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• Yesica Hermitaño Osorio

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

2012

CORRECCION INFORME N°4 I.- DATOS GENERALES 1.1 TEMA

: DESCARGA LIBRE POR ORIFICIOS

1.2 FECHA

: 27 de Noviembre 2012

1.3 LUGAR

: Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica-Facultad de Ingeniería Civil- Giráldez.

1.4 PARTICIPANTE(S)

 

:

CAMPOS SOLIS, Eleana SOLIS MONTALVAN, Edison

II.-OBJETIVO 

Determinar los coeficientes de contracción, de velocidad, de gasto o caudal, de descarga.

III.- EQUIPOS Y/O MATERIALES    

MODULO Banco Hidráulico Cronometro Probeta

: Equipo FME04

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IV.-PROCEDIMIENTO Paso N° 1: Montar el aparato encima del canal del banco hidráulico y nivelarlo para que quede horizontal. Paso N° 2: Conecte el tubo de entrada al aparato, mediante un conducto flexible, a la boquilla de salida de impulsión del banco hidráulico. El aparato debe quedar dispuesto para descargar directamente en el canal. El derrame que puede producirse a través del rebosadero se debe conducir a desaguar en el aliviadero del tanque volumétrico. Paso N° 3: Colocar la boquilla tobera de pared delgada tipo diafragma. Paso N° 4: Introducir agua en el depósito para llenarlo hasta el nivel superior del tubo del rebosadero. Regular el caudal admitido para que exista una pequeña descarga a través del rebosadero, asegurando así la constancia del nivel del agua en el depósito mientras se efectúen las mediciones. Paso N° 5: Se varía el caudal de agua y determine para cada caso el coeficiente de gasto. Paso N° 6: Realizar los mismos pasos cambiando el tipo de tobera a utilizar (paso 3).

V.- TABLA DE REGISTRO DE DATOS 5.1.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

(seg)

(litros)

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

Diametro critico Diametro del orificio Dc(mm)

Do(mm)

3.82 4.05 5.07

0.95 1.05 0.90

0.249 0.259 0.178

137 171 240

133 178 235

0.0019 0.0020 0.0013

10.22

13.00

5.2.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

Diametro critico Diametro del orificio

(seg)

(litros)

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

Dc

Do(mm)

6.14 4.44 4.28

1.05 0.95 0.97

0.171 0.214 0.227

128 239 277

124 231 259

0.0013 0.0016 0.0017

10.00

13.00

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5.3.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

Diametro critico Diametro del orificio

(seg)

(litros)

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

Dc

Do(mm)

3.27 3.42 2.40

0.775 0.910 0.825

0.237 0.266 0.344

118 204 259

114 199 252

0.0018 0.0020 0.0026

11.38

13.00

Velocidad

5.4.- TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Diametro critico Diametro del orificio

(seg)

(litros)

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

Dc

Do(mm)

3.51 2.90 2.52

0.850 0.924 0.915

0.242 0.319 0.363

149 207 268

143 197 258

0.0018 0.0024 0.0027

12.25

13.00

Velocidad

5.5.- TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Diametro critico Diametro del orificio

(seg)

(litros)

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

Dc

Do(mm)

4.31 3.00 2.37

1 0.9 0.815

0.232 0.300 0.344

123 200 279

117 192 268

0.00047 0.00061 0.00070

14.06

25.00

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VI.- TABLA DE DATOS PROCESADOS

6.1.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA N°

1 2 3

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

0.249 0.259 0.178

137 171 240

133 178 235

0.0019 0.0020 0.0013

Diametro critico Diametro del orificio Coefic.de Contraccion Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Dc(mm)

10.22

Do(mm)

13.00

Cc

0.61803787

Cv

Cg

Ac(m2)

0.98529 0.60894858 1.02026 0.63056089 0.1327326 0.98953 0.61156609

6.2.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI N°

1 2 3

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

0.171 0.214 0.227

128 239 277

124 231 259

0.0013 0.0016 0.0017

Diametro critico Diametro del orificio Coefic.de Contraccion Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Dc

10.00

Do(mm)

13.00

Cc

0.591715976

Cv

Cg

Ac(m2)

0.98425 0.58239703 0.98312 0.58172849 0.1327326 0.96696 0.57216764

6.3.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL N°

1 2 3

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

0.237 0.266 0.344

118 204 259

114 199 252

0.0018 0.0020 0.0026

Diametro critico Diametro del orificio Coefic.de Contraccion Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Dc

11.38

Do(mm)

13.00

Cc

0.766298225

Cv

Cg

Ac(m2)

0.98290 0.75319814 0.98767 0.75684906 0.1327326 0.98639 0.75587191

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6.4.- TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA N°

1 2 3

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

Diametro critico Diametro del orificio Coefic.de Contraccion Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

Dc

Do(mm)

Cc

0.242 0.319 0.363

149 207 268

143 197 258

0.0018 0.0024 0.0027

12.25

13.00

0.887943787

Cv

Cg

Ac(m2)

0.97966 0.86988203 0.97555 0.86623038 0.1327326 0.98117 0.87122018

6.5.- TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI N°

1 2 3

Caudal(Q)

Piezometro

Pitot

Velocidad

lit/seg

Teorico(H´)

Real(Hc)

m/s

0.232 0.300 0.344

123 200 279

117 192 268

0.00047 0.00061 0.00070

Diametro critico Diametro del orificio Coefic.de Contraccion Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Dc

14.06

Do(mm)

25.00

Cc

0.31629376

Cv

Cg

0.97530 0.30848283 0.97980 0.30990333 0.98009 0.30999588

Ac(m2)

0.490875

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VII.- GRAFICOS Y/O RESULTADOS 7.1.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA N°

Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Cv

1 2 3

Cg

Ac(m2)

0.98529 0.60894858 1.02026 0.63056089 0.1327326 0.98953 0.61156609

7.2.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI N°

Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Cv

1 2 3

Cg

Ac(m2)

0.98425 0.58239703 0.98312 0.58172849 0.1327326 0.96696 0.57216764

7.3.- TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL N°

Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Cv

1 2 3

Cg

Ac(m2)

0.98290 0.75319814 0.98767 0.75684906 0.1327326 0.98639 0.75587191

7.4.- TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA N°

Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Cv

1 2 3

Cg

Ac(m2)

0.97966 0.86988203 0.97555 0.86623038 0.1327326 0.98117 0.87122018

7.5.- TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI N°

Coef. De Velocidad Coef. De gasto Area critica Cv

1 2 3

Cg

0.97530 0.30848283 0.97980 0.30990333 0.98009 0.30999588

Ac(m2)

0.490875

Coef.veloc .

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Las toberas de pared delgada tipo Venturi, diafragma, coloidal tienen un coeficiente de velocidad menor a la unidad, velocidad de flujo mayor que las toberas de pared gruesa y un coeficiente de contracción parecidas. Las toberas de pared gruesa tipo cilíndrica y Venturi, los caudales son menores que los de pared delgada, y velocidades de flujo menor esto es debido al diámetro mayor que tiene la tobera de pared gruesa tipo Venturi. CUESTIONARIO 1.-Si en la representación grafica de Q=Cu(h1/2) se obtiene una línea que parece no pasar por el origen, ¿Qué razones posibles lo justifican?¿como se vera afectado el valor de Cg? No pasa por el origen debido a qué el coeficiente de gasto no llega a ser cero siempre es mayor que cero pero menor que la unidad, si Cg en un momento llegaría a ser cero es que no habría gasto cosa que no ocurre en la práctica. 2.- Se ha supuesto que el deposito es lo suficientemente grande como para despreciar la velocidad de llegada de la corriente a la superficie libre del liquido en el deposito ¿Esta esto justificado? Si estaría justificado debido a que la velocidad de llegada de la corriente a la superficie del líquido en el depósito la tomaríamos como un valor que tiende a cero y que tiene una intervención insignificante y que no afecta en los cálculos.

Si el área de la sección transversal del deposito es de 4,12 x10-2m2¿Cuál es la velocidad de llegada del liquido a la superficie libre cuando el caudal de salida por el orificio es 1,97 x 10-4 m3/s.¿ a que altura cinética equivale? Según los cálculos equivale a una velocidad de 4.78x10-3 m/s y a una altura cinética de 2.1x10-2 m

3.-Suponiendo que no sea posible medir el diámetro de la sección contraída, pero que pueda medirse el de una sección de la vena situada a cierta distancia por debajo de aquella, estimar los efectos de efectuar dicha medición en un plano situado a 25 mm del plano que contiene a la sección contraída. Los efectos serán los siguientes: Diámetro estimado Velocidad del flujo estimado Coeficiente de contracción estimado

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES No tendremos datos reales. Complete con los resultados obtenidos la siguiente tabla para cada una de las boquillas suministradas con el equipo. TOBERA DE PARED DELGADA TIPO DIAFRAGMA N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q) Diametro del orificioCoef. De gasto Area critica

(seg)

(litros)

lit/seg

3.82 4.05 5.07

0.95 1.05 0.90

0.249 0.259 0.178

Do(mm)

13.00

Cg

Ac(m2)

0.60894858 0.63056089 0.1327326 0.61156609

TOBERA DE PARED DELGADA TIPO VENTURI N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q) Diametro del orificioCoef. De gasto Area critica

(seg)

(litros)

lit/seg

6.14 4.44 4.28

1.05 0.95 0.97

0.171 0.214 0.227

Do(mm)

13.00

Cg

Ac(m2)

0.58239703 0.58172849 0.1327326 0.57216764

TOBERA DE PARED DELGADA TIPO COLOIDAL N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q) Diametro del orificioCoef. De gasto Area critica

(seg)

(litros)

lit/seg

3.27 3.42 2.40

0.775 0.910 0.825

0.237 0.266 0.344

Do(mm)

13.00

Cg

Ac(m2)

0.75319814 0.75684906 0.1327326 0.75587191

TOBERA DE PARED GRUESA TIPO CILINDRICA N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q) Diametro del orificioCoef. De gasto Area critica

(seg)

(litros)

lit/seg

3.51 2.90 2.52

0.850 0.924 0.915

0.242 0.319 0.363

Do(mm)

13.00

Cg

Ac(m2)

0.86988203 0.86623038 0.1327326 0.87122018

TOBERA DE PARED GRUESA TIPO VENTURI N°

1 2 3

Tiempo

Volumen

Caudal(Q) Diametro del orificioCoef. De gasto Area critica

(seg)

(litros)

lit/seg

4.31 3.00 2.37

1 0.9 0.815

0.232 0.300 0.344

Do(mm)

25.00

Cg

0.30848283 0.30990333 0.30999588

Ac(m2)

0.490875

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4.- ¿Confirman estas experiencias las afirmaciones teóricas? ¿Porque? Si confirman las afirmaciones, porque, tenemos datos reales que se ajustan a las normas teóricas, como se pueden observan en los cuadros anteriores expuestas. 5.-Para el mismo valor de la altura de carga que en la práctica anterior. ¿Se ha mejorado, con la incorporación de estas boquillas, el coeficiente de gasto (Cg)? ¿En quéporcentaje? Si existen discrepancias ¿qué razones puede argumentarse? El coeficiente de gasto se va mejorando cada vez que se cambia de tobera en la práctica. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

CONCLUSIONES Alumna: CAMPOS SOLIS, ELEANA

1.-Es necesario introducir un coeficiente de corrección, o coeficiente de velocidad porque cada partícula al atravesar la sección contraída, tendría velocidad idéntica al de la caída libre, desde la superficie libre del depósito, en la cual la velocidad no es la verdadera. 2.- Es importante conocer el tipo de régimen de un fluido en movimiento ya queesto nos permite estudiarlo detalladamente definiéndolo en forma cuantitativa. Para conocerel tipo de flujo en forma cuantitativa se debe tener en cuenta el número de Reynolds.Esteanálisis es importante en los casos donde el fluido debe ser transportado de un lugar a otro. 3.-Se debeconocer la Velocidad Real, debido a que si estudiamos las características del movimiento de las partículas del fluido una vez que abandona el recipiente, estas empiezan a ganar o perder velocidad muy diferente a una calculada o sumida. 4.- Se concluye que existe una regresión entre el coeficiente de contracción y el de descarga, es por ello que al coeficiente de contracción se le tiene que multiplicar el de velocidad para poder asemejar al coeficiente de descarga. 5.-Se aplicable 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.

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RECOMENDACIONES 1.- Se recomienda que el ingeniero debe elegir un tipo de tobera teniendo en cuenta las perdidas y el costo. 2.- Tener conocimiento que el coeficiente de velocidad no debe ser mayor que la unidad, si supera la unidad hubo error humano y/o de máquina. 3.- Se recomienda la tobera de pared delgada tipo diafragma debido a que tiene mayor caudal en un menor tiempo de descarga. 4.-Se recomienda utilizar la tobera de pared gruesa tipo cilíndrica porque tiene mayor coeficiente de velocidad que la tobera de pared gruesa tipo Venturi. 5.-Se recomienda que el ingeniero debe de escoger una tobera que cumpla con los requisitos que demanda un trabajo específico, que tenga mayor caudal en menor tiempo y un coeficiente de velocidad cerca a la unidad.



CONCLUSIONES Alumno: SOLIS MONTALVAN, Edison

1.-El ingeniero debe tener en cuenta que no existen valores teóricos para los coeficientes de pérdida de carga, de coeficientes de contracción tan solo se puede obtener experimentalmente. 2.-La pérdida de carga total en el experimento es pequeño por tal caso no influye en la disminución del caudal. 3.-Los valores de Cg varían de acuerdo al tamaño del orificio de la tobera y de la altura de carga. 4.-Se concluye que la tobera tipo Venturi es la más exacta teniendo una mínima perdida de presión permanente por tal caso da datos más confiables y exactos. 5.- En la vecindad del orificio, el fluido se acelera hacia el centro del hueco, así que cuando el chorro emerge este sufre una reducción de área debido a la curvatura de las líneas de corriente

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RECOMENDACIONES 1.-Tener en cuenta que la descarga de fluidos a través de sistemas de procesos industriales es necesario tomar la medición correcta y exacta del volumen de líquido que se envasa en un tiempo determinado. Es decir, la medición del caudal real que pasa por el orificio de descarga. 2.-El caudal teórico es aquel que relaciona el área del recipiente y la velocidad que tiene el fluido para un instante dado. Generalmente el caudal real se reduce en un 60% del caudal teórico y esa relación da origen al llamado coeficiente de descarga de un orificio. 3.-Se debe tener en cuenta que la tobera de pared gruesa tipo Venturi por tener el diámetro mayor da caudales menores debido a que la presión es menor. 4.-Se recomienda utilizar toberas de diámetros pequeños para tener grandes caudales debido a que habrá mayor presión del flujo, esto tiene que estar relacionado con la altura del sistema a trabar en la práctica. 5.-Se recomienda utilizar toberas de pared delgada para flujos compresibles.