Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

3 e r s e m e s t r e

Hidrulica bsica

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

Laboratorio de Hidrulica Ing. David Hernndez Hueramo

Manual de Prcticas de Laboratorio Hidrulica Bsica 3er Semestre

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5. DESCARGA A TRAVS DE ORIFICIOS

Objetivos

Determinar experimentalmente el gasto y los coeficientes de descarga, contraccin y velocidad para un orificio con carga constante.

Aplicacin Para hacer uso del agua, generalmente se requiere almacenarla en depsitos de tal manera

que podamos extraer la cantidad que necesitemos y en el momento que deseemos, por lo

que para poder hacerlo, se provee al depsito de dispositivos que nos permitan lograr su

extraccin de manera adecuada, ya sea por medio de conectar una tubera o conducto

cerrado al depsito o por medio de un orificio en una pared o el fondo de ste. La pregunta

lgica que surge es Cunta agua se puede extraer con un orificio de un determinado

tamao?, o bien De que tamao debe ser el orificio para extraer una determinada cantidad

en un determinado tiempo (caudal)? o tambin, si el nivel del agua no es constante en el

depsito Cunto tarda en vaciarse?, lo cual se podr contestar con el desarrollo de sta

prctica.

Definiciones, frmulas y unidades a utilizar Orificio.- Es una abertura de forma regular, relativamente pequea, que se practica en la

pared de un recipiente con el objeto de extraer un gasto.

H Area del orificio (A)Area contraida (Ac)

Velocidad media (V)

gHCvV 2= 5.1

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El coeficiente de velocidad se puede obtener experimentalmente de la siguiente forma:

o V x

1

y

En el origen (o), las componentes de las velocidades son:

0=Vy VVx = (Vx se mantiene constante en todas las direcciones) En el punto 1 se tiene:

txVx = (en movimiento uniforme, distancia entre tiempo),

Tambin:

2

21 gty = (cada libre de la partcula)

y en estas dos direcciones se tiene lo siguiente:

XVxt =

gyt 2=

Combinando las ecuaciones se tiene:

gy

Vx 2=

o bien:

ygxV

2

2

= 5.2

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Igualando con la ecuacin de velocidad a travs de un orificio y despejando el coeficiente de velocidad, se obtiene la siguiente expresin:

HyxCV 4

2

= 5.3

As entonces, midiendo las coordenadas (x , y) en un punto de la trayectoria del chorro y la carga H sobre el orificio, se puede obtener el coeficiente de velocidad.

Para el coeficiente de descarga se involucra el gasto medido fsicamente en el dispositivo y el gasto aplicando la ecuacin de continuidad afectando ste ltimo por el coeficiente de descarga de la siguiente manera:

t

VolQR = 5.4

gHAQ OrifT 2= 5.5 TdR QCQ = 5.6

( )tgHA VolgHA tVol

QQC

OrifOrifT

Rd 22

=== 5.7

En las frmulas anteriores se tiene que:

Cd = Coeficiente de descarga (adimensional) y es igual a:

V

dCVCd C

CCCCC ==

Cc = Coeficiente de contraccin (adimensional).

H = Energa total disponible (m o metros columna de agua [m.c.a.])

g = Aceleracin de la gravedad = 9.81 m/s2

t = Tiempo (s)

V = Velocidad (m/s)

Q = gasto o caudal (m3/s)

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Procedimiento 1. Instalar el orificio que se va a ensayar y mantener la carga constante al mximo nivel

posible. 2. Una vez que el flujo se estabiliza, medir la carga sobre el orificio. 3. Medir las coordenadas de un punto en la trayectoria del chorro a cada libre. 4. Medir con el tanque de aforos volumtricos, el gasto del chorro. 5. Repetir el procedimiento anterior para diferentes cargas (7 cargas mnimo), consignando

los valores obtenidos en la tabla 5.1

Actividades

1. Construir una grfica de valores Cd, Cv y Cc contra nmero de Reynolds. 2. Observar la contraccin del chorro a la salida del orificio y explicar a que se debe este

fenmeno. 3. Si el orificio tuviera una arista redondeada, cmo sera la contraccin?

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TABLA 5.1

(1)

Carga

(2)

Gasto Volumtrico

(3)

Velocidad terica

(4)

Gasto terico

(5)

Coeficiente de

descarga

(6)

Coordenadas

(7) Coeficiente

de velocidad

(8) Coeficiente

de contraccin

(9) Numero de Reynolds

H (m)

h (m)

Vol=Ah (m3)

t (s) t

VolQ =(m3/s)

gHVt 2= (m/s)

gHAQt 20=(m3/s) t

d QQC = x y

yHxCv 4

2

=V

dc C

CC = e VDR =

Nombre del alumno: . Semestre: Seccin: N de equipo: Laboratorista: .

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