Laboratorio hidraulica 1 #5 Hecho

7/25/2019 Laboratorio hidraulica 1 #5 Hecho

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Laboratorio #5 de hidrulica

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1. Introduccin

Para medidas en el flujo se emplean en la prctica de ingeniera numerosos dispositivos.

El desarrollo y anlisis del experimento de laboratorio efectuado en el RecintoUniversitario Ricardo Morales Avils (RURMA), nos ayudara a fijar conceptos

relacionados con la ecuacin de la energa y la continuidad, puesto que al deducir estas

ecuaciones deduciremos la expresin terica que nos lleve al caudal que pasara por un

orificio.

El modelo hidrulico especfico con el que estamos concernidos para este experimento es

el aparato de flujo a travs de un orificio, F1-17. Este consiste de un tanque de acrlico

cilndrico el cual tiene una placa orificio fijada en su base. Una descripcin completa del

aparato est dada despus en este texto.

Es de esperarse que el caudal terico que pasa por el orificio, defiera del caudal real, espor ello que se encontrara el valor del coeficiente de descarga para encontrar el caudal

real que pasara por el orificio.

Otros coeficientes que podremos determinar a la hora de la realizacin de la prctica sern

los coeficientes de velocidad y de contraccin.


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2. Objetivos

2.1 Objetivo general

Aplicacin prctica de las ecuaciones de Bernoulli y de continuidad.

2.2 Objetivos especficos

Determinar experimentalmente las caractersticas del orificio:

-coeficiente de descarga.

-coeficiente de velocidad.

-coeficiente de contraccin.

Determinar los rangos de variacin de estos coeficientes para determinar las

alturas de carga.


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3 Generalidades

Orificio

El orificio se utiliza para medir el caudal que sale de un recipiente o pasa a travs de una

tubera. El orificio en el caso de un recipiente, puede hacerse en la pared o en el fondo.

Es una abertura generalmente redonda, a travs de la cual fluye lquido y puede ser de

arista aguda o redondeada. El chorro del fluido se contrae a una distancia corta en orificios

de arista aguda. Las boquillas estn constituidas por piezas tubulares adaptadas a los

orificios y se emplean para dirigir el chorro lquido.

Coeficientes de flujo

Coeficiente de descarga Cd: es la relacin entre el caudal real que pasa a travs del

Dispositivo y el caudal terico.

Coeficiente de velocidad Cv: es la relacin entre la velocidad media real en la seccinrecta de la corriente (chorro) y la velocidad media ideal que se tendra sin rozamiento.


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4. desarrollo del laboratorio

4.1 materiales y equipo

Banco hi drul ico: Han sido desarrollados para ensearnos a

nosotros los estudiantes muchos de los aspectos de la teorahidrulica. Est construido de plsticos ligeros resistentes a la

corrosin y est montado sobre ruedas para su movilidad

Juego de pesas de 50g: Las pesas son elementos que se usan para

comparar el peso de distintos cuerpos. Estas pesas actan como

contrapeso de aquello que se quiere pesar.

Agua: El agua es una sustancia cuyasmolculas estn compuestas

por un tomo de oxgeno y dos tomos de hidrgeno. Se trata de un

lquido inodoro (sin olor), inspido (sin sabor) e incoloro (sin color),

aunque tambin puede hallarse en estado slido.

Aparato de fluj o a travs de un orif icio: Este mdulo consta de un

tanque cilndrico de vidrio con un orificio instalado en la base. Sesuministra un conjunto transversal que permite colocar un tubo de

Pitot en cualquier lugar del chorro. Una cuchilla afilada que va

sujeta a este tubo de Pitot puede recorrer el chorro para medir con

precisin su dimetro y el de la vena contracta; de este modo se

determina el coeficiente de contraccin.

Cronometro: Un cronmetro es unreloj de precisin que se emplea para

medir fracciones de tiempo muy pequeas. A diferencia de los relojesconvencionales que se utilizan para medir los minutos y las horas que rigen

el tiempo cotidiano, los cronmetros suelen usarse en competencias

deportivas y en laindustriapara tener un registro de fracciones temporales

ms breves, como milsimas de segundo
http://definicion.de/cuerpohttp://definicion.de/molecula/http://definicion.de/reloj/http://definicion.de/tiempo/http://definicion.de/industria/http://definicion.de/industria/http://definicion.de/tiempo/http://definicion.de/reloj/http://definicion.de/molecula/http://definicion.de/cuerpo


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4 2Procedimiento experimental

Conectar la manguera suplidora del banco al tubo de entrada del aparato yconectar una manguera a la salida del tubo de rebose y dirjalo a uno de los

orificios de drenaje que hay en la tapa del banco.

Colocar el aparato sobre el banco de forma tal, que el chorro que sale por el

orificio caiga directamente al mecanismo pesado.

Nivelarlo, de forma tal, que la base del tanque este horizontal.

Poner a funcionar la bomba del banco y por medio de la vlvula de control del

banco, regular la altura de la carga hasta que la cantidad de agua que se drene porel tubo de rebose sea mnima.

Con agua de la cuchilla afilada que est en el micrmetro, determina la zona de

menor contraccin del chorro (vena centrada y mida su dimetro).

Colocar el tubo de Pitot en la vena centrada y anotar las cargas H0 y Hr, y

determine el caudal real por medio del mecanismo pasador.

Vari la altura de la carga h, por medio de la vlvula suplidora del banco y repetir

dos pasos anteriores.

Repetir dicho pasos 10 veces.


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4.3Tabla de recoleccin de datos:

Lect. Vol.(lts) Tiempo(s) Boquilla vena

liquida

Hr (mm) H|0 (mm)

1 3 13.89 13 11.3 375 376

2 3 14.04 13 11.9 365 367

3 3 15.08 13 12.9 290 292

4 3 16.09 13 13.3 253 254

5 3 18.85 13 13 221 226

6 3 16.92 13 12.6 217 219

7 3 18.48 13 12.5 187 189

8 3 21.03 13 13.2 167 168

9 3 22.65 13 13.2 134 135

10 3 24.05 13 13 118 119


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5. Clculos matemticos (Memoria de clculo)

Calculo de velocidades

Velocidades tericas:

Vteorica = 2V1=2(. )(376 10)V1= 2.716m/s

V2=2(. )(367 10)V2=2.683m/s

V3= 2(. )(292 10)V3=2.394m/s

V4= 2(. )(254 10)V4=2.232m/s

V5= 2(.

)(226 10)V5=2.106m/s

V6= 2(. )(219 10)V6=2.073m/s

V7= 2(. )(189 10)V7= 1.926m/s

V8= 2(. )(168 10)V8=1.816m/s

V9= 2(. )(135 10)V9=1.627m/s

V10=

2(.

)(119 10

)


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V10=1.528m/s

Calculo de velocidades reales:

Vreal = 2V1=2(. )(375 10)V1=2.712 m/s

V2=2(. )(365 10)V2=2.676m/s

V3=2(. )(290 10)V3=2.385m/s

V4=2(. )(253 10)V4=2.228m/s

V5=2(. )(221 10)V5=2.082m/s

V6=2(. )(217 10)V6=2.063m/s

V7=2(. )(187 10)V7=1.915m/s

V8=2(. )(167 10)V8=1.810m/s

V9=2(. )(134 10)V9=1.621m/s

V10=

2(.

)(118 10

)

V10=1.522m/s


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Calculo de reas:

reas tericas1= 13mm

R= 6.5mm

A1= (R)

A1= (6.5*10m)

A1=132.732*10-6 m2

Esta rea terica es constante en los todos 0rificios.

Calculo de rea real:

Ar= (R)

A1= (5.65*10m)

A1= 100.287*10-6m2

A2= (5.95*10m)

A2= 111.220*10-6m2

A3= (6.45*10m)

A3= 130.698*10-6m2

A4= (5.65*10m)

A4= 138.929*10-6m2

A5= (6.5*10m)

A5= 132.732*10-6m2

A6= (6.3*10m)A6= 124.689*10-6m2

A7= (6.25*10m)

A7= 122.718*10-6m2

A8= (6.6*10m)

A8= 136.848*10-6m2

A9= (6.6*10m)

A9= 136.848*10-6m2


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A10= (6.5*10m)

A10= 132.732*10-6m2

Clculo de caudales

Caudal terico:Qt= Vtei*Aorificio

Q1= (2.716m/s) (132.732*10-6m2)

Q1= 360.500 (10-6)m3/s

Q2= (2.683m/s) (132.732*10-6m2)

Q2= 356.119 (10-6)m3/s

Q3= (2.394m/s) (132.732*10-6m2)

Q3= 317.760(10-6)m3/s

Q4= (2.232m/s)( 132.732*10-6m2)

Q4= 296.258 (10-6)m3/s

Q5= (2.106/s)( 132.732*10-6m2)

Q5= 279.534 (10-6)m3/s

Q6= (2.073/s)( 132.732*10-6m2)

Q6= 275.153 (10-6)m3/sQ7= (1.926m/s)( 132.732*10-6m2)

Q7= 255.642 (10-6)m3/s

Q8= (1.816 m/s)( 132.732*10-6m2)

Q8= 241.041 (10-6)m3/s

Q9= (1.627m/s)( 132.732*10-6m2)

Q9= 215.955 (10-6)m3/s

Q10= (1.528m/s)( 132.732*10-6m2)

Q10= 202.814 (10-6)m3/s


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Caudales reales

Qr= Vr*Avena liquida

Qr1= (2.712m/s)( 100.287*10-6m2)

Qr1=271.988*10-6m3/s

Qr2= (2.676m/s)( 111.220*10-6m2)

Qr2=297.625*10-6m3/s

Qr3= (2.385m/s)( 130.698*10-6m2)

Qr3=311.715*10-6m3/s

Qr4= (2.228m/s)( 139.929*10-6m2)

Qr4=311.762*10-6m3/s

Qr5= (2.082/s)( 132.732*10-6m2)

Qr5=276.348*10-6m3/s

Qr6= (2.063m/s)( 124.689*10-6m2)

Qr6=257.252*10-6m3/s

Qr7= (1.915/s)( 122.718*10-6m2)Qr7=235.005*10-6m3/s

Qr8= (1.810/s)( 136.848*10-6m2)

Qr8=247.695*10-6m3/s

Qr9= (1.621m/s)( 136.848*10-6m2)

Qr9=221.831*10-6m3/s

Qr10= (1.522m/s)( 132.732*10-6m2)

Qr10=202.018*10-6m3/s


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Calculo de coeficientes de descarga y de velocidades.

Coeficiente de descarga:

Cd=

Cd1=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd1=0.754

Cd2=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd2=0.836

Cd3=(.)(106 )(m3/s)

(.)(106 )(m3/s)

Cd3=0.981

Cd4=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd4=1.052

Cd5=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd5=0.988

Cd6=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd6=0.935

Cd7=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd7=0.919

Cd8=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd8=1.028

Cd9=(.)(106 )(m3/s)(.)(106 )(m3/s)

Cd9=1.027

Cd10=(.)(106 )(m3/s)

(.)(106

)(m3/s)

Cd10=0.996


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Coeficientes de velocidades

Cv=

. Cc=

Cv1= ././ Cc1= .(106m/s )

.(106m/s )Cv1=0.998 Cc1=0.756

Cv2=/./ Cc2=

.(106 m/s).(106 m/s)

Cv2=0.997 Cc2=0.838

Cv3=././ Cc3=

.(106m/s ).(106m/s )

Cv3=0.996 Cc3=0.985

Cv4=././ Cc4=

.(106 m/s).(106 m/s)

Cv4=0.998 Cc4=1.047

Cv5=././ Cc5=

.(106 m/s).(106 m/s)

Cv5=0.989 Cc5=1

Cv6= ././ Cc6= .(106 m/s).(106 m/s)

Cv6=0.995 Cc6=0.939

Cv7=././ Cc7=

.(106 m/s).(106 m/s)

Cv7=0.994 Cc7=0.925

Cv8=./

./

Cc8=.(106 m/s)

.(106 m/s

)

Cv8=0.997 Cc8=1.031

Cv9=././ Cc9=

.(106 m/s).(106 m/s)

Cv9=0.996 Cc9=1.031

Cv10=././ Cc10=

.(106 m/s).(106 m/s)

Cv10=0.996 Cc10=1


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6 Tabla de presentacin de resultados:

Lect. Qt(m3/s) Qr(m3/s) Cd Vt(m/s) Vr(m/s) Cv At m2 Arm2 Cc

1 360.5*10-6 271.988*10-6

0.754 2.716 2.712 0.988 132.732*10-6

100.287*10-6

0.756

2 356.119*10-6

297.625*10-6

0.836 2.683 2.676 0.997 132.732*10-6

111.220*10-6

0.838

3 317.760*10-6

311.715*10-6

0.981 2.394 2.385 0.996 132.732*10-6

130.698*10-6

0.985

4 296.258*10-6

311.762*10-6

1.052 2.232 2.228 0.998 132.732*10-6

138.929*10-6

1.047

5 279.534*10-6

276.348*10-6

0.988 2.106 2.082 0.989 132.732*10-6

132.732*10-6

1

6 275.153*10-6

257.252*10-6

0.935 2.073 2.063 0.995 132.732*10-6

124.689*10-6

0.939

7 255.642*10-

6 235.005*10-

6 0.919 1.926 1.915 0.994 132.732*10-

6 122.718*10-

6 0.925

8 241.041*10-6

247.695*10-6

1.028 1.816 1.810 0.997 132.732*10-6

136.848*10-6

1.031

9 215.955*10-6

221.831*10-6

1.027 1.627 1.621 0.996 132.732*10-6

136.848*10-6

1.031

10 202.814*10-6

202.018*10-6

0.966 1.528 1.522 0.996 132.732*10-6

132.732*10-6

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7. anlisis y comprensin de resultados

7.1 cuestionario

1. Cules son las fuentes de error?

Para este laboratorio de flujo a travs de un orificio se produjeron distintos errores los

cuales mencionare a continuacin: error de lectura, error de medicin de tiempo, error

de observacin, error de redondeo, error instrumental.

2. Grafique Qr vs H00.5 y analcela.(ms adelante)

3.Qu significa (H0Hr)?Segn los datos obtenidos en el laboratorio Ho es la carga de altura al momento que se

est midiendo el flujo de la lmina de agua y este dato se toma cuando la medicin va

por el centro, al igual que Hr que se mide cuando la medicin va por el centro y es la

mxima carga de altura que alcanza el sistema pero nunca es mayor que el H o. Entonces

la expresin (H0Hr) es la diferencia que de cargas de alturas que hay en el sistemacuando la medicin de la lmina de agua se encuentra por la mitad.

4. Qu sucedera con los coeficientes estudiados, si el orificio del aparato sesustituye por otro que tenga el mismo dimetro, pero que no tenga bordes biselados?Se dice que un borde esta biselado si est cortado oblicuamente es decir que no est en

ngulo recto. Entonces si se llegase a cambiar el orificio del aparato por uno con bordes

biselados todos los datos de los coeficientes variaran drsticamente ya que para calcular

los coeficientes tendramos que tomar en cuenta el ngulo en que se encuentra cortado el

orificio.


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7.2 graficas

0

5

10

15

20

25

0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,0003 0,00035

grafica Qr vs H 1/2


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7.3 Anlisis de resultados

Con los datos tericos recopilados en el laboratorio de flujos por orificios calculamos las

velocidades tericas y reales; los caudales tericos y reales; as mismo calculamos los

coeficientes de velocidad, caudal y de rea. En los resultados podemos ver que la

variacin de la velocidad real y terica se da principalmente por el cambio de rea que

presentan, si bien vemos el rea del orificio es constante en cualquier velocidad

experimental que calculamos, pero en caso contrario el dimetro del chorro de agua era

diferentes para las mediciones que se hicieron debido al aumento o disminucin de

presin que a este se le proporcionaba por lo tanto el rea variaba y esto hacia que al

calcular las velocidades daban diferentes valores y un poco aproximados a los tericos.

Los caudales tericos en este caso eran diferentes a los caudales reales en valores mnimos

debido a que las diferencias entre las reas eran de valores bajos.

Al calcular los coeficientes de descarga vemos que dan valores no muy alejados a unopor lo tanto esto nos da la certeza de poder afirmar que la diferencia entre el caudal real

y terico es baja. Lo mismo sucede con los coeficientes de velocidades y de reas, estos

dan valores bastante aproximados a uno y por lo tanto al multiplicar ese valor por el de

rea y velocidad experimental nos dar casi el mismo valor que pertenece a la velocidad

y rea real del sistema, los coeficientes de velocidades siempre deben ser menor que 1

porque resulta de dividir un nmero menor por uno mayor.


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8. conclusin

En sntesis, se lograron los objetivos definidos, se realiz la medicin de los datos dellaboratorio los que nos permitieron aplicar la ecuacin de Bernoulli y hacer los clculos

de velocidades, caudales y reas tericas y experimentales. En la presin que se le agrega

al flujo es la que hace que un lquido pueda elevarse a una altura mayor o disminuir si

esta lo hace, la presin hace que el dimetro del flujo despus de pasar por el orificio

cambie de manera proporcional a esta y por lo tanto al cambiar este hace que al calcular

los caudales reales el den diferentes resultados por este cambio. La velocidad a la que se

mueve un flujo depende de la energa de presin que a este le es proporcionada y por lo

tanto la velocidad influye en el cambio del dimetro despus de que el chorro pasa por el

orificio. La ecuacin de Bernoulli es muy fundamental para resolver problemas a los que

se enfrenta el ingeniero hidrulico y por lo tanto es muy importante estudiarla para aspoder comprender las maneras en que la podemos utilizar.


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9. Referencias Bibliogrficas

ARBY R. (2001). Chemical Engineering FluidMechanics.2da Edicin. MarcelDekker Inc., New York, Chapter 7 y 10

MATAIX C. (1993). Mecnica de fluidos y maquinashidrulicas.Ediciones del

Castillo, Madrid, capitulo 6 y 9

Recuperado de la pginahttp://discoverarmfield.com/es/products/view/f1/banco-

de-hidraulica-y-accesorios-f1-10 el 28 de octubre del 2015.

Recuperado de la pgina http://definicion.de/agua/#ixzz3kzcf67Xzel 28 de octubre

del 2015

Recuperado de la pgina http://definicion.de/pesas/#ixzz3kzbzyV9y el 26 de

octubre del 2015.
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10.


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Ilustracin #1: nivelacin del orificio en la parte inferior

Ilustracin #2: primer caudal sobre orificios


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Ilustracin #3: muestra del tubo de Pitot para colocacin y medir cargas en la vena.

Ilustracin #4: cantidad de flujo saliendo por el orificio.

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Laboratorio hidraulica 1 #5 Hecho