Práctica 3 Orificios - Facultad de Ingeniería

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
SEMESTRE 2009-1
LABORATORIO DE HIDRÁULICA
HIDRÁULICA BÁSICA
Práctica 3 Orificios
M. I. Isis Ivette Valdez Izaguirre
www.ingenieria.unam.mx/hidrounam
OBJETIVOS
Orificio de fondo bajo carga variable
H A = ________ m
H E =________ m
Observar la descarga de un orificio de pared delgada y
analizar el coeficiente de descarga y el gasto para diferentes
cargas sobre el orificio.
Tiempo de vaciado: t m = _________ s
ANTECEDENTES
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
•
•
•
Concepto de gasto o caudal
Ecuación de continuidad
Ecuación de la energía
Orificios de pared delgada
Coeficientes de velocidad, contracción y
descarga del orificio de pared delgada.
•
D0 = 0.0127 m;
DESARROLLO
Orificio lateral bajo carga constante
1. Establecer un nivel de agua con el aliviadero de carga
constante, como se muestra en la figura 1, y medir:
•
La carga H , en m, desnivel entre el centroide del
orificio y la superficie del agua en el tanque;
•
La distancia horizontal x , en m, entre la sección
contracta y el centro del chorro que choca en el piso;
•
El tiempo t a en que se llena un volumen Vol en la
probeta, en s y m3 respectivamente.
2. Repetir el procedimiento del inciso 1 para cuatro
diferentes niveles de agua en el tanque.
3. Registrar la temperatura del agua en °C.
Orificio de fondo bajo carga variable
4. Marcar los niveles correspondientes a una carga máxima
H A y a una carga mínima H E , en m, como se muestra
5.
6.
Flexómetro
Cronómetro
Probeta
Termómetro.
y = 0.97 m
Figura 1. Vista en elevación del depósito bajo carga constante
en la figura 2. Cerciorarse que la carga mínima H E
quede por encima de los tranquilizadores.
Obturar el orificio lateral y llenar el tanque hasta una
carga mayor a H A .
Retirar el aliviadero de carga constante y medir el tiempo
de vaciado t m entre las cargas H A y H E , en s.
REGISTRO DE DATOS
Orificio lateral bajo carga constante
x
H
Evento
m
m
Vol
m3
1
2
a = 0.30 m;
b = 0.45 m;
3
4
d 0 = 0.032 m
5
Temperatura del agua:
ta
s
T =_____°C
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Figura 2. Vista en planta y elevación del depósito bajo carga variable.
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SEMESTRE 2009-1
Q del orificio.
MEMORIA DE CÁLCULO
Orificio lateral bajo carga constante
1. Para cada carga calcular:
a) El gasto Qvol , en m3/s, mediante la ecuación siguiente
Vol
ta
b) La velocidad del chorro en la sección contracta, en m/s,
con la ecuación de la trayectoria parabólica
Qvol =
x2 g
2y
V =
c) La velocidad teórica del chorro, en m/s, según Torricelli
VT = 2 g H
d) Los coeficientes experimentales adimensionales que se
mencionan abajo, mediante las ecuaciones que aparecen a
su lado:
V
• de velocidad C v =
2gH
• de descarga C d =
Orificio de fondo bajo carga variable
6.
Qvol
Ao
2g H
C
• de contracción C c = d
Cv
v E volumen en el tanque, en m3, hasta el nivel H E
3
QA gasto que descarga el orificio de fondo , en m /s, con la
e) El diámetro Dc de la sección contracta del orificio
circular con la expresión:
Dc =
f) El número de Reynolds
2 g H D0
ν
del chorro
descargado, donde ν es la viscosidad cinemática del agua,
en m2/s, y se obtiene de la figura 1.8 de la referencia 1.
2.
3.
Q = C d A0
2gH
donde
C d coeficiente de descarga, adimensional
A0
g
4.
7.
área del orificio lateral, en m2
aceleración de la gravedad, en m/s2.
Calcular el error relativo e, en por ciento, entre los gastos
obtenidos en el inciso 1a y el inciso 3 mediante la
expresión siguiente:
e =
Qvol − Q
Qvol
× 100
e=
tm − t
tm
× 100
REFERENCIA
1.
2.
Sotelo, A. G., Hidráulica General, Editorial Limusa,
México 2001.
http://es.wikipedia.org
CUESTIONARIO
1.
2.
3.
4.
5.
5.
2g HA
Comparar el tiempo de vaciado medido tm con el
calculado t en el inciso 6 y determinar el error relativo
entre ambos mediante la ecuación
Obtener los coeficientes de contracción, velocidad y
descarga con ayuda de la figura 6.4 de la referencia 1.
Con los coeficientes de descarga obtenidos en el inciso 2
correspondientes a las cargas medidas, calcular el gasto
Q que descarga el orificio, en m3/s, mediante la ecuación
Q = C d A0
carga H A
3
Q E gasto que descarga el orificio de fondo, en m /s, con la
carga H E
Q = C d A0 2 g H E
C c D0
Re =
Calcular el tiempo de vaciado t, en s, según la ecuación
6.40b de la referencia1
νE ⎞
⎛ νA
⎟
t = 2 ⎜⎜
−
⎟
Q
Q
E ⎠
⎝ A
donde
ν A volumen en el tanque , en m3, hasta el nivel H A
¿Cómo varía el coeficiente de descarga cuando el número
de Reynolds aumenta?
¿Es correcto considerar el coeficiente de descarga
constante cuando la carga es variable?, ¿Por qué?
¿Qué error corrige el coeficiente de velocidad en la
ecuación de Torricelli?
¿Qué fuerza del flujo es la más importante en la descarga
de un orificio?
¿A qué atribuye que exista una sección contracta en el
orificio?
Dibujar en papel milimétrico las curvas de gasto Qvol y
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Cv
Cv
Cc
Cc
Cd
Cd
Re =
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VD
ν
=
2 gH D
ν
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