ESTUDIO DE FLUJO POR MEDIO DE ORIFICIOS BAJO BATIENTE CONSTANTE

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INGENIERIA CIVIL
LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS
INDICE
PRESENTACION
1. MARCO CONCEPTUAL
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1. RECOPILACION DE INFORMACION
2.2. ENSAMBLADO DEL EQUIPO
2.3. PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA
3. RECOPILACION DE DATOS
4. CALCULOS Y RESULTADOS
5. CONCLUSIONES
6. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

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PRESENTACION
El presente informe de laboratorio relacionado al tema de “ESTUDIO DE FLUJO POR
MEDIO DE ORIFICIOS BAJO BATIENTE CONSTANTE” y está elaborado en función a lo
desarrollado en la práctica de laboratorio Nro: 06. Recopilando definiciones de diversos textos
relacionados al tema, definiciones que nos ayudan a entender de mejor manera el amplio tema de la
MECÁNICA DE FLUIDOS.
El marco conceptual está comprendido por las definiciones básicas utilizadas en dicha práctica de
laboratorio.
Posteriormente explicamos el desarrollo de la práctica tomando en cuenta el procedimiento, los
cálculos y sus posteriores conclusiones.

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1. MARCO CONCEPTUAL
Los orificios, desde el punto de vista hidráulico, son perforaciones generalmente de forma
geométrica y perímetro cerrado, hechas por debajo de la superficie libre del líquido, enlas
paredes de depósitos, tanques, canales o tuberías. Las aberturas hechas hasta la superficie
libre del líquido constituyen los vertedores.
En la práctica de la operación y el diseño de estructuras y dispositivos hidráulicos, los
orificios (o tubos cortos) más frecuentes, son: compuertas, válvulas, medidores, rociadores,
boquillas, goteros, sifones de riego, alcantarillas de caminos, desagües automáticos,
etcétera. En el caso de laboratorios hidráulicos se tienen las pantallas aforadoras.
Consideremos el caso de un recipiente cilíndrico de diámetro d2, cuya área transversal es
S2, conteniendo un fluido, por ejemplo agua, hasta cierto nivel h2, como se indica
esquemáticamente en la Fig.1. Nuestro recipiente drena por un pequeño orificio en la parte
inferior de diámetro d1 y sección S1 (S1 << S2). La velocidad de evacuación del fluido a la
salida de este orificio la llamamos u1.

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1.1. DESARROLLO TEÓRICO DEL MODELO DE TORRICELLI
Desarrolloteóricodel modelode Torricelli Aplicandoel teoremade Bernoulli en los puntos
1 y 2, del diagrama ilustrado en la Fig.1, podemos escribir la siguiente expresión:

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Este resultado aproximado se conoce como el Teorema de Torricelli
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1. RECOPILACION DE INFORMACION
Primeramente el Ing. nos alcanza la información necesaria para el desarrollo de la
práctica,
Nos muestra el equipo necesario para dicha práctica, nos explica su funcionamiento y
posteriormente, alumnos y docente, procedemos al desarrollo de la práctica.
Nos el procedimiento para la toma de datos, y los posteriores cálculos que debemos
desarrollar, en función de los datos obtenidos.

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Teóricamente a partir de la Ecuación de Bernoulli, se puede escribir que la velocidad del
flujo es igual a:
𝒗 𝑻𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒂 = √ 𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯
Donde:
𝒗 = Velocidad del flujo en el orificio (m/s).
𝒈 = Aceleración de gravedad (9.81 m/s2).
𝑯 = Altura de la batiente (m).
Por consiguiente:
𝑸 𝑻𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 = 𝐀 ∗ 𝒗 = 𝑨 ∗ √ 𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯
Donde:
𝑸 = Caudal del flujo en el orificio (m3/s).
𝑨 = Área de la sección (m2).
2.2. ENSAMBLADO DEL EQUIPO
Una vez recibida la información necesario para la práctica, se procede a ensamblar el
equipo.
En esta oportunidad el ingeniero nos muestra un tubo cilíndrico, el cual tiene un orificio
en la parte inferior, en la cual se le acopla una especie embudo de distintos diámetros,
para luego calcular el área en función de su diámetro y proceder con los cálculos de las
velocidades requeridas.

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2.3. PRPOCEDIMIENTO DE LAPRACTICA
Luego de recopilada la información procedemos con el desarrollo de la práctica.
 Ponemos en funcionamiento la bomba, como en anteriores prácticas, el ingeniero
procede a manipular las válvulas, regulando la potencia del agua.
 Esperamos a que el agua fluya por el tubo principal, hasta que la altura sea estable y
constante, respecto a la intensidad de la presión de la válvula, para tomar los
respectivos datos.
Para el desarrollo de
la práctica utilizamos
dos embudos uno de
5 mm y otro de 8 mm.
En la imagen se
muestra al ingeniero
señalando dicho
embudo.

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 Realizamos la lectura de las alturas, de los dos cilindros, la que nos da el caudal y la
que nos da la altura para utilizarla en la formula y hallar la velocidad.
Cuando la presión del
agua es constante, el
agua sale por medio
del embudo de 5 u 8
mm de diámetro, esto
hace que la altura el
agua en el cilindro
sea constante.
Rl chorro que sale por
el embudo varia de
acuerdo al diámetro
del mismo, notándose
que a menos diámetro
mayor chorro.
Realizamos la toma
de datos, para dos
tipos de embudos,
uno de 5mm y otro de
8mm, considerando 6
alturas, luego con los
cálculos, se tendrán 6
velocidades, una por
cada H.
El caudal lo hallamos
por medio del abaco
de la bomba, la cual
nos da en L/min, esta
debemos llevarla a
m3/s

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 Toda la perdida de fluido genera un variación de altura, con una perdida de carga
mayor a la presión que genera la bomba.
3. RECOPILACION DE DATOS
El siguiente cuadro muestra los datos recopilados.
D = 5mm D = 8mm
3.1. CALCULOS PRELIMINARES
El cuadro nos muestra h en mm con su respectivo caudal convertido de
L/min a en m3/s
Calculo de Areas:
Diámetro15mm  Área1= 𝜋𝑟2= 𝜋(0.005𝑚/2)2 = 0.00001963𝑚2
Diámetro28mm  Área2= 𝜋𝑟2= 𝜋(0.008𝑚/2)2 = 0.00005026𝑚2
Para un determinado valor de:
H = 0.085m
h = 66mm

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Qr = 0.0000183
m3
s
𝒗 𝑻𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒂 = √2 ∗ (9.81)
𝑚
s2 ∗ 0.085𝑚
𝒗 𝑻𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒂 = 𝟏. 𝟑𝟎
𝑚
s
Qt = V*A = (𝟏. 𝟑𝟎
𝑚
s
) *(0.00001963𝑚2)= 0.0000254
m3
s
Cd =
𝑄𝑟
𝑄𝑡
=
0.0000183
m3
s
0.0000254
m3
s
= 0.721
3.2. RESULTADOS
Para diámetro de 5mm
Area1 m2 H1 m h1 mm Qr1 m3/s Qt1 m3/s Vt1 m/s Cd2
0.00001963 0.085 66 0.0000183 0.0000254 1.30 0.721
0.00001963 0.205 73 0.0000217 0.0000394 2.01 0.550
0.00001963 0.337 85 0.0000383 0.0000505 2.57 0.759
0.00001963 0.473 104 0.0000767 0.0000598 3.05 1.282
0.00001963 0.580 110 0.0000667 0.0000662 3.37 1.006
0.00001963 0.640 112 0.0000683 0.0000696 3.54 0.982
Para diámetro de 8mm
Area2 m2 H2 m h2 cm Qr2 m3/s Qt2 Vt2 m/s Cd2
0.00005026 0.105 116 0.0000717 0.0000721 1.44 0.993
0.00005026 0.226 137 0.0000950 0.0001058 2.11 0.898
0.00005026 0.330 163 0.0001233 0.0001279 2.54 0.964
0.00005026 0.450 175 0.0001367 0.0001494 2.97 0.915
0.00005026 0.552 183 0.0001517 0.0001654 3.29 0.917
0.00005026 0.653 202 0.0001700 0.0001799 3.58 0.945
Cd = 0.721

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4. CONCLUSIONES
 En esta práctica no se consideró las perdidas por fricción ni por accesorios.
 Este experimento tiene su aplicación en represas como en piletas en base a un nivel de
carga.
 Se puede observar que los coeficientes dependen del área por donde sale el líquido, en
este caso de las áreas de los embudos de 5 y 8 mm, ya que se observa que para el
diámetro menor el chorro es mas fuerte que para el de mayor diámetro.
 Toda la perdida de fluido genera un variación de altura, con una perdida de carga
mayor a la presión que genera la bomba.
 Se considera la velocidad 1 de la formula despreciable o de valor cero, para fines
experimentales.
 Por último se observa que el valor del coeficiente de descarga Cd, es adimensional.
5. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
 Para este experimento no tuve inconvenientes para realizar los cálculos, ya que gracias
a la explicación detallada por parte del ingeniero y la llamada de atención, es un
obstáculo que fue superado.
 El ensamblado del equipo hidráulico, debe ser realizado con cuidado, ya que si se
colocan mal los tubos o mangueras podemos generar fuga del líquido.
 Debemos percatarnos sobre la presencia de aire en las burbujas, ya que pueden
generar error en la toma de datos y posteriores cálculos.
 Se recomienda el cálculo de algunos ejemplos en el laboratorio, para asi poder tener un
ejemplo y poder desarrollar los cálculos sin dificultades.