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INFORME DE LABORATORIO DE HIDRAULICA

TEMA: DESCARGA POR ORIFICIOS

PRESENTADO POR CAMILO BERDUGO CERVANTES

PRESENTADO A ING. ENRIQUE BALBIS

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ASIGNATURA: LAB. HIDRAULICA

GRUPO: LAD2

UNIVERSIDAD DE LA COSTA C.U.C.

FECHA DE ENTREGA 13 / 03 / 2018

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Contenido INTRODUCCION .................................................................................................................. 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 3 Objetivo General ................................................................................................................. 3 Objetivos Específicos ......................................................................................................... 3 MARCO TEORICO ............................................................................................................... 4 ORIFICIOS ......................................................................................................................... 4 USOS .................................................................................................................................. 4 CLASIFICACION DE ORIFICIOS ................................................................................... 4 ORIFICIOS DE DESCARGA LIBRE ............................................................................... 4 ORIFICIOS SUMERGIDOS TOTALMENTE .................................................................. 5 ORIFICIOS DE PARED DELGADA ................................................................................ 5 ORIFICIO DE PARED GRUESA ...................................................................................... 6 ORIFICIOS DE TUBO ....................................................................................................... 6 CAUDAL (Q) ..................................................................................................................... 6 FORMULAS A UTILIZAR ................................................................................................... 7 COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN .............................................................................. 7 COEFICIENTE DE VELOCIDAD .................................................................................... 7 COEFICIENTE DE DESCARGA ...................................................................................... 8 EQUIPOS Y MATERIALES ................................................................................................. 8 PROCEDIMIENTO ............................................................................................................. 11 CALCULOS Y RESULTADOS .......................................................................................... 11 CUESTIONARIO ................................................................................................................. 15 CONCLUSION .................................................................................................................... 16 REFERENCIAS ................................................................................................................... 16

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1. INTRODUCCION Una placa orificio es una placa plana con un orificio. Cuando se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería ésta provoca que el flujo se contraiga bruscamente conforme se aproxima al orificio y se expanda nuevamente al diámetro total de la tubería luego de atravesarlo. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión aguas abajo del orificio. Es por ello que en 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. 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.

2. OBJETIVOS a) Objetivo General  Determinar el caudal que pasa por los diferentes orificios.

b) Objetivos Específicos  Determinar el coeficiente de carga a través del caudal.  Determinar el coeficiente de velocidad con la altura laminar  Determinar el coeficiente de contracción con el área de la vena contraída y el área del orificio.

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3. MARCO TEORICO a) ORIFICIOS Son perforaciones generalmente de forma regular y perímetro cerrado, colocado por debajo de la superficie en tanques, canales o tuberías. Considerando un recipiente lleno al cual se le realiza un orificio en una de sus paredes por debajo del nivel del agua, el fluido saldrá con una determinada fuerza por el orificio.

b) USOS La función del orificio es descargar el caudal cuya magnitud se desea calcular, por lo cual se supone que el nivel del fluido en el recipiente, permanece constante por efecto de la entrada de un caudal idéntico al que sale o porque posee un volumen muy grande.

c) CLASIFICACION DE ORIFICIOS Los orificios pueden clasificarse de acuerdo a su función.    

Descarga libre. Sumergidos total o parcialmente. De acuerdo a su forma. Circular, cuadrado, rectangular, etc.

d) ORIFICIOS DE DESCARGA LIBRE Son aquellos que en los que el nivel del líquido de la descarga se encuentre por debajo de la descarga.

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e) ORIFICIOS SUMERGIDOS TOTALMENTE Son aquellos en los que el nivel del líquido de la descarga se encuentre por encima del orificio, pueden ser de dimensiones fijas o ajustables.

f) ORIFICIOS DE PARED DELGADA En estos orificios el agua al salir tiene contacto con un solo punto y lo llena completamente. La vena liquida sufre una contracción que llega a ser extrema en la parte que se conoce como vena o sección contraída.

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g) ORIFICIO DE PARED GRUESA En este orificio el agua al salir tiene contacto con más de un punto, se le puede dar forma abocinada para que al salir el agua forme un chorro igual al diámetro del orificio.

h) ORIFICIOS DE TUBO La salida del orificio está conectada a un tubo corto, es decir, el líquido no sale a la superficie libremente inmediatamente, sino a un tubo de pequeña longitud, aproximada dos o tres veces el diámetro del orificio.

i) CAUDAL (Q) En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal, etc.) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

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4. FORMULAS A UTILIZAR a) COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN El coeficiente de contracción Cc, es la relación entre el área del chorro de agua y la sección de la boquilla.

b) COEFICIENTE DE VELOCIDAD El coeficiente de velocidad Cv, es la relación volumen de carga (tubo pitot) y el volumen.

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c) COEFICIENTE DE DESCARGA El coeficiente de descarga Cd, es la relación entre el caudal real y el caudal teorico de un flujo que pasa por un determinado orificio.

5. EQUIPOS Y MATERIALES a) Tanque que contiene el fluido.

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b) Válvulas de las cuales se midió la altura volumétrica y la altura del tubo de pitot.

c) Vena que salía a través de la boquilla.

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d) Caudalimetro.

e) Calibrador pie de rey.

f) Banco hidráulico.

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6. PROCEDIMIENTO a) Se ubicó en el espacio de trabajo los instrumentos necesarios para llevar a cabo la experiencia. b) se colocó encima del banco hidráulico la máquina de orificio. c) Se instaló la boquilla de orificio tipo coloidal y se le midió su diámetro. d) Se conectó la manguera de extracción del agua de la máquina de orificio en la boquilla del banco hidráulico. e) Se puso en marcha el banco hidráulico. f) Se graduó el caudal a través de la válvula para que entrara el agua en el tanque. g) Se midió el diámetro de la vena liquida y se contó el número de vueltas que se le daba a la llave. h) Tomamos la lectura de la altura volumétrica y la altura del tubo de pitot. i) Cada 5 litros se tomaba el tiempo. Fueron dos tiempos en dos lecturas. j) Se realizó los pasos de las medidas dos veces par diferentes caudales. k) Se cambió la boquilla y se ejecutó nuevamente el proceso.

7. CALCULOS Y RESULTADOS TIPO DE ORIFICIO Lectura 1 2

Lectura 1 Lectura 2

Coloidal Altura tubo h vol (m) D vena (m) pitot (m) 0,183 0,0116 0,105 0,216 0,0117 0,122

Dint. Volumen (m3) 0,005 0,005

0,0121 Tiempos (s) 32,545 34,845

Q(m3/s) Aint(m2) Cd Cv Av Cc 0,000153633 0,00011493 0,70545657 0,757476397 0,00010563 0,91906291 0,000143493 0,00011493 0,6064748 0,751541625 0,00010746 0,93497712

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Cd vs Cc 1 0.9

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

0.75

0.76

0.77

Cv vs Cd 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.7

0.71

0.72

0.73

0.74

12

Cc vs Cv 1 0.9

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.7

0.75

TIPO DE ORIFICIO Lectura

h (m)

1 2

0,193 0,258

Lectura 1 Lectura 2

0.8

0.85

Cilíndrico

0.9

0.95

Dint.

0,0125

Altura Altura tubo D vena (m) volumétrica Tiempos (s) pitot (m) (m3) 0,0122 0,0124

0,128 0,171

0,005 0,005

35,435 35,11

Q(m3/s) Aint(m2) Cd Cv Av Cc 0,000141103 0,00012266 0,59117999 0,814378558 0,00011684 0,952576 0,00014241 0,00012266 0,51604805 0,814119584 0,0001207 0,9984064

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Cd vs Cc 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Cv vs Cd 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

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0.75

0.8

0.85

Cc vs Cv 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

8. CUESTIONARIO ¿Qué aplicaciones tiene la práctica de descarga por orificio en la vida real? a) b) c) d) e) f) g)

Medición de agua de riego. Medir caudales de riego en finca. Aforo con flotador. Aforo con compuerta. Aforadores. Aforo de perforaciones. Tanques elevados.

¿Cuáles son los errores más representativos? a) Al momento de medir el tiempo cada cinco litros, por error humano puede que no lo hayamos medido en el momento justo que marcaban los cinco litros. b) Error al momento de darle vuelta a la llave para medir el diámetro de la vena. c) Error al tomar mal la lectura de la altura volumétrica y la altura del tubo de pitot. ¿A qué se debe que el coeficiente de descarga varié con respecto a los distintos tipos de orificios utilizados? El coeficiente de descarga varía debido a que cada orificio posee un diámetro distinto alterando la sección transversal calculada lo que ocasiona que la cantidad de fluido que pase por el orificio sea distinta a la anterior 15

9. CONCLUSION Se puede concluir que los fluidos que se escurren a través de un orificio que tenga una pared delgada, se contraen formando un chorro mientras la corriente sale del orificio cuya área de la sección transversal es menor a la del orificio. También se llega a ultimar que la medición de descarga por orificios tiene muchas aplicaciones en la vida real, y una de ellas que es la que más podemos ver a diario que sucede en mi caso, es que cuando se va el agua y se abre la llave que hace que el agua que se encuentra almacenada en un tanque elevado salga por un orificio el cual llega a la regadera y así poder expulsar agua.

10.REFERENCIAS  Streeter, V.L.(1971) ¨Mecánica de los Fluidos¨Mc. GrawHill, 4ta.  http://www.frh.utn.edu.ar/investigacion/aero/Albun_Fotos/Placaorificio_heleshaw.htm Modelo de flujo en placa orificio

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