Pact.07 Orificios de Carga Constante

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO PROGRAMA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO: LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS LABORATOTIO LABORATOTION°N°7 7

TEMA: TEMA: ORIFICIOS ORIFICIOSDE DECARGA CARGACONSTANTE CONSTANTE

ALUMNOS: MARGOT HUAMANÑAHUI PEDRAZA EDWING HUAMANÑAHUI PEDRAZA

SEMESTRE 2012-II

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

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INTRODUCCIÓN Desde el punto de vista hidráulico, los orificios son perforaciones, absolutamente de forma regular y perímetro cerrado, colocador por debajo de la superficie libre del líquido en depósitos o almacenamientos, tanques o canales. Su clasificación puede realizarse de acuerdo con las condiciones de trabajo, es decir, descargando libremente, ahogados parcialmente o sumergidos o a presión en el interior de una tubería. De la misma manera la clasificación puede realizarse de acuerdo con su forma circular, cuadrada, rectangular, triangular, etc. Según el espesor de la pared, pueden ser de pared delgada o de pared gruesa. A la corriente líquida que sale del recipiente se la llama vena líquida o chorro. Si el contacto de la vena líquida con la pared tiene lugar en una línea estaremos en presencia de un orificio en pared delgada. Si el contacto es en una superficie se tratará de un orificio en pared gruesa.

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I.

OBJETIVOS

 Verificar experimentalmente que se cumplen las condiciones para la aplicación de la ley de Torricelli.

 Estudiar la Relación entre el tiempo transcurrido y la altura de líquido en un depósito, en el proceso de descarga.

 Determinar los coeficientes de velocidad, descarga y contracción por un orificio, bajo carga constante.

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II.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Mediante la ecuación que expresa el teorema de Torricelli es posible medir la velocidad teórica de descarga de un orificio: Vteor =

Teorema de Torricelli.

2 gh

Donde: h es la carga hidráulica. Coeficiente de velocidad (C V ). También por vía experimental se conoce que a la salida de un orificio, el chorro líquido sufre una contracción respecto al diámetro de salida, por motivo de la inercia y trayectoria de las partículas del fluido contenido, que sufren un cambio brusco en sus direcciones cuando salen. Coeficiente de contracción (C C ): CC =

AC AO

El gasto teórico de un orificio aplicando los coeficientes de corrección mencionados queda: Qexp = AC Vexp = C C AO CV

2 gh

Coeficiente de descarga o de gasto (C d ) : Qexp = C d AO

2 gh

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Estudios muestran que Cd permanece aproximadamente constante en 0.65 para una condición de operación normal en que la altura aguas arriba de la compuerta del orificio es cuatro veces o mas la altura de la abertura del orificio (o cuando la relación de sumergencia es mayor a cuatro). Cuando la altura agua arriba es

menor que cuatro veces la apertura del orificio, los coeficientes se incrementan hasta un máximo de 0.75 para relaciones de sumergencía por debajo de 2.5.

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La ecuación para el caudal es: Q = Cd Ao

Donde,

Q= =

descarga a la salida en pie3/s carga diferencial en la compuerta del orificio = 0.20pies

Ao =

Área de la abertura en la compuerta del orificio en pie 2

Cd =

Coeficiente de descarga = 0.65 a 0.72

g=

Aceleración de la gravedad, 32.2 pies/s 2

Generalmente la toma y salidas son localizadas normales al eje del canal principal o padre. Como un resultado del paso del agua por la salida, se producen remolinos y perturbaciones correspondientes al flujo en la boca de la salida. Estos fenómenos afectan el caudal dentro de la salida y la intensidad de éstas perturbaciones son función de la velocidad del flujo en el canal.Para pequeñas aberturas de las compuertas, el coeficiente de descarga Cd se incrementa desde

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valores de 0.64 con una velocidad del canal de unos 0.3 m/s (1pie/s) hasta un valor de 0.69 para velocidades en el canal de unos 0.9 m/s (3 pie/s). Con grandes aberturas en las compuertas, el aumentar la velocidad en el canal cerca de la salida, disminuye el coeficiente de 0.74 a 0.3m/s hasta valores de 0.63 a 0.9 m/s. Debe admitirse un efecto contradictorio sobre la exactitud de la medición de las salidas con orificio de carga constante. Este efecto perjudicial es máximo en los mayores aberturas de los orificios. Por lo anterior, siempre que sea posible, debe proyectarse mantener velocidades bajas de flujo en la salida, especialmente si van a utilizarse mayores aberturas. Afortunadamente, la distribución normal de la velocidad en los canales proporciona velocidades relativamente reducidas cerca de las márgenes.

Dimensiones de una toma de orificio de cabeza constante

III.

PROCEDIMIENTO

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1. Se coloca una pieza con un orificio de 8mm a la probeta graduada para medir volumétricamente el caudal.

2. Se pone en marcha la bomba con bajo número de giros para cada altura indicada (60, 50, 40, 30, 20, 10).

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3. Se observa la probeta graduada para medir el caudal en cada altura determinada.

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4. se realiza el mismo procedimiento para la pieza de 5mm.

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IV.

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

En pruebas de laboratorio se ha demostrado que la velocidad de descarga de un orificio, se ve afectada por el tamaño del diámetro de salida y por la viscosidad del líquido. Vteor =

2 gh

Qt = Cd Ao Q = Cd. Qt

caudal teórico. caudal real.

En los dos diagramas anexos conseguidos con los datos reales en el laboratorio. -

Cd es mayor cuando el diámetro del orificio es menor.

-

Q teórico y Q real son mas paralelos en el orificio de 5mm.

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RESULTADOS EN CLASE: ORIFICIO DE DIAMETRO DE 8mm. H 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

A 5.02655E -05 5.02655E -05 5.02655E -05 5.02655E -05 5.02655E -05 5.02655E -05

Q

Q^2

7.2

51.84

6.7

44.89

6

36

5.3

28.09

4.3

18.49

3

9

Qt(m3/s eg) 0.000172 37 0.000157 36 0.000140 74 0.000121 89 9.9521E05 7.0372E05

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Qt(lit/mi Qt(lit/min n) )^2 Cd 10.34248 0.696157 18 106.96693 86 89.139108 0.709644 9.441351 7 2 8.444601 71.311286 0.710513 05 9 14 7.313239 53.483465 0.724713 04 2 08 5.971234 35.655643 0.720119 67 5 08 4.222300 17.827821 0.710513 53 7 14

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ORIFICIO DE DIAMETRO 5mm. H

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

A

1.9635E05 1.9635E05 1.9635E05 1.9635E05 1.9635E05 1.9635E05

Q

Q^2

3.1

9.61

2.8

7.84

2.4

5.76

2

4

1.5

2.25

0.9

0.81

Qt(m3/s Qt(lit/mi Qt(lit/min eg) n) )^2 Cd 16.321858 0.767320 3 66 6.7334E05 6.1467E05 5.4978E05 4.7612E05 3.8875E05 2.7489E05

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4.040031 97 3.688027 13.601548 0.759213 73 6 38 3.298672 10.881238 0.727565 29 9 45 8.1609291 0.700100 2.856734 4 18 2.332513 5.4406194 0.643083 54 3 08 1.649336 2.7203097 0.545674 14 1 09

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CONCLUCION:

-

Los datos obtenidos en el Cd cumplen con la condición ya que no sobre pasa la unidad en ninguna de las dos pruebas.

-

El caudal varía de acuerdo al diámetro del orificio y la altura.

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