PRÁCTICA No. 6 “Gasto a través de un orificio”

Laboratorio de Hidráulica I
Práctica No. 6.. “Determinación del gasto en un orificio”
PRÁCTICA No. 6
“Gasto a través de un orificio”
OBJETIVO: “Determinar el gasto que fluye a través de un orificio y su coeficiente de
descarga”.
ORIFICIOS
En la figura 6.1 se muestran las características que presenta el paso de un gasto a
través de un orificio de pared delgada.
Figura 6.1. Orificio de pared delgada.
La ecuación general de los orificios de pared delgada es:
Q = CdA 2 gH
(6.1)
donde H es la profundidad a la cual se encuentra el punto medio del orificio cuando
la presión atmosférica y la velocidad de llegada del fluido al orificio es despreciable.
Cuando esto último no ocurre, estos valores deben considerarse mediante la
ecuación de la energía:
V2 p
E=H+ O + O
(6.2)
2g γ
COEFICIENTES DE GASTO, VELOCIDAD Y CONTRACCIÓN
El coeficiente Cd (coeficiente de gasto o de descarga) está conformado por el
coeficiente de velocidad (Cv) y por el coeficiente de contracción (Cc):
Cd = CcCv
(6.3)
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Estos tres valores dependen directamente del número de Reynolds y consideran las
pérdidas producidas en su trayectoria y la contracción del chorro de agua. La
magnitud de cada uno de los coeficientes anteriores pueden determinarse mediante
la gráfica siguiente:
Figura 6.2. Variación de los coeficientes de velocidad, contracción y gasto.
ORIFICIOS DE GRANDES DIMENSIONES O CARGAS PEQUEÑAS
Cuando los orificios presentan cargas hidráulicas pequeñas (a/H o D/H entre 2 y 1)
es necesario emplear la ecuación siguiente:
Q' '
1 D
φ=
= 1−
Q
128  H 
2
(6.4)
Para la expresión anterior Q’ es el gasto real vertido tomando en cuenta una carga
hidráulica muy pequeña y Q es el gasto generado considerando únicamente la
ecuación 1.
CONTRACCIÓN INCOMPLETA
Es necesario considerar que en ocasiones los orificios no presentan una contracción
completa, este fenómeno se presenta cuando:
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o 3a.
a) Las paredes o el fondo del canal se encuentran a distancias inferiores a 3D
b) El extremo del recipiente coincide con una arista del orificio.
En ambos casos es necesario determinar un nuevo coeficiente de gasto:
2

 Ao  
 
Cd = Cdo 1 + 0.641
A

 T  
(6.5)
En la ecuación anterior, el valor del coeficiente CdO se obtiene con la gráfica 1 y las
áreas AO y AT se refieren al área del orificio y al área total de la pared que contiene al
orificio respectivamente.
EJEMPLO
Determinar el gasto que fluye a través de un orificio que presenta un diámetro de
0.50 m y una altura del agua por encima del extremo superior de 0.40 m. Considerar
que el orificio está alojado en una pared de 3.0 m de ancho.
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Determinar las características geométricas del orificio.
2. Generar un flujo de agua a través de un orificio y variar el gasto en distintas
ocasiones.
3. Determinar los tirantes generados con cada corrida.
4. Medir cada uno de los gastos generados mediante los tubos venturi.
CONTENIDO DEL REPORTE DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Determinar los coeficientes de gasto, velocidad y contracción
correspondientes para cada una de las corridas.
2. Calcular el gasto empleando los coeficientes determinados.
3. Calcular el gasto real que fluye a través de cada orificio mediante los tubos
venturi.
4. Comparar los gastos reales (medidos en el venturi) contra los gastos
calculados con los coeficientes determinados.
5. Conclusiones de la realización de la práctica.
Fecha de entrega del reporte: el día de la realización de la siguiente práctica.
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