INFORME DE FLUIDOS. INFORME DE LABORATORIO

[pic 2]

Informe nº 2:
“Descarga por orificios”

Nombre:         Catalina Lobos Concha

Profesor:         José Román

Introducción

Observar e indagar acerca del comportamiento de los fluidos es algo sumamente importante y actual, puesto que el planeta Tierra, en su mayoría, está compuesto de flujos y caudales de líquidos, en especial agua. Ocupando como base, principalmente, la experiencia número 1 de este mismo curso, que indicaba los diferentes tipos de flujo debido al número de Reynolds. Es que se hace fuertemente esencial estudiar los comportamientos de los fluidos en cuanto a diversas condiciones. En este caso, el flujo líquido se enfrentará, de golpe, a distintas salidas de orificios o boquillas, las cuales difieren en su forma.

En el siguiente informe se presentará, de la mejor manera, toda información y resultado proporcionado en la recolección de datos, cálculos matemáticos y la experiencia misma.

Marco teórico.

Definiciones útiles:

Orificio: Es una abertura limitada por una curva cerrada de forma regular que da paso a una corriente de agua.

Vena contracta: Es la sección transversal de determinado segmento de un chorro de, en éste caso, agua.

Formulas útiles:

1. Ecuación para determinar diámetro hidráulico:

Dh = (4A) / (Pe)

Con, Dh: diámetro hidráulico de la tubería [m].                
A: área de la sección transversal [[pic 3][pic 4]].                
Pe: perímetro de la sección transversal [m].        

NOTA: Debido a la simplificación de la fórmula de diámetro hidráulico en secciones transversales, Dh = Dvc.

2. Ecuación para determinar número de Reynolds:

Re = (Dh * V) / ʋ

Con, Re: número de Reynolds [%].                
Dh: diámetro hidráulico de la tubería [m].        
V: velocidad lineal del flujo [m/s].                
Ʋ: viscosidad cinemática [[pic 5][pic 6]/s].                

3. Ecuación para determinar el Caudal:

Q = Vol. / t

Con, Q: Caudal [m/s].                                
Vol: volumen del líquido extraído [[pic 7][pic 8]].        
t: tiempo de demora [s].

4. Ecuación para determinar Velocidad:

V = Q / A

Con, V: Velocidad lineal del flujo [m/s].                
Q: Caudal [m/s].                                
A: Área de la sección transversal [[pic 9][pic 10]]        

5. Ecuación para determinar Coeficiente del Caudal:

Cq = (Vp / √2gh) * ( Avc / Ab )

Con, Cq: Coeficiente del caudal.                                
Vp: Velocidad lineal promedio del flujo [m/s].        
g: Aceleración gravedad [m/[pic 11][pic 12]].                        
h: Altura indicada en el capilar de vidrio [m].        
Avc: Área de la vena contracta [[pic 13][pic 14]].                
Ab: Área de la boquilla [[pic 15][pic 16]].        

6. Ecuación para determinar el tiempo de desagüe:

t = (2Ar) * ([pic 17][pic 18] - [pic 19][pic 20] ) / (Cq * A0 * √2g)

Con, t: tiempo de desagüe [s].                        
Ar: Área del recipiente [[pic 21][pic 22]].                        
h1: Altura inicial de la descarga [m]                
h2: Altura final de la descarga [m]                
Cq: Coeficiente del caudal.                        
A0: Área del orificio [[pic 23][pic 24]].                        
g: Aceleración gravedad [m/[pic 25][pic 26]].                

Nota: Se considerará, a lo largo del informe, aceleración de gravedad (g) como 9,8 [m/[pic 27][pic 28]].

Objetivos de la experiencia

Objetivo general:

• Observar, estudiar, analizar y comparar la descarga libre de fluidos líquidos a través de cuatro diversos reguladores de caudal o boquillas.

Objetivo principal:

• Determinar u obtener, experimentalmente, coeficientes de contracción, velocidad y coeficiente de caudal para todas las boquillas.
• A partir de la trayectoria del fluido en cada caso, confrontarlas entre sí y concluir acerca del alcance de cada uno.
• En forma teórica y práctica, establecer el tiempo que demora vaciar determinada parte del estanque.
• Establecer, además, el caudal obtenido en cada tipo de orificio.

Desarrollo

Materiales utilizados:

• Estanque superior (con tapón manual) e inferior con agua recirculando en su interior.
• Bomba de agua.
• Pie de metro.
• Cinta métrica.
• Termómetro digital.
• Cubeta graduada.
• Cronómetro.
• Lámpara.
• Cuatro tipos de boquillas para modificar la salida del agua en el estanque superior (arista viva, tubo, sin contracción y tobera).

Esquema de la experiencia:

[pic 29]

Procedimiento experimental (Los pasos a seguir son):

1. Luego del reconocimiento de los materiales y herramientas a utilizar, se debió asegurar que el nivel del agua del estanque superior marcara más de 25 centímetros en el capilar de vidrio, en el caso de que no fuese así, se debió hacer andar la bomba, de modo que el agua en el estanque inferior subiera al superior.
2. A partir de esto, con el sistema aún en reposo y con el tapón o membrana de goma ubicada de manera óptima, se procedió a calcular el volumen total del estanque superior, y la temperatura del agua con un termómetro digital:

Vol(total) = (0,7*0,7*0,25) = 0,1225 [pic 30][pic 31]].

Tº obtenida = 21,2ºC

1. Luego, con todo lo anterior listo y para comenzar la experiencia en sí, se debió medir el diámetro de la primera boquilla a emplear (Tobera) y después, situarla en el respectivo orificio del estanque superior. Posterior a esto, se retiró el tapón del estanque con la intensión de que el fluido avanzara libremente por el orificio, con esto, se obtuvieron diferentes mediciones, tanto como la curva resultada que describe el orificio, la distancia máxima que recorrió dicha curva, la vena contracta medida con un pie de metro, el volumen de líquido extraído en un recipiente graduado a partir de un determinado tiempo medido en cronómetro.

Todo el proceso y medición indicada en el párrafo anterior, se repitió para las diferentes boquillas en este orden: tobera, canto afilado, pared gruesa, tubo estándar. Cada una de las mediciones y observaciones previas, debieron ser registradas en una tabla, a excepción de los diámetros, tanto de la boquilla, como de la vena contracta, puesto que éstos no cambian. Además, es importante mencionar que, al término de las  mediciones de cada boquilla, se debía encender la bomba, de modo que el capilar de vidrio del estanque superior volviera a estar sobre 25 centímetros.

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