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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
8/10/2019 Informe #7 Descarga Por Orificio (1)
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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/orificios8/10/2019 Informe #7 Descarga Por Orificio (1)
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