MARCO TEORICO

DEFINICION

El orificio se utiliza para medir el caudal que sale de un recipiente o pasa a través de una tubería. El orificio en el caso de un recipiente, puede hacerse en la pared o en el fondo. Es una abertura generalmente redonda, a través de la cual fluye líquido y puede ser de arista aguda o redondeada. El chorro del fluido se contrae a una distancia corta en orificios de arista aguda

CLASIFICACIÓN DE LOS ORIFICIOS

1. Según el ancho de la pared

Orificios de pared delgada Es un orificio de pared delgada si el único contacto entre el líquido y la pared es alrededor de una arista afilada y e < 1.5d, como se observa en la (Figura b) ,Cuando el espesor de la pared es menor que el diámetro (e < d) no se requiere biselar, (Figura a.)

Orificios de pared gruesa La pared en el contorno del orificio no tiene aristas afiladas y 1.5d < e < 2d. Se presenta adherencia del chorro líquido a la pared del orificio.

2. Según la forma

Orificios circulares.

Orificios rectangulares.

Orificios cuadrados.

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3. Según sus dimensiones relativas

Según Azevedo, N y Acosta, A. Netto los orificios se pueden clasificar según sus dimensiones relativas así:

Orificios pequeños Si d < ⅓ H. Orificios grandes Si d > ⅓ H.

d : diámetro del orificio. H : profundidad del agua hasta el centro del orificio.

4. Según su funcionamiento

Orificios con descarga libre. En este caso el chorro fluye libremente en la atmósfera siguiendo una trayectoria parabólica.

Orificios con descarga ahogada. Cuando el orificio descarga a otro tanque cuyo nivel está por arriba del canto inferior del orificio, se dice que la descarga es ahogada. El funcionamiento es idéntico al orificio con descarga libre, pero se debe tener en cuenta que la carga Δh se mide entre la lámina de flujo antes y después del orificio.

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FLUJO POR UN ORIFICIO EN LA PARED DE UN TANQUE

Debido a la presión interior, por el orificio se producirá una descarga de agua, tanto mayor cuanto mayor sea el tamaño del orificio, en la dirección perpendicular a la pared. Lógicamente el fluido sale a través de toda la sección del orificio, pero en realidad la dirección de la velocidad en cada posición es distinta. En efecto, la forma de las líneas de corriente por el interior del tanque hace que en la sección del orificio el vector velocidad tenga en cada punto una componente radial hacia el eje. El conjunto de estas componentes hacen que la sección del chorro se reduzca en cierta medida tras pasar el orificio, hasta que las componentes radiales se contrarrestan entre sí. La zona del chorro en la que la sección es mínima se designa como vena contracta. El efecto de vena contracta es tanto más acusado cuantos más vivos sean los bordes del orificio por el interior del tanque, pues más dificultad tiene entonces las líneas de corriente para adaptarse a la geometría.

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MATERIALES Y EQUIPOS

EQUIPOS

Tanque de alimentación

Electrobomba centrífuga

Tanque de descarga

Cronómetro

Cinta Métrica.

Marca Stanley.

Apreciación 0,1 cm.

Capacidad 3 Metros.

Válvulas

MATERIALES

Jarra plástica

Cilindro graduado

Regla graduada de 30cm.

Apreciación 1mm.

Regla graduada de 60cm.

Apreciación 1mm.

Tubería

Agua

Manguera

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1- Se encendió la bomba de agua.

2- Se espera que el tanque de alimentación llene a una altura h1 cualquiera

3- Se mide esa altura con la cinta métrica que el tanque de alimentación

contiene.

4- Se espera que el chorro de agua que sale por el orificio se regule, luego se

toma la medida longitud horizontal de este chorro.

5- Se mide con la cinta métrica la altura que existía desde la superficie del

agua que se encontraba en el tanque de alimentación hasta el centro del

orificio de descarga.

6- Luego, realizamos el aforo con una jarra plástica, esta jarra se mete en el

chorro y justo en ese instante activamos el cronometro, la jarra se llena un

instante y al retirar la jarra se desactiva el cronometro.

7- Ese Volumen de agua que contiene la jarra es medido en un cilindro

graduado.

8- Todos los pasos que se hicieron anteriormente se repiten 4 veces más hasta

llenar totalmente el tanque.

9- Al estar llenado el tanque se procede a cerrar el orifico con un tapón y a

medir el tiempo que tarda el tanque al producirse la descarga , cuando el

agua pase por cada una de las lecturas anteriormente tomadas se tomara el

tiempo con el cronometro.

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TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Altura de Aforo Long del chorro y Tiempo de Vaciadoagua (cm) Volumen (ml) Tiempo (s) (m) (m) H (cm) T (seg)

25,5 449 1,24 0,742 0,76 62,7 044,5 470 1,09 0,973 0,825 48 60,9162,7 579 1,12 1,075 0,88 33 131,58

Calcular el gasto Q que pasa por el orificio para la altura medida y comparar con el

caudal de aforo.

Qaforo Qcal

0,0003621 0,00042870,00043119 0,000557040,00051696 0,00066121

Calcular la velocidad real (Vreal) para la altura (H) indicada.

Vreal Altura deagua (cm)

2,14729061 25,52,89571345 44,53,4723098 62,7

Medir la longitud del chorro (Lmed) y comparar con la longitud calculada

Lcal Long del chorro (m)

1,11215296 0,7421,43949149 0,9731,67131236 1,075

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Calcular el coeficiente de descarga (Cd) del orificio para un caudal de aforo y una

altura de carga H, comparar con el Cd teórico.

Nde Reynolds Cv teorico cd teorico cvcal

cd corregido cd orificio Qreal

44735,2210

2 0,96 0,61 0,84274663 0,51522732 0,33624912 0,000395459096,1927

7 0,98 0,6 0,80292664 0,46444648 0,33073684 0,0004941270147,6728

1 0,99 0,6 0,723608 0,46910611 0,33073684 0,00058909

Trazar las siguientes curvas:

.1. Cauda real (Qreal) vs altura (H).

0.00035 0.0004 0.00045 0.0005 0.00055 0.0006 0.000650

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Caudal Real Qreal (m3/s) vs Altura H (m)

Qreal (m3/s)

Altu

ra H

(m)

.2. Longitud real (Lreal) vs altura (H).

10

0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.650

0.20.40.60.8

11.21.41.6

Longitud Real Lreal (m) vs Altura H (m)

.3. Tiempo (t) vs altura (H), para el vaciado del tanque.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

100

200

300

400

500

600

Tiempo (t) (seg) vs Altura (H) (m)

Altura (H) (m)

Tiem

po (t

) (se

g)

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DEFINIR:

TIPOS DE ORIFICIOS

En función del grueso de la pared pueden ser:

De pared delgada: Si el contacto de la vena líquida con la pared tiene lugar en una línea EL grosor de pared es menor que 4 ó 5 centímetros.

De pared gruesa : Si el contacto es en una superficie.

Según el tamaño relativo de la carga:

Pequeños orificios, carga h relativamente grande con respecto a la dimensión vertical del orificio

Grandes orificios, en caso contrario.

Según su funcionamiento hidráulico:

Orificios con desagüe libre, desaguan al aire libre. Orificios sumergidos, desaguan bajo el nivel estático o casi estático de un

segundo depósito .es decir, cuando el nivel del líquido en el canal de salida o recipiente inferior está por arriba de la arista o borde superior del orificio.

Orificios parcialmente sumergidos seguidos de canal, el desagüe no es totalmente libre por estar seguidos de un canal en funcionamiento.

Orificios sin velocidad inicial Orificios con velocidad inicial, las dimensiones del depósito, canal o embalse

donde se halla el orificio son relativamente pequeñas y el agua circula con una velocidad digna de consideración.

Según el tipo de contracción:

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Orificios de contracción completa, los filetes líquidos que ocupan la periferia del orificio provienen de las zonas próximas a las paredes interiores

Orificios con contracción incompleta, se hacen coincidir uno o más lados del orificio con las paredes laterales y desaparece la contracción en ése o esos lados

Orificios con contracción imperfecta, el orificio está cerca pero no coincide con la pared.

Orificios sin contracción, los filetes se adaptan a la curvatura del orificio, como son los orificios en los que no hay aristas

FORMULAS EMPLEADAS

Qaforo=Vol / t

Cd=Cv∗Cc

Qcal=Cd∗Ao∗√2gh

Cd (corregido)=Qmed / Ao∗√ 2gh

Vreal=√2 gh∗Cv

Lcal=X=Vreal/√ g/2 y

tcal=(2 A /Cd∗Ao∗√2 g)∗(√ h−√ h1)

Qreal=Qaforo+Qcal /2

Lreal=Lmed+Lcal /2

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NOMENCLATURA

Qaforo: Caudal de aforo (m3/seg ).

Qcal: Caudal calculado (m3/seg ).

Qreal: Caudal real (m3/seg ).

Lmed: Longitud medid (m).

Lcal: Longitud calculada (m).

Lreal: Longitud real (m).

Cd: Coeficiente de descarga (adimensional).

Cv: coeficiente de velocidad (adimensional.

Cc: coeficiente de contracción (m).

Vreal: Volúmen real (m3).

A: Área del orificio (m2).

Ao: Área del orificio (m2).

V: Volúmen (m3).

T: Tiempo (seg).

H= Altura a partir del centro del orificio (m).

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EJEMPLOS DE CÁCULOS

Caudal de aforo

Para el ensayo 1:

Qaforo (1) = (449 L / 1,24 seg) /1000000, Qaforo (m3) = 0.0003621m3/seg

Caudal calculado

Para ensayo 1:

Qcal (1) = 0.61 * 3.142x10^(-4) * √2∗9.81∗0.255

Qcal (1) = 0,0004287m3/seg

Velocidad real

Para ensayo 1:

Vreal (1) = √2∗9.81∗0.255 * 0.96

Vreal (1) = 2.1473 m/seg

Coordenada en X

Para ensayo 1:

Lcal (1) = 2.1473 / √(9.8/2∗0.76)

Lcal (1) = 1,1122 m

Coeficiente de descarga

Para ensayo 1:

Cd (1) = 0,0003621/ 3.142x10^(-4) *√2∗9.81∗0.25515

Cd (1) = 0.5152

Tiempo de vaciado

Para ensayo 1:

Tcal (1) = ( 2 * 0.256 / 0.61 * 3.142x10^(-4) * √2∗9.81 ) * (√0.48– √0.33¿Tcal (1) = 71,38 seg.

ESQUEMA DE EQUIPO

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TANQUE DE LIMENTACION

TANQUE DE DESCARGA MOTOBOMBA

CONCLUSIONES

Se logro el objetivo de la práctica, tanto teóricamente, como experimentalmente demostrándose la relación entre la altura y el caudal que sale por el orificio, donde se pudo observa que mientras mayor es la altura mayor es el caudal que sale por el orificio.

Así como a mayor altura, mayor caudal, también ocurre con la velocidad, según los datos obtenidos en el laboratorio y aplicando formulas hidráulicas pudimos determinar que la altura es inversamente proporcional a la presión originando así un incremento o decremento de la velocidad en la salida del orificio al variar la altura, en nuestro ensayo obtuvimos una longitud de chorro de agua más larga a medida que se aumenta la altura.

Las comparaciones entre el caudal de aforo y los cálculos numéricos podrían presentarse con una diferencia, esto es debido al factor humano ya que pueden pudieron existir errores a la hora de realizar las mediciones y a la existencia de filtraciones en el sistema utilizado para realizar esta práctica.

RECOMENDADCIONES

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ORIFICIO

Se recomienda un mantenimiento al aparato en el cual se realizo la practica ya que este presentaba fallas en la misma, como fugas de aguas en la esquinas de las soldaduras el cual pudo haber alterado nuestro ensayo de laboratorio.

BIBLIOGRAFIA

BOU GHANNAM, Mounir. 2007. “Laboratorio de Hidráulica”.

Universidad de Oriente. Venezuela

GONZALEZ, Luis. 2000. “Curso de Hidráulica de Canales Abiertos”.

Universidad de Oriente. Venezuela.

SCRIBD, “Descarga por Orificio”; Mauricio gutierre.

<http://es.scribd.com/doc/68490815/Descarga-Por-Orificios>

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