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ORIFICIOS PARA UN SISTEMA DE TUBERIA, Ejercicios de Hidráulica

INFORME DE ORIFICIOS HIDRAULICA

Tipo: Ejercicios

2021/2022

Subido el 27/09/2023

juliana-soler-quiroga
juliana-soler-quiroga 🇨🇴

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LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE SISTEMAS A PRESIÓN
ORIFICIOS DE DESCARGA LIBRE
INFORME
ISIS DAYAN VILLAMIL MORALES
JAIRO ALBERTO AGUILAR GUTIÉRREZ
SERGIO EDUARDO REY RODRÍGUEZ
PAULA ALEJANDRA BOCANEGRA DÍAZ
SANTOS RODRIGUEZ JUAN MANUEL
ING. JORGE ALEJANDRO GÓMEZ MARTÍNEZ
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO
PROGRAMA DE INGENIERÍAAMBIENTALE INGENIERIACIVIL
BOGOTÁ D.C., 29DE OCTUBREDE 2021
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LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE SISTEMAS A PRESIÓN

ORIFICIOS DE DESCARGA LIBRE

INFORME

ISIS DAYAN VILLAMIL MORALES

JAIRO ALBERTO AGUILAR GUTIÉRREZ

SERGIO EDUARDO REY RODRÍGUEZ

PAULA ALEJANDRA BOCANEGRA DÍAZ

SANTOS RODRIGUEZ JUAN MANUEL

ING. JORGE ALEJANDRO GÓMEZ MARTÍNEZ

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL E INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C., 29 DE OCTUBRE DE 2021

Contenido

  • INTRODUCCION.........................................................................................................................
  • OBJETIVOS..................................................................................................................................
  • MARCO TEÓRICO.......................................................................................................................
  • MONTAJE EXPERIMENTAL......................................................................................................
  • EQUIPOS E INSTRUMENTOS....................................................................................................
  • PROCEDIMEINTO.......................................................................................................................
  • DATOS MEDIDOS.......................................................................................................................
  • CALCULOS.................................................................................................................................
  • ANALISIS E INTERPRETACION DE DATOS.........................................................................
  • CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................................................
  • BIBLIOGRAFIA..........................................................................................................................

Velocidad real. vt = Cv √ 2 ∗ gH Ec. ( 3 ) El coeficiente Cv se obtiene de forma experimental, es adimensional y tiene un valor cercano a la unidad, este factor toma en consideración factores omitidos anteriormente como pérdidas de energía y factor de corrección de energía cinética. Coeficiente de descarga.

Cd = Cc Cv Ec. ( 4 )

Coeficiente Vc.

Vc =

− g x

2

2 y

Ec. ( 5 )

Caudal evacuado para un orificio: Q = Cd Ao √ 2 gH Ec. ( 6 )

Ilustración 1. Gráfica para coeficientes en función del número de Reynolds. Cuando se vacía un depósito, la altura de la lámina de agua por encima del orificio de descarga es variable, por lo tanto, en un instante de tiempo el caudal es: Caudal salida para cualquier instante de tiempo: Q = Cd Ao √ 2 gy Ec. ( 7 ) Donde ‘y’ representa la carga variable por encima del orificio. Intervalo de tiempo dt en función de dy:

dt =

At dy

Cd AO √ 2 gy

Ec. ( 8 )

Al integrar la expresión anterior de obtiene. Tiempo total de evacuación:

T =

√^2 g^

∗ AT

Cd AO

H^ a Ec^. (^9 )

Despejando dt y haciendo factor (^) √ 2 gY ya qué la gravedad y carga ‘y’ es igual en los 3 orificios.

dt =

AT d y

( Cd 1 Ao 1 + Cd 2 Ao 2 + Cd 3 Ao 3 )∗√^2 gY^

Ec. ( 11 )

dt =

AT d y

( Cd 1 Ao 1 + Cd 2 Ao 2 + Cd 3 Ao 3 )∗√^2 gY^

Ec. ( 12 )

T =

√ 2 g

∗ AT

( Cd 1 Ao 1 + Cd 2 Ao 2 ) √ Ha Ec^. (^13 )

T =

√^2 g

∗ AT

( Cd 1 Ao 1 + Cd 2 Ao 2 + Cd 3 Ao 3 ) √ Ha Ec^. (^14 ) MONTAJE EXPERIMENTAL Ilustración 4. Esquema general del montaje experimental.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS....................................................................................................

Esquema general del montaje Tablero de mediciones

a. Destapar uno de los orificios. b. Determinar tiempo de evacuación del depósito hasta el punto de centro de gravedad del orificio.

  1. Llenar el tanque hasta el nivel máximo. a. Destapar al tiempo los 3 orificios de sección circular. b. Determinar tiempos para: i. Evacuar el volumen que se encuentra por encima del centro de gravedad del orificio ubicado en la parte superior. ii. Evacuar el volumen entre el centro de gravedad del orificio superior y el del medio. iii. Evacuar el volumen encima del orificio inferior. iv. Evacuado todo el depósito con los 3 orificios.

DATOS MEDIDOS.......................................................................................................................

A continuación, se presentan los registros tomados en el laboratorio:

D 1 =1,56 cm .D 2 =1,54 cm.D 3 =1,53 cm. ATanque = AT = 33 cm x 73 cm = 2409 c m^2

Calibración de orificios: Orificio 1 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Tiempo (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volumen (ml) 1,91 420 2,47 480 2,68 570 2,61 570 2,01 440 2,56 510 2,63 550 1,9 410 2,14 450 2,56 500 3,54 740 3,22 720 Coordenadas tiro parabólico – Orificio 1 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 X Y X Y X Y X Y 13,3 3,8 13,3 5,6 13,4 6,1 13,4 3, 22,4 11,8 18,5 13,1 20,8 13,6 23,5 11, 30,7 21,5 23,5 20,1 24,1 18,7 33,8 24, 38,7 33,6 28,7 29,8 28,7 28,5 39,7 34, Orificio 2 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Tiempo Volumen Tiempo Volumen Tiempo Volumen Tiempo Volumen

(s) (ml) (s) (ml) (s) (ml) (s) (ml) 1,91 680 3,96 540 1,47 450 1,16 400 1,91 680 3,96 540 1,47 450 1,16 400 1,91 680 3,96 540 1,47 450 1,16 400 Coordenadas tiro parabólico – Orificio 2 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 X Y X Y X Y X Y 12,9 2,5 13,3 1,9 11,4 2,1 15,5 2, 22,7 4,8 24,6 5,9 21 4 25,9 5, 32,3 9,2 33,6 9,1 32,2 8,1 36,2 10, 41,8 15,1 47,9 13,8 40,3 13,5 46,1 17, Orificio 3 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Tiempo (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volumen (ml) 0,82 340 1,06 410 1,2 430 1,41 490 0,61 330 1,01 390 0,94 400 1,36 460 1,1 470 1,19 470 0,85 360 1,45 510 Coordenadas tiro parabólico – Orificio 3 Q1 Q2 Q3 Q X Y X Y X Y X Y 11,3 1 10,6 1,3 9,2 0,9 9,7 0, 20,8 2,8 22,3 3,3 24,9 3,5 25,3 3, 32,2 6,1 34,4 7,1 34,6 6,9 31,6 8, 52,2 11 45,9 12,5 42,4 9,7 51,1 14, Tiempo de descarga: Un orificio n t [s] 1 218, 2 218, 3 218,

CALCULOS.................................................................................................................................

COMPROBACIÓN DE TRAYECTORIA PARABÓLICA

METODO 1 REGRESIÓN CUADRÁTICA

Primero se ubican los puntos en un plano cartesiano para este caso se utilizarán los de orificio 1 caudal 1 15 20 25 30 35 35 30 25 20 15 10 5 0 Luego se realiza una regresión cuadrática con ayuda del programa Wolfram Mathematica obteniendo

Se grafican los puntos y la función 15 20 25 30 35 35

MÉTODO 2 INTERSECCIÓN DE DOS CURVAS

Partiendo de valores x , y conocidos y Cv Se determina la velocidad real

V (^) r = Cv √ 2 gh Para el orificio 1

x =0.387 ; y =0.

V (^) r =0.956 (^) √ 2 ( 9.81 ) 0.094=1.

m

s

La función que describe ese movimiento sería

y = x tan θ −

g x

2

2 V r

2

cos

2

y = x tan 0 −

(9.81) x

2

2 (^ 1.30)

2

cos

2

Quedando así la gráfica

Al igualar las 2 ecuaciones se obtiene el punto de intersección

x =0.

Cálculo de áreas

Ao =

π D

2

A 1 =

2

=1,9113 c m

2

A 2 =

2

=1,8227 c m

2

A 3 =

2

1,8385 c m

2 Calibración de orificios: Primero se realiza el criterio de Chauvenet para descartar los datos que no son confiables o que pudieron tener un error en su toma de datos en el respectivo laboratorio: CRITERIO DE CHAUVENET (Datos tomados en Lab) – Orificio 1 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Tiemp o (s) Volume n (ml) Tiemp o (s) Volume n (ml) Tiempo (s) Volume n (ml) Tiemp o (s) Volume n (ml) 0,82 340 1,06 410 1,2 430 1,41 490 0,61 330 1,01 390 0,94 400 1,36 460 1,1 470 1,19 470 0,85 360 1,45 510 ā 0,

μ 0,246 78,102 0,093 41,633 0,182 35,119 0,045 25, Z 3 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,

O rificio 1

O rificio 2

CRITERIO DE CHAUVENET (Datos tomados en Lab) – Orificio 1 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Tiemp o (s) Volume n (ml) Tiemp o (s) Volume n (ml) Tiempo (s) Volume n (ml) Tiemp o (s) Volume n (ml) INTERVALO DE CONFIANZA Inferior 0,

Superior 1,

Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok Teniendo en cuenta que los valores tomados se encuentran dentro del intervalo de confianza se puede decir que los datos tomados en el laboratorio son representativos para la muestra de orificio

CRITERIO DE CHAUVENET (Datos tomados en Lab) – Orifico 2 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Tiemp o (s) Volume n (ml) Tiemp o (s) Volumen (ml) Tiempo (s) Volume n (ml) Tiemp o (s) Volume n (ml) 1,91 680 3,96 540 1,47 450 1,16 400 1,91 680 3,96 540 1,47 450 1,16 400 1,91 680 3,96 540 1,47 450 1,16 400 ā 1,

μ 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0, Z 3 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1, INTERVALO DE CONFIANZA Inferior 1,

Superior 1,

Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok Teniendo en cuenta que los valores tomados se encuentran dentro del intervalo de confianza se puede decir que los datos tomados en el laboratorio son representativos para la muestra de orificio

Caudal promedio (m^3 /s)

Caudal promedio (m^3 /s)

Numero de Reynolds NR 23788 Numero de Reynolds NR 21429 ORIFICIO 1 Q 3 Q 4 H (cm) 10,8 H (cm) 11, H (m) 0,108 H (m) 0, Tiempo (s) Volumen (ml) Volumen (m^3 ) Q (m^3 /s) Tiempo (s) Volumen (ml) Volumen (m^3 ) Q (m^3 /s) 2,68 570 0,

caudal promedio (m^3 /s)

caudal promedio (m^3 /s)

Numero de Reynolds NR 22381 Numero de Reynolds NR 23395 Para determinar el Cv se utiliza la ecuación:

Cv =

x

2

4 ∗ y ∗ H

COORDENADAS TIRO PARABOLICO – ORIFICIO 1

Q 1 Q 2

X Y

Coeficiente de velocidad Cv

X Y

Coeficiente de velocidad Cv 13,3 3,8 0,977 13,3 5,6 0, 22,4 11,8 0,933 18,5 13,1 0, 30,7 21,5 0,948 23,5 20,1 0, 38,7 33,6 0,956 28,7 29,8 0, COORDENADAS TIRO PARABOLICO – ORIFICIO 1 Q 3 Q 4 X Y Coeficiente de velocidad Cv

X Y

Coeficiente de velocidad Cv 13,4 6,1 0,825 13,4 3,7 1, 20,8 13,6 0,858 23,5 11,2 1, 24,1 18,7 0,848 33,8 24,5 0, 28,7 28,5 0,818 39,7 34,9 0,

Una vez obtenido Cv se procede a determinar Cc y Cd, utilizando las siguientes ecuaciones:

Cc = 2 −

Cv

2

Cd = Cc ∗ Cv ó Cd =

Q

A 0 √ 2 ∗ gh COEFICIENTES EXPERIMENTALES – ORIFICIO 1 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Coeficiente de velocidad Cv

Coeficiente de velocidad Cv

Coeficiente de velocidad Cv

Coeficiente de velocidad Cv

Coeficiente de contracción Cc

Coeficiente de contracció n Cc

Coeficiente de contracción Cc

Coeficiente de contracción Cc

Coeficiente de descarga Cd

Coeficiente de descarga Cd

Coeficiente de descarga Cd

Coeficiente de descarga Cd

Finalmente se obtienen los valores medios de cada coeficiente para el oficio 1 se tiene: Cv = 0. Cc = 0. Cd = 0. Con el número de Reynolds se buscan los valores teóricos de los coeficientes por medio de la ilustración 1. De este modo, los valores teóricos de los coeficientes son: Cv = 0. Cc = 0. Cd = 0. Se calcula el error porcentual:

Error =

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Teorico