperatura: 20c.

Reglas Graduadas.

Capacidad: 75cm

Cinta mtrica.

Marca: Powertape estndar

Capacidad: 3m

Apreciacin: 1mm


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Vlvulas.

Tubera. Agua.

Corcho.


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Procedimiento Experimental

1.

Se llena el tanque de alimentacin de agua hasta un niveladecuado, manteniendo la vlvula de descarga totalmente

cerrada y la de alimentacin abierta.

2. Se encendi la electrobomba con la finalidad de llenar el

tanque de descarga con un corcho en el orificio para lograr

llenar ms rpidamente el tanque.

3. En el primer punto donde se estabilizo el agua se quito el

corcho y se realizo aforos calculando el volumen y el tiempo

con la ayuda de la jarra, el cronometro y el cilindro

graduado. Adems, se tomo la longitud horizontal y vertical

del chorro de agua mediante la escala del tanque de

alimentacin con ayuda de la regla graduada.

4. Se repitieron los pasos anteriores en otras dos alturas justo

donde se encuentran las vlvulas de rebose las cuales se

cierran.

5. Una vez recaudado los datos necesarios en la hoja de datos

se, coloco el corcho para que el tanque se llenara hasta su

mxima altura y as proceder a medir el tiempo de vaciado.

6. Una vez lleno el tanque hasta su altura mxima se retiro el

corcho, se apago la motobomba y se activo el cronmetro

desde el inicio de la descarga de agua se van tomando lastres alturas consideradas anteriormente registrando el tiempo

que tardo en pasar de una altura a otra. Todo esto hasta

vaciarse por completo el sistema, justo al llegar al centro del

orificio o sea altura cero.


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Tabla de datos y Resultados

Datos:

Alturade

agua H(cm)(m)

AforoVolumen

(ml)(m)

AforoTiempo

(s)

Longituddel

chorro(m)

Y(m)

Tiempode

VaciadoH (cm)

T(seg)

26.1

0.261

710

0.00071

1.54 0.9 0.74 56.4 0

44.50.445

6600.00066

1.08 0.80 0.80 44.5 41

56.40.564

10000.001

2.83 0.85 0.85 26.1 132,006

0 472.001

Tabla #1

Resultados:

Altura DeAgua(cm)

Caudal DeAforo (m/s)

CaudalCalculado

(m/s)

CaudalReal

(m/s)

26.1 0.000461 0.000433 0.000447

44.5 0.000611 0.000566 0.000589

56.4 0.000353 0.000627 0.000490

Tabla #2

Altura Del Agua(cm)

Velocidad Real(m/s)

26.1 2.19544.5 2.89656.4 3.296

Tabla# 3


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Altura DelAgua (cm)

LongitudMedida (m)

LongitudCalculada (m)

LongitudTerica o Real

(m)26.1 0.865 0.853 0.85944.5 1.230 1.170 1.20056.4 1.410 1.371 1.391

Tabla# 4

Altura DelAgua

(cm)

Cv Cc Cd TericoCd Calculado

(Corregido)

26.1 0.97 0.63 0,61 0,6244.5 0.98 0.62 0,61 0,6356.4 0.99 0.61 0,60 0,56

Tabla# 5

Altura Del Agua(Vaciado)

Tiempo De VaciadoReal (s)

Tiempo De VaciadoCalculado

(s)56.4 0 044.5 41 65.28526.1 132,006 121.515

0 472.001 404.055Tabla # 6


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Grficos

Caudal real (Qreal) vs altura (H)

Qreal H

0.000447 26.10.000589 44.50.000490 56.4

Longitud real (Lreal) vs altura (H)

LongitudTerica o Real(m)

Altura De Agua(cm)

0.859 26.11.200 44.51.391 56.4

0

10

20

30

40

50

60

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007

Qreal vs H


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Tiempo (t) vs altura (H), para el vaciado del tanque

Tiempo De Vaciado Real(s)

Altura De Agua(cm)

41 26.1

132,006 44.5472.001 56.4

0

10

20

30

40

50

60

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Lreal vs H

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500

t vs H


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Conclusiones y recomendaciones

Cuando la altura del agua es mayor en el tanque dealmacenamiento el caudal que sale por el orifico es mayor y por

ende la descarga de agua tambin aumentara.

Los resultados obtenidos al calcular los caudales de aforos y

caudales calculados para cada una de las diferentes alturas

dieron con cierta diferencia, esto se debe a errores al momento de

tomar dichos datos.El Cd terico con el Cd corregido que se calculo tuvo ciertas

diferencias en todas las alturas muy pequeas en las dos primera

pero en cuanto a las ms alta fue muy grande.

Otro punto donde vieron diferencias ms marcadas fue en

la comparacin del tiempo de vaciado con respecto al tiempo

calculado esto se debi a un error humano por la falta de

conocimiento en la manipulacin y la apreciacin con el

cronmetro y a las fallas tcnicas en el mismo ya que en el

momento de la realizacin de la practica el sistema tena muchas

filtraciones de agua.

Es recomendable esperar a que el nivel del agua se

estabilice en el tanque de alimentacin antes de efectuar las

mediciones correspondientes, ya que proporcionara datos ms

acertados en la prctica.

Al momento de efectuar los aforos, es indispensable la

sincronizacin entre la colocacin y toma de agua con la jarra

debajo del chorro y la activacin y desactivacin del cronmetro,

evitando tomar tiempos y volmenes incorrectos que puedan

arrojar errores al momento de los clculos.


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Apndice


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Hoja de datos no imprimir


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Formulas Empleadas

Caudal:

Coeficiente de descarga:

Caudal Calculado:

Velocidad real:

Longitud calculada:

Tiempo calculado:

( )

Caudal real:

Longitud real:


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Nomenclatura:

Smbolo Termino Unidades (S.I)

Qaforo Caudal del aforo Qcal Caudal calculado Qreal Caudal real Lmed Longitud medida Lcal Longitud calculada Lreal Longitud real rea del orificio

A rea del tanque g Gravedad

Cd Coeficiente de descarga Adimensional

Cv Coeficiente de velocidad Adimensional

Cc Coeficiente de contraccin Adimensional

Vreal Velocidad real V Volumen t Tiempo

Altura a partir del centro delorificio

m


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Muestra de Calculo

Caudal de Aforo:

rea del Orificio:

Caudal Calculado:

Para calcular el Qcal se necesita el coeficiente de descarga Cd elcual se deduce por la tabla de variacin de los coeficientes ygastos, con el nmero de Reinolds de un orificio circular:

Entrando a la grafica con Re y cortando la curva Cd se obtiene:

Cd= 0,61Cv=0.97Cc=0.63

Verifico:


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Caudal Real:

Coeficiente de descarga corregido:

Velocidad real:

Longitud Calculada:


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Tiempo calculado:

Longitud Real:


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Asignaciones

1.

Calcular el gasto (Q) que pasa por el orificio para la

altura indicada y comparar con el caudal del aforo.

En la tabla #2 (pg.11) se puede observar que las

diferencias entre el clculo real del caudal y el aforo son muy

pequeas.

2. Calcular la velocidad real (Vreal) del chorro para la

altura indicada.

Ver en tabla #3 (pg.11)

3. Medir la longitud del chorro (Lmed) y comparar con la

longitud calculada.

Al observar la tabla #4 (pg.12) se puede decir que las

diferencias entre estas longitudes no son muy por decimales.

4. Calcular el coeficiente de descarga (Cd) del orificio

para un caudal de aforo y una altura de carga H, y

comparar con el Cd terico.

Ver tabla # 5 (pg. 12). El Cd terico lo obtuvimos por medio

del diagrama donde se asociaba el nmero de Reynolds con los

valores del Cv y Cc y con estos se calcul Cd, como igualmente se

puede obtener directamente de dicha grafica.


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5. Calcular el tiempo total de vaciado del tanque desde

una altura h2 a otra h1 en forma terica yexperimentalmente.

Ver tabla #6 (pg. 12). Aqu si se puede observa diferencias

notorias entre los tiempos, hay grandes diferencias en la cantidad

de segundos.

6. Trazar las siguientes curvas

Caudal vs. AlturaVer en pg. 13 (grficos)

Longitud Real vs. Altura

Ver en pg. 14(grficos)

Tiempo vs. Altura para el Vaciado del Tanque.

Ver en pg. 14 (grfico)

7.

Investigar los tipos de orificios.

Orificios De Pared Delgada:

Estos orificios que tambin reciben el nombre de

biselados, tienen la forma del chorro que sale muy fina, es

considerado de pared delgada cuando el espesor de la

pared entre la carga (h) es menor o igual a 0,67 (e/h ~ 0,67).

Cuando la pared es considerada delgada, el chorro del

lquido apenas toca la perforacin en una lnea que

constituye el permetro del orificio. Los orificios en paredes

delgadas son construidos en placa fina o por corte en bisel;

el acabado en bisel no es necesario si el espesor e de la

placa es inferior al dimetro (d) del orificio supuesto circular

(o considerando la seccin menor, si el orificio tuviera otra

forma.


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Orificios De Pared Gruesa:

Dndoles a estos orificios una forma abocinadaconveniente, se puede en ellos eliminar la seccin contrada

en el chorro pues se procura que los filetes lquidos no

cambien bruscamente de direccin, de tal modo que al salir

de lquido la seccin del orificio es igual a la del dibujo. En

estas condiciones, el gasto se obtendr multiplicando la

velocidad de salida por la seccin del orificio. El orificio es

considerado de pared gruesa cuando el espesor de la paredentre la carga (h) es mayor que 0,67 (e/h > 0,67)). Tambin se

define como pared gruesa cuando el espesor es mayor que

una vez y media de dimetro; ya que el chorro se adhiere al

interior de la pared.

Orificio Con Contraccin Parcial:

ste tipo de orificios se presenta cuando el orificio est

en contacto con el fondo o una parte lateral suprime la

curvatura de las lneas de corriente que se encuentran de

ese lado.

Orificio Con Contraccin Incompleta:

Cuando la contraccin de las lneas de corriente

pueden hacerse menos pronunciadas mediante

disposiciones.

Orificio Conectado A Un Tubo Corto:

Puede suceder que a la salida del orificio est

conectado un tubo corto, es decir el lquido no sale al aire

inmediatamente, sino a un tubo de longitud pequea. Para

que un tubo corto lo sea realmente, es necesario que su

longitud sea aproximadamente de 2 1/2 veces el dimetro


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del orificio; pues entonces tiene la propiedad de aumentar el

gasto, Al salir, el lquido se comporta como si se tratara de unorificio practicado en pared delgada, pues la arista viva

hace que los filetes lquidos tomen una direccin que origina

la seccin contrada, luego se expansionan llenando

completamente el tubo.

Orificios Totalmente Ahogados O Sumergidos:

Se dice que un orifico est ahogado cuando la vena

fluye en masa de lquido, en este caso ocurre adems elmismo fenmeno de contraccin de la vena.

Orificios Parcialmente Ahogados O Sumergidos:

stos se presentan cuando el nivel de aguas abajo est

comprendido entre el borde superior y el borde inferior del

orificio, es decir, puede suceder que el orificio no est

totalmente ahogado sino solamente en parte.


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Esquema


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Bibliografa

Fuentes Bibliogrficas:

Boughaman, Mounir, MSC. Descarga por Orificios.Gua de Laboratorio de Hidrulica (2006). Venezuela.

Gonzales, Luis. 2000. Orificios. Curso de hidrulica decanales abiertos (2006).Universidad de Oriente.Venezuela

Sitios Web:

Azevedo N. Acosta A. Estudio de Orificios. Manual deHidrulica (1976). Mxico.Publicado en:http://www.slideshare.net/meliaviladavila/orificiosConsulta:Domingo, 18 de noviembre del 2012.

Prez, Luis. Nociones sobre Orificios y Vertederos.Manual de Hidrulica y Sanitarias (2005).Publicado en:http://escuelas.fi.uba.ar/iis/Orificios%20y%20vertederos.pdfConsulta:Domingo, 18 de noviembre del 2012.
http://www.slideshare.net/meliaviladavila/orificioshttp://www.slideshare.net/meliaviladavila/orificioshttp://escuelas.fi.uba.ar/iis/Orificios%20y%20vertederos.pdfhttp://escuelas.fi.uba.ar/iis/Orificios%20y%20vertederos.pdfhttp://escuelas.fi.uba.ar/iis/Orificios%20y%20vertederos.pdfhttp://escuelas.fi.uba.ar/iis/Orificios%20y%20vertederos.pdfhttp://escuelas.fi.uba.ar/iis/Orificios%20y%20vertederos.pdfhttp://www.slideshare.net/meliaviladavila/orificios


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