• Author / Uploaded
• Centinel Dents

Citation preview

GUÍA DE LABORATORIO DE

MECANICA DE FLUIDOS CÓDIGO: GB-SG-006

Laboratorio de Hidráulica DIRECTIVA VERSIÓN: V.01

LABORATORIO N°05 EVACUACIÓN DESDE ORIFICIOS CON DESNIVEL ENTRE SUPERFICIE LIBRE Y FONDO DE RECIPIENTE CONSTANTE

Elaborado por: Docentes del Curso

Aprobado por: Director de Carrera Rojas J. Paula

LEACIV Fecha: 12/03/2018

GUÍA DE LABORATORIO DE

MECANICA DE FLUIDOS CÓDIGO: GB-SG-006

Laboratorio de Hidráulica DIRECTIVA VERSIÓN: V.01

LABORATORIO N°05 EVACUACIÓN DESDE ORIFICIOS CON DESNIVEL ENTRE SUPERFICIE LIBRE Y FONDO DE RECIPIENTE CONSTANTE. I.

OBJETIVOS 

Verificación del Teorema de Torricelli en la evacuación de flujos a través de orificios de diferentes diámetros con desnivel entre superficie libre y fondo del recipiente constante. Determinar la relación entre los caudales experimentales y teóricos en un orificio.

 II.

MARCO TEÓRICO

Teorema de Torricelli Es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del Teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido a través de un orificio. "La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio": A través de este teorema se puede calcular la velocidad de salida de un líquido a través de un orificio. Caudal vinculado al desnivel entre la superficie libre y fondo del recipiente El flujo a través de un orificio está vinculado a la medida del desnivel entre la superficie libre y el fondo del recipiente por la relación: 𝑄 = 𝐾 ∗ 𝐻𝑛 Donde: Q=

Caudal [m3/s]

H=

Medida del desnivel entre superficie libre y fondo del recipiente [m]

K, n =

Constantes

Tomando los logaritmos de ambos miembros, la relación anterior se transforma en: log 𝑄 = log 𝑘 + 𝑛 log 𝐻 Que es la ecuación de una recta, de la cual “log k” es la constante, o intercepta, y “n” es la pendiente.

Elaborado por: Docentes del Curso

Aprobado por: Director de Carrera Rojas J. Paula

LEACIV Fecha: 12/03/2018

GUÍA DE LABORATORIO DE

MECANICA DE FLUIDOS CÓDIGO: GB-SG-006

Laboratorio de Hidráulica DIRECTIVA VERSIÓN: V.01

Transcribiendo por tanto en un gráfico doble logarítmico, los valores de Q y H obtenidos de los diferentes ensayos, queda trazada la recta interpoladora de los resultados y es posible obtener los valores de las constantes “k” y “n”.

Figura N° 1. Gráfica lineal del flujo a través del orificio. Fuente Didacta Italia (2011)

Teóricamente, como se sabe, se puede escribir para la velocidad del flujo: 𝑣 = √2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ Por continuidad, se puede establecer que: 𝐴𝑜 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻 = 𝐴𝑜 ∗ √2𝑔 ∗ 𝐻 0.5 Siendo A0 el área transversal del orificio, de lo cual es inmediato deducir que teóricamente: 𝐾 = 𝐴𝑜 ∗ √2𝑔 𝑛 = 0.5 Comparando los resultados teóricos con los resultados prácticos se encontrarán unas diferencias debidas a múltiples factores, las cuales se corrigen mediante coeficientes, cuya determinación constituirá el objeto del presente ensayo experimental.

Elaborado por: Docentes del Curso

Aprobado por: Director de Carrera Rojas J. Paula

LEACIV Fecha: 12/03/2018

GUÍA DE LABORATORIO DE

MECANICA DE FLUIDOS CÓDIGO: GB-SG-006

III.

Laboratorio de Hidráulica DIRECTIVA VERSIÓN: V.01

EQUIPO EMPLEADO

El kit está compuesto por los siguientes elementos, dispuestos sobre el Banco hidráulico base (9): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Grupo base. Conexión de alimentación de agua desde el Banco Hidráulico. Pulmón. Válvula de disco. Agujero para descarga libre. Tubo transparente (700 mm). Orificios (diámetro 5 – 8 mm). Tubo PVC.

Figura N° 1. Vista general del equipo. Fuente Elaboración propia.

IV.

PROCEDIMIENTO 1. Colocar el kit sobre el banco hidráulico base. 2. Conectar el tubo de alimentación de agua en la conexión de alimentación de agua. 3. Colocar el orificio de 5mm de diámetro en el agujero para orificios, además de verificar que el agujero para descarga libre esté cerrado, caso contrario el tanque se vacía.

Elaborado por: Docentes del Curso

Aprobado por: Director de Carrera Rojas J. Paula

LEACIV Fecha: 12/03/2018

GUÍA DE LABORATORIO DE

MECANICA DE FLUIDOS CÓDIGO: GB-SG-006

Laboratorio de Hidráulica DIRECTIVA VERSIÓN: V.01

4. Poner en marcha la bomba y regular el caudal, usando la válvula de regulación V3, además regular la velocidad de la bomba hasta obtener la estabilización del desnivel entre superficie libre y fondo del recipiente a un cierto valor prefijado. 5. Anotar el valor y efectuar la lectura del caudal, cuando la medida del desnivel entre la superficie libre y el fondo del recipiente se ha estabilizado. 6. Repetir las operaciones 3 y 4 para algunos valores de la medida del desnivel entre la superficie libre y el fondo del recipiente y, eventualmente, repetir una vez cada uno de los ensayos. 7. Parar la bomba y sustituir el orificio con el de diámetro 8 mm. 8. Repetir las operaciones indicadas en los puntos 3, 4 y 5. 9. Parar la bomba y dejar que el aparato se descargue en el tanque de recogida. 10. Trazar en un diagrama doble logarítmico las curvas Q = f (H) para los dos orificios. *Ver si se está trabajando la válvula V5 abierta o cerrada para la curva de caudal experimental. ø5m m

Ø8 mm

Orificios usados en el experimento.

Para el caudal experimental, usando la curva respectiva.

Para regular el caudal usando la válvula V3. V5

Figura N°2. Modelo ilustrativo del ensayo. Fuente Elaboración Propia.

Elaborado por: Docentes del Curso

Aprobado por: Director de Carrera Rojas J. Paula

LEACIV Fecha: 12/03/2018

GUÍA DE LABORATORIO DE

MECANICA DE FLUIDOS CÓDIGO: GB-SG-006

V.

Laboratorio de Hidráulica DIRECTIVA VERSIÓN: V.01

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Se trabajará con orificios de dos diámetros diferentes 𝜙: 5 mm y 8 mm. Se deberá medir la altura de agua en el tubo transparente tomando como nivel de referencia el eje del orificio hasta la superficie del agua (H). Luego de medir la altura de agua en el cilindro de descarga (h) se llenará la siguiente tabla.

H(m)

h cilindro de Qmedido (m3/s) Qteórico (m3/s) descarga (mm)

El caudal teórico se calculará a través de la siguiente fórmula: 𝑄𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝐴√2𝑔𝐻 Donde: 𝐴=

𝜋 ∙ 𝜙2 4

En cada caso, calcular la relación entre el caudal teórico y experimental (coeficiente de corrección) de acuerdo a la siguiente expresión: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑄𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑄𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙

En función al análisis de los resultados obtenidos, se deberán obtener las conclusiones y comentarios más relevantes.

VI.

BIBLIOGRAFÍA 

Didacta Italia. (2011). Kit para Experiencias de Hidrodinámica (Cód. 939410) – Manual Operativo y Ejercicios Didácticos. Italia.



Gracia , C., & Burbano de Ercilla, S. (2003). Física general (treinta y dos edición). Téber S.L.

Elaborado por: Docentes del Curso

Aprobado por: Director de Carrera Rojas J. Paula

LEACIV Fecha: 12/03/2018