• Author / Uploaded
• JosephZevallosAyuque

• Categories
• Desembocar (Hidrología)
• Presión
• Bomba
• Velocidad
• Materia blanda

Citation preview

UNI FIP

MECANICA DE FLUIDOS “ORIFICIOS Y BOQUILLAS”

Profesor: ING. FERNANDO ROMERO Integrantes: PALIZA ARAUJO MARCO ANTONIO

UNI-FIP

[MECANICA DE FLUIDOS]

El estudio de los efectos de orificios y boquillas sobre sistemas hidráulicos es muy importante, dado que con la ayuda de las ecuaciones pertinentes, se puede calcular las perdidas por fricción, entre algunas otras cosas.

Prólogo…………………………………………………………………………….. 2

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS]

Índice……………………………………………………………………………..

Objetivos………………………………………………………………………..

Materiales………………………………………………………………………

Fundamento teórico……………………………………………………………

Diagrama de flujo……………..………………………………………………..

Procedimiento experimental………………………………….………………

Cuestionario…………………………………………….……………………..

Conclusiones…………………………………………….……………………..

Anexos…………………………………………………………………………..

Bibliografía………………………………………………………………………

3

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS]

Determinar experimentalmente los coeficientes de descarga Cd, de velocidad Cv y de resistencia de flujo, al salir el agua por una boquilla tronco. Cónica convergente, bajo las condiciones de no permitir el ingreso de aire a la altura de la contracción del chorro liquido a la entrada de la boquilla.

Tanque de orificios y boquillas. Vertedero triangular. 2 limnimetros. 1 vernier. Agua. 4

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS] Sistema de bombeo. Sistema cuadriculado de ejes coordenados ubicado en la salida del orificio del tanque.

5

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS]

Las boquillas consisten en pequeños tubos de longitud no muy mayor a su diámetro, que tienen forma cilíndrica, cónica o conoidal, que prologan una abertura en las paredes de un depósito, por las cuales se deja escurrir la corriente liquida. Boquilla larga se denomina a aquella de forma cilíndrica cuya longitud es suficientemente larga para el chorro líquido alcance adherir sus paredes y escurra a sección llena en la salida.

6

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS] El mismo comportamiento hidráulico se observa en los orificios de pared gruesa, tal como se observa en la siguiente figura.

Los filetes exteriores del chorro que sale por la Boquilla escurren aguas arriba por los contornos de las paredes del depósito. Las trayectorias de los filetes pasan rápidamente de la dirección tangencial a la pared a una dirección prácticamente normal de ella; tienen por ello una curvatura fuerte, pero no infinita, y un radio de curvatura finito, pues las fuerzas que actúan sobre las moléculas de estos filetes no puede producir una discontinuidad en su dirección y velocidad esto produce una contracción en el chorro a la entrada de la boquilla. Luego de la contracción sucede una expansión paulatina del chorro debido a la perdida de carga y una recuperación de la presión. La experiencia revela que la longitud de la boquilla debe ser, por lo menos 3 veces el diámetro para que se llene el orificio. Para evaluar la velocidad y descarga se procede de la siguiente manera: 7

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS]

La carga “H” por encima del orificio se mide desde el centro de la boquilla hasta la superficie libre. Suponiendo que la carga permanece constante por ser las dimensiones del estanque considerablemente mayores que las de la boquilla, la aplicación de la ecuación de bernoulli entre el punto 1 en la superficie libre y el punto 3 a la salida de la boquilla, no considerando las pérdidas, se obtiene:

Que tomando presiones manométricas, y reemplazando valores, resulta:

8

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS] O sea:

Pero esto es solo la velocidad teórica, ya que las pérdidas entre los dos puntos se han despreciado.

La relación entre la velocidad real, Vr , y la velocidad teórica, Vt , se denomina coeficiente de velocidad.

Resultando:

Cuando el diámetro D de la boquilla es mucho menor que la carga “H”, puede considerarse que la velocidad es uniforme en la sección a la salida de la boquilla. En tal caso el causal de la boquilla será igual al producto de la velocidad real en el eje por el área del chorro a la salida. Cuando el área del chorro A, es menor que el área de la boquilla u orificio A 0 se expresa su relación con esta ultima por medio de un coeficiente de contracción: C0 =A/A0 Como es este caso el área del chorro a la salida es igual a la sección de la boquilla, resulta C0 = 1. Por otra parte como se acostumbra reunir coeficientes de velocidad y contracción en una sola llamada coeficiente de caudal o de descarga. Cd=C0.Cv(En este caso), entonces el caudal puede expresarse por:

9

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS]

Como no hay modo seguro de calcular las perdidas, cabe mencionar que los coeficientes de velocidad de contracción y de descarga son determinados por métodos experimentales. La aplicación de la ecuación de bernoulli considerando perdidas de carga entre los puntos 1 y 3 puede expresarse por :

Donde K es el coeficiente de perdidas locales. Y despejando V3 queda:

De donde puede encontrarse una relación entre el coeficiente de perdidas locales y el coeficiente de velocidad al comprobar ecuaciones (5) y (8), la cual es:

En la boquilla larga y en los orificios en pared gruesa la perdida de carga se debe además de la contracción a la fricción. Para cada uno de estos efectos podemos descomponer k en dos factores ,K= k 0 +k1 si se acepta que se produce una

10

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS] contracción completa similar a lo que sucede a la salida de un orificio de pared sesgada, es decir con :

Al aplicar la ecuación de bernoulli y en este caso K 0 = 0.445. Las pérdidas de carga por fricción se pueden tratar de calcular considerando el desarrollo de la capa limite, pero con simplicidad puede hacerse utilizado la ecuación de DARCY-WEISBACH, aceptando un valor global f= 0.024, Kf=fL/D=0.024L/D, que con L = 3D resulta finalmente Kf= 0.072. Entonces el coeficiente de velocidad y de descarga resulta:

El cual es confirmado por la experiencia, aunque otros autores dan el valor de 0.82. Cabe recordar que ello es valido por las condiciones aceptadas: H>>D, números de Reynolds altos, y la boquilla sin ningún agujero lateral. Para otras condiciones ese valor varia, y es preferentemente obtenido por medios experimentales.

11

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

fE ,F q M g L 6 5 y 4 .p u n o d m iz rR c le b ta s v H [MECANICA DE FLUIDOS]

Primera parte “Armado del equipo”

Para este laboratorio empleamos un tanque el cual contaba con una compuerta que se podía mover a través de una manija la cual podía ser accionada para

12

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS] producir un mayor desfogue del agua que ingresaba a través de un tubo proveniente de un sistema de bombas, lo que producía diferentes flujos de agua a través del orificio es decir caudales constantes los cuales salían por la boquilla del tanque. En resumen el proceso fue el siguiente. PASOS:

1) Al accionar la bomba, rebajamos la compuerta hasta determinado nivel, lo que nos dará un primer caudal constante a una altura H, dejando un lapso de tiempo para que se estabilice y poder realizar las otras mediciones. 2) Con ayuda de un limnimetro de dos puntas, determinamos la altura H para que la carga este constante. 3) La determinación del caudal la realizamos con ayuda de un vertedero triangular, el cual ya tiene valores de caudal determinados para las alturas que se marcan en un segundo limnimetro de una punta. Haciendo una interpolación podremos obtener los datos de caudal Q para nuestra altura obtenida. 4) Por otro lado, al mismo tiempo, se tendrá que medir el diámetro del tubo de agua que sale del orificio con ayuda de un vernier, y también con, ayuda de la placa cuadriculada (tomando origen en la boquilla). Determinamos la posición de 6 puntos que forman el tubo de manera aproximada. Para culcular la ecuación de la trayectoria descrita por el chorro de agua. 5) Luego variando la manija de la compuerta damos hasta 6 valores de caudales constantes para los cuales tendremos nuevos H, por lo que tenemos que repetir. Todo lo de arriba mencionando para el resto de los casos.

13

“”| .Caudal, Cd, Cv , K .

[MECANICA DE FLUIDOS]

a) Explique a que se debe la formación de la contracción de un chorro. La contracción del chorro de agua se debe a que para el caso de las boquillas (Diámetro