INFORME ORIFICIOS

7/27/2019 INFORME ORIFICIOS

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INFORME DE LABORATORIO DE HIDRULICA #2

ORIFICIOS

DIANA CAROLINA SALAMANCA

PAULA MILENA SOTO

LAURA ALEJANDRA VSQUEZ

Presentado a: Ing. SANDRA BLANCO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTA DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA AMBIENTAL

HIDRULICA GENERAL

TUNJA

2013


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INFORME DE LABORATORIO DE HIDRULICA #2

ORIFICIOS

DIANA CAROLINA SALAMANCA

201111561

PAULA MILENA SOTO

201111539

LAURA ALEJANDRA VSQUEZ

201111595

Presentado a: SANDRA BLANCO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTA DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA AMBIENTAL

HIDRULICA GENERAL

TUNJA

2013


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INTRODUCCIN

Los orificios son perforaciones, absolutamente de forma regular y permetrocerrado, colocados por debajo de la superficie libre del lquido en depsitos oalmacenamientos, tanques o canales; el anlisis y estudio de estos ser elobjeto de esta prctica, cuyo fin es comprender por medio de experimentacinel comportamiento de los orificios y los conceptos asociados haciendo uso delos equipos disponibles en la Universidad.

Es de vital importancia realizar una prctica con estos dispositivos ya que comose sabe, tienen innumerables aplicaciones en el desarrollo de la vida

profesional de un Ingeniero Ambiental.


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OBJETIVOS

Determinar los coeficientes de velocidad, descarga, y contraccin, en

orificios de descarga vertical y orificios de descarga horizontal. Analizar la relacin entre el coeficiente de gasto versus la carga

hidrulica sobre el orificio. (Cd vs H). Comprender la manera prctica y por medio de la experimentacin, el

comportamiento de los orificios sumergidos y su correlacin entre elambiente practico-experimental y el terico.

EQUIPOS

Orificio vertical

Banco hidrulico

Equipo de orificio vertical

Pesas

Cronometro

Tubo de pitot


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MARCO TERICO

Los orificios se encuentran entre los medidores de rapidez al igual que las

boquillas, medidor Venturi, rotmetro y vertederos. Estos registran la cantidad(en peso o volumen) de fluido que pasa por ellos en un determinado instante detiempo. Al salir el fluido del orificio, dependiendo de la forma de este, el chorrodescargado sufre una pequea variacin en su geometra, la cual es notadacomo una contraccin del chorro poco despus de salir del orificio, estacontraccin recibe el nombre de vena contracta. Dentro de la clasificacin delos orificios podemos encontrar tambin de descarga libre y descargasumergida.

Desde el punto de vista hidrulico, los orificios son perforaciones, generalmentede forma geomtrica y permetro cerrado, hechos debajo de la superficie libredel lquido, en las paredes de los depsitos, tanques canales o tuberas. Lasaberturas hechas hasta la superficie libre del lquido constituyen los vertederos.

Los orificios pueden clasificarse de acuerdo a su forma en: circulares,rectangulares, etc. Y de acuerdo a sus dimensiones relativas en pequeos ygrandes. Son considerados pequeos los orificios cuyas dimensiones sonmucho menores que la profundidad en que se encuentran (dimensin verticaligual o inferior a un tercio de la profundidad).

Para los orificios pequeos de rea inferior a 1/10 de la superficie delrecipiente, se puede despreciar la velocidad V del lquido. Teniendo en cuentael espesor de la pared (e), los orificios se clasifican en: orificios de pareddelgada y en orificios de pared gruesa. La pared es considerada delgada,cuando el chorro del lquido apenas toca la perforacin en una lnea queconstituye el permetro del orificio. En una pared gruesa, se verifica laadherencia del chorro lquido.

Los orificios en pared delgada son constituidos en placas finas o por corte debisel. El acabado en bisel no es necesario, si el espesor (e) de la placa es

inferior al dimetro del orificio supuesto circular (o considerando la dimensinmenor, si el orificio tuviera otra forma). Al contrario si el espesor (e) fuesemayor que una vez y media el dimetro, el chorro se puede adherir al interiorde la pared, clasificndose el orificio como de pared gruesa. Si el valor de (e)estuviera comprendido entre 2 y 3 veces el dimetro d, se tiene el caso de unaboquilla. El chorro que sale de un orificio se llama vena liquida. Su trayectoriaes parablica.


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EXPRESIONES MATEMTICAS PARA EL ORIFICIO DE DESCARGAVERTICAL

Velocidad terica velocidad real

Vt = Vr = Cv *

Coeficiente de velocidad coeficiente de contraccin

Cv = Vr/Vt Cv =

Cc =

Coeficiente de descarga caudal experimental

Cd = Cc * Cv = Qr / Qt Qr = Cd * Ao * Qr = Cd * * Ao * Hc^1/2

Fuente ( guas de laboratorio n 2 orificios)


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CUESTIONARIO

1. Comprobar la relacin

*

*

Entonces

2. Graficar y mediante regresin determinar el valor de lapendiente el cual corresponde al coeficiente de velocidad.

Mediante la regresin lineal al obtener la ecuacin de esta grficaobtenemos una pendiente de 1,009, el cual ser el coeficiente develocidad.

3. Determinar el coeficiente de contraccin (Cc) que corresponde a larelacin entre el rea promedio de la vena contracta y el rea del orificio.

Para determinar el coeficiente de contraccin se utiliza la

frmula

Por lo tanto para el primer caudal experimental el rea contrada es

Hc^(1/2)= 1,009( Ho^(1/2)- 0,0064

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

0.500

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500

Hc^(1/2)

Ho^(1/2)

Coeficiente de velocidad

Series1

Linear (Series1)


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El rea del orificio si ser constante en todos los casos y es

Teniendo estos datos se puede hallar el coeficiente de contraccin, elcual ser

=0,715

Los resultados de los siguientes caudales se encuentran en las tablasde respuestas.

4. Estudiar la relacin Cd vs H. Para esto grafique los valores de QEXP vsH1/2 determine la expresin matemtica correspondiente y porconsiguiente el valor del coeficiente Cd.

Si Qexp es y en la ecuacin de la recta, y es x, quiere decir que es la pendiente de la recta, de esta manera se despeja elCd que necesitamos.

5. Para cada una de las lecturas de Ho determinar el coeficiente de

descarga Cd con la relacin entre

Qexp = 0,0013(H^1/2) - 0,0003

0

0.00005

0.0001

0.000150.0002

0.00025

0.0003

0.00035

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Qexperim

ental

H ^ (1/2)

Coeficiente de descarga


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En el primer caudal experimental tenemos

Para el primer caudal terico ser

Con estos datos se puede calcular el Cd.

Los dems Cd para los siguientes datos se muestran en las tablas.

6. Comparar los valores de con el Q experimental.Los valores de resultan ser ms pequeos que los delcaudal experimental medidos directamente en el banco de datos.

Por ejemplo el primer Q experimental da 1,293*10-5 mientras que con lafrmula da 1,363*10^-4.

7. Graficar Cd Vs Re

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

0.000 500.000 1000.000 1500.000 2000.000 2500.000 3000.000 3500.000

Cd

Re


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Tablas de resultados

Masa

(Kg)

Tiempo

(s)

Volumen

(m3)

Q exp en la

contraccin

(m3/s)

Q terico

(m3/s)

Ho

(m)

Hc

(m)

L pitot

inicial

(m)

1,5 116 0,002 1,2931E-05 0,000193156 0,108 0,105 0,0392 114 0,002 1,75439E-05 0,000210282 0,128 0,127 0,037

2,5 118 0,003 2,11864E-05 0,000228395 0,151 0,150 0,039

3 104 0,003 2,88462E-05 0,000247277 0,177 0,172 0,038

3,5 106 0,004 3,30189E-05 0,000253486 0,186 0,184 0,041

4 124 0,004 3,22581E-05 0,000264164 0,202 0,200 0,041

4,5 125 0,005 0,000036 0,000270623 0,212 0,211 0,042

5 132 0,005 3,78788E-05 0,000272531 0,215 0,213 0,041

L pitotfinal

(m)

Dc(m)

V terica(m/s)

Vexperimental

(m/s)

Cv Ac(m^2)

CdCv*Cc

CdQexp/Qteo

0,028 0,011 1,455 0,097 0,9860133 9,50332E-05 0,706 0,067

0,027 0,010 1,584 0,132 0,99608609 7,85398E-05 0,589 0,083

0,027 0,012 1,721 0,160 0,99668324 0,000113097 0,849 0,093

0,027 0,011 1,863 0,217 0,98577452 9,50332E-05 0,706 0,117

0,028 0,013 1,910 0,249 0,99460913 0,000132732 0,995 0,130

0,027 0,014 1,990 0,243 0,99503719 0,000153938 1,154 0,122

0,028 0,014 2,039 0,271 0,99763872 0,000153938 1,157 0,133

0,028 0,013 2,053 0,285 0,99533797 0,000132732 0,995 0,139

Re Ho^(1/2) Hc^(1/2) Q exp en la

contraccin

Q terico en el

orifico

Cd

1128,363 0,329 0,324 0,000136374 0,00019317 0,706

1530,878 0,358 0,356 0,000123952 0,0002103 0,589

1848,730 0,389 0,387 0,000193981 0,00022842 0,849

2517,116 0,421 0,415 0,000174542 0,0002473 0,706

2881,228 0,431 0,429 0,000252143 0,00025351 0,995

2814,840 0,449 0,447 0,000304875 0,00026419 1,154

3141,361 0,460 0,459 0,000313147 0,00027065 1,1573305,304 0,464 0,462 0,000271286 0,00027256 0,995


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Ejemplos de clculos

- Volumen

Se halla con la frmula de de aqu se despejar el volumen queser igual a

- Caudal experimental en la contraccin

1,2931E-05

- Caudal terico

Primero se debe determinar el rea en el orifico.

= 0,000132732

Se aplica la frmula

= 0,000132732

0,0001931- Dimetro de la contraccin

Dc= Lp final- Lp inicial = 0,039 0,028 = 0,011 m

- Velocidad terica

= - Velocidad experimental

Vexp = Q exp/ Ao = 1,2931E-05/ 0,000132732 = 0,097 m/s

- Coeficiente de velocidad

= 0,986

- rea de contraccin


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- Coeficiente de descarga

Cd= Cv*Cc = (Ac/Ao) *Cv = (0,000132732) * 0,986 = 0,706

- Coeficiente de descargaCd = Q exp / Q teo = 1,2931E-05 / 0,000132732 = 0,067

- Nmero de Reynolds

1128,363


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CONCLUSIONES

En conclusin, cuando se lleva a cabo una abertura en un depsito que

contiene un fluido, la velocidad de salida se incrementa a medida queaumenta la profundidad a la cual se realiza el orificio y con base al nivelen que se encuentra el lquido, ya que la fuerza no equilibrada queafecta al movimiento es gracias a la gravedad.

A travs de la realizacin de este laboratorio se pudo verificar elcomportamiento de los chorros que descargan los orificios de formavertical determinando caudales y tiempos en forma emprica y terica.

La velocidad de flujo a cualquier h es equivalente a la velocidad que seadquiere por la cada libre desde la misma altura.

Las prcticas de Hidrulica constituyen un elemento esencial para elaprendizaje emprico de los conceptos vistos en el aula de clase, ya quese observa y se clarifican conocimientos de vital importancia para la vidaprofesional.


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BIBLIOGRAFIA

Sotelo vila, Gilberto, Hidrulica general, tomo 1, Editorial Llimusa,

1985.

Streeter, Victor; Wylie, Benjamn, Mmecnica de fluidos, Octava ed., McGraw Hill

Rodrguez Daz Hctor Alfonso. Hidrulica experimental. EditorialEscuela Colombiana de Ingeniera.

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