Orificios y vertedores - Página DICyG

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
LABORATORIO DE HIDRÁULICA
HIDRÁULICA BÁSICA
PRÁCTICA 3
ORIFICIOS Y VERTEDORES
LABORATORIO
DE HIDRAULICA
OBJETIVO
Analizar la descarga de un orificio de pared delgada y medir sus
características hidráulicas.
Analizar la descarga de un vertedor triangular de pared delgada.
ANTECEDENTES
Ð
Ð
Ð
Ð
Ð
Ecuación de continuidad.
Ecuaciones de gasto para orificios y vertedores de pared delgada.
Ecuación de Bernoulli.
Coeficientes de gasto para orificios y vertedores.
Ecuación de gasto para vertedores de sección triangular.
Figura 2. Depósito bajo carga constante
DESARROLLO
Orificio lateral con carga constante
Vertedor triangular
1. Medir el diámetro D0 del orificio, en m
D0 = ____________ m
1. Medir las características geométricas del vertedor y del tanque
aforador, como se muestra en la figura 3.
2. Establecer un gasto con el vertedor de carga constante y medir:
B =__________m
a. Carga H sobre el orificio, en m, como el desnivel entre la
superficie libre del agua y el centro de gravedad del
orificio.
b. El volumen Vol en la probeta, en m3 y tiempo de aforo ta
en s.
a =__________m
l =__________m
3. Repetir el procedimiento para cuatro diferentes gastos.
θ = 60 °
4. Registrar la temperatura T del agua, en oC.
T = ___________ °C
Evento
1
2
3
4
5
H (m)
Vol (m3)
ta (s)
Figura 3. Estructura de vertedor
triangular con tanque aforador
2.
Medir el nivel de la superficie libre del agua en la cresta del
vertedor NC con el limnímetro de gancho.
NC = __________m
Figura 1. Descarga a través del orificio
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3.
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Establecer un gasto, medir el nivel de la superficie libre del
agua sobre el vertedor NSA, y tomar el tiempo de llenado t, en el
tanque de aforo para una altura Δz fija. Repetir para cuatro
gastos más.
4.
Calcular el error en porciento entre los gastos obtenidos en el
inciso 1a y el punto 3.
e =
5.
Qvol - Q
× 100%
Qvol
Dibujar en papel milimétrico las curvas de gastos Qvol-H y Q-H.
Vertedor triangular
6.
a. El gasto aforado en el tanque como:
Vol
Qvol =
,
Vol = a × l × Δz
t
donde
Figura 4. Vertedor triangular
Evento
1
2
3
4
5
NSA (m)
Δz (m)
Calcular para cada evento:
Δz
b. El coeficiente de descarga experimental Cexp con el gasto
obtenido en el inciso anterior.
Q
Cexp = vol
5
h 2
donde
h carga sobre el vertedor en m, como
h = |NSA-NC|
MEMORIA DE CÁLCULO
Orificio lateral con carga constante
1. Calcular para cada carga:
a. El gasto aforado volumétricamente, en m3/s.
Vol
Qvol =
ta
c. El coeficiente de descarga C con la expresión de la
Universidad Católica de Chile
8
⎛θ ⎞
C=
2 g tan ⎜ ⎟ μK
15
⎝2⎠
donde
b. El coeficiente experimental de gasto o descarga
Qvol
C d exp =
A0 2 gH
g
donde
A0 área del orificio, en m2.
θ
μ
c. El número de Reynolds
Re =
donde
K
2 gH D0
ν
B
ν viscosidad cinemática del agua, en m /s,
2
3.
Q = Ch
Obtener a partir del número de Reynolds y la figura 6.4 de la
referencia 1, el coeficiente de gasto Cd.
coeficiente de gasto, adimensional
área del orificio lateral, en m2
aceleración de la gravedad, en m/s2
carga o desnivel entre la superficie libre y el centro de
gravedad del orificio, en m
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5
2
donde
Q
Calcular el gasto Q del orificio, en m3/s, correspondiente a la
carga medida, con el coeficiente de descarga obtenido en el
inciso anterior.
Q = Cd A0 2 gH
donde
Cd
A0
g
H
aceleración de la gravedad, en m/s2
ángulo en el vértice del vertedor de aforo
coeficiente experimental que depende de h y θ,
según la figura 7.9 de la referencia 1
coeficiente que depende de B/h, según la figura
7.10 de la referencia 1
ancho del canal de aproximación
d. El gasto Q
Consultar la figura 1.8 de la referencia 1.
2.
gasto volumétrico, en m3 / s
volumen de agua en el tanque, en m3
tiempo de aforo, en s
dimensiones de ancho y largo del tanque de
aforo del vertedor triangular, en m.
altura de llenado del tanque, en m
Qvol
Vol
T
ayl
t (s)
C
h
gasto del vertedor triangular, en
m3/s.
coeficiente de descarga, en m
1/2
/s.
carga en el vertedor, en m
e. Calcular el error en porciento entre los gastos de los incisos
6.a y 6.b
Qvol - Q
e =
× 100%
Qvol
7.
Dibujar la curva de gastos Q - h del vertedor.
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INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Ð
Ð
Ð
Ð
Ð
Flexómetro
Cronómetro
Vernier
Probeta
Termómetro
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Sotelo A., G. Hidráulica General, Ed. Limusa, México, 1994.
2. Mataix C. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas, Ed.
Harla, México, 1990.
CUESTIONARIO
Figura 7.10. Valor de K en la formula de la Universidad Católica de
Chile para vertedores triangulares. (Referencia 1)
1. ¿Porque el chorro descargado experimenta una contracción a la
salida del orificio?
2. ¿Qué efectos están considerados en el coeficiente de gasto del
orificio y del vertedor?
3. En la ecuación de gasto ¿Cómo se considera la carga de velocidad
en el canal de aproximación en el vertedor?
4. ¿A qué se debe la diferencia en la forma de las curvas de gastos
del orificio y del vertedor?
5. ¿En qué casos utilizaría el vertedor para aforar el gasto y en cuales
el orificio?
Figura 7.9. Coeficiente de gasto µ de vertedores triangulares en la
formula de la Universidad Católica de Chile. (Referencia 1)
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Figura 6.4. Variación de los coeficientes de velocidad, contracción y gasto con el número de Reynolds en un orificio circular. (Referencia 1)
Figura 1.8. Viscosidad cinemática del agua y del aire a la presión atmosférica del nivel del mar. (Referencia 1)
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