laboratorio de hidráulica

1. LABORATORIO 6. ORIFICIOS DE DESCARGA LIBRE
PRESENTADO A : ING JORGE SANABRIA
DIANA CAROLINA CASTIBLANCO FERNANDEZ -2087753
CAMILO ANDRES BURGOS -
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO
BOGOTA
2014

2. Contenido
INTRODUCCION......................................................................................................................... 2
OBJETIVOS ................................................................................................................................ 3
General ................................................................................................................................. 3
Específicos ............................................................................................................................ 3
MARCO TEORICO....................................................................................................................... 4
INSTRUMENTOS ........................................................................................................................ 5
PRACTICA 1 ............................................................................................................................... 6
DATOS .................................................................................................................................. 6
DESARROLLO Y ANALISIS ........................................................................................................ 6
CONCLUSION .................................................................................Error! Bookmark not defined.
PRACTICA 2 ............................................................................................................................... 9
DATOS .................................................................................................................................. 9
DESARROLLO ........................................................................................................................10
Tabla 1………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Tabla 2………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Tabla 3………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Tabla 4………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Tabla 5………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Tabla 6………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Tabla 7……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Tabla 8………………………………………………………………………………………………………………………………………
Grafica 1 ................................................................................................................................... 9
Grafica 2 ..................................................................................................................................10

3. INTRODUCCION
Para el óptimo transporte de fluido es necesario tener diferentes configuraciones en la tubería
debido a que esta se debe ajustar al diseño de la edificación o el lugar o a las condiciones del
mismo. Estas alteraciones y accesorios en la tubería tienen consecuencias en cuanto a las pérdidas
de energía al pasar el fluido por cada uno de ellos.
En esta práctica se pretende analizar el comportamiento de un fluido que pasa atraves de un
orificio de descarga libre así como observar como la geometría, profundidad y tamaño afectan a
las pérdidas de energía cuando el fluido pasa por el orificio
Dichas pérdidas de energía se pueden obtener como constantes que dependen básicamente de la
geometría del orificio y su distancia en la tubería, y su producto con la cabeza de velocidad del
sistema en cada punto que se presenten los orificios.
OBJETIVOS
General
Observar y analizar mediante el cálculo de coeficientes de descarga, velocidad y contracción para
orificios en un circuito hidráulico cómo se comporta el fluido en el mismo.}
Específicos
 Determinar los coeficientes de velocidad, contracción y descarga dependiendo de la
trayectoria del chorro
 Determinar el caudal del orificio de descarga experimentalmente.
 Ver como varía el número de Reynolds de acuerdo a los coeficientes de descarga ya
calculados.
 Determinar experimentalmente y analíticamente el punto de cruce para el caso de tener
dos orificios
 Verificar las trayectorias de salida del fluido a través de los orificios

4.  Observar cómo se producen diferentes efectos al variar la geometría, tamaños y
profundidad en el tanque que contiene el fluido.
 Usar las herramientas adecuadas para realizar un debido cálculo de las pérdidas de
energía y el comportamiento del fluido en los diferentes orificios.
MARCO TEORICO
Orificios de descarga:
Son perforaciones de forma regular, conocida y perímetro cerrado que se colocan debajo del agua
en depósitos, almacenamientos, tanques y tuberías. Estos permiten la descarga de un cierto
caudal y como descargan libremente o a presión atmosférica el chorro de agua descargada
desarrolla una trayectoria parabólica.
Esquema general de orificio y ecuacion
H=V22g
Esta ecuación se obtiene si se hace Bernoulli entre 1 y 2 donde despejando la velocidad se podría
determinar teóricamente la misma de acuerdo con la carga sin embargo en la realidad para que se
cumpla esta ecuación se debe multiplicar por un coeficiente de velocidad, quedando.
Vr=Cv2gH
Como la superficie se contrae el área transversal se modifica de la siguiente manera:
Ac=AoCc
Y el caudal resulta ser:
Q=CdAo2gH
Donde
Cd=CcCv
Una expresión que relacione los coeficientes de contracción y de velocidad, se puede obtener
realizando un diagrama de cuerpo libre en la salida del orificio y aplicando la ecuación de cantidad
de movimiento.
Cc=2-4-2Cv2
Para la determinación experimental de los coeficientes en los orificios de descarga se utiliza la
cinemática y la ecuación de bernoulli. Se hace el análisis entre la sección contraída y unpunto
cualquiera de la trayectoria. En este caso para C y para 2.
Y se tienen las siguientes ecuaciones que describen el movimiento entre C y 2:
Vcx=V2x
V2y=Vcy-gt
Las coordenadas son:
x=Vcxt

5. y=Vcyt-gt22
Por lo tanto x en función de y seria:
y=VcyVcxx-gx22Vcx2
Como el orificio es vertical no existe una velocidad en la contracción en y por lo tanto Vcy=0 y la
ecuación anterior queda así: y=-gx22Vc2
Si se usa la ecuación de Bernoulli entre estos dos puntos finalmente se llega a
V2=Vc2+gtVc2
Las pérdidas de energía haciendo Bernoulli para este caso serían:
Δhr=1Cv2-1V22g
Finalmente si la carga del tanque es variable, eso quiere decir que el nivel en el tanque cambia con
el tiempo y de la misma forma, si varía el nivel del tanque el caudal de descarga variaría en función
del nivel del tanque.
Q=CdAo2gy
Donde y es el nivel del tanque respecto al orificio variable con respecto al área transversal.
ATdydt=Q=CdAo2gy
Donde la integral quedaría así recordando que los límites de la integral varían entre 0 y la altura
del tanque:
T=12gATCdAo0Hadyy
Finalmente el tiempo de vaciado seria:
T=2ATHaCdAo2gHa=2VTQHa
Esquema de instalaciones:
Donde el tanque de la izquierda es donde se produce la carga en ese mismo tanque se encuentran
tres orificios circulares y uno cuadrado, y el tanque de la derecha es el de descarga.
INSTRUMENTOS
1. Tanque plástico de sección constante con tres orificios circulares y uno cuadrado.
2. Canal de acrílico.
3. Tanque de descarga.
4. Tapones de caucho.
5. Probeta.
6. Cronometro.
7. Flexómetro.
PROCEDIMIENTO
1. Se seleccionó un orificio circular, el superior, con este orificio abierto se pusieron cinco cargas
diferentes cada una constante.

6. 2. Se midieron los caudales correspondientes a cada carga y dos coordenadas del chorro de agua
descargado.
3. Se repitieron los pasos 1 y 2 pero con un orificio cuadrado.
4. Se descargaron simultáneamente dos orificios y se determinó experimentalmente el punto de
corte.
5. Se llenó el tanque hasta un cierto nivel, y se tomó el tiempo de descarga con solo un orificio
abierto.
6. Se repitió el paso cinco pero con tres orificios abiertos.
PRACTICA 1
DATOS
Siguiendo el procedimiento descrito tomamos los siguientes datos en el laboratorio. Se tomó tres
caudales a cuatro orificios tres circulares los cuales tienen un diámetro de 1.32 cm y un orifico
cuadrado cuyo lado es 1.28 cm.
Tabla 1
DESARROLLO Y ANALISIS
Con los datos obtenidos en el laboratorio mostrados en la tabla 1 se encontró el caudal
correspondiente teniendo que:

7. 푄 =
푣표푙푢푚푒푛
푡푖푒푚푝표
Siguiendo con esto se encontró Vc, V2, Cv, Cc teniendo que:
푉푐 =
푥
2푦
푔
√
푉2 = √
푉푐2
푔 + 푔 (
푥
푉푐
2 푔
)
퐶푣 =
푉푐
√2푔퐻
퐶푑 =
푄
퐴√2푔ℎ
퐶푐 =
퐶푑
퐶푣
Entonces:
Para el orificio 1 tenemos la tabla:
Tabla 2
Para el orificio 2 tenemos la tabla
Tabla 3
Para el orifico 3

8. Tabla 4
Para el orificio 4
Tabla 5
Corrigiendo los datos tenemos que para cada uno de los orificios.
Graficando los datos tenemos:

9. Grafica 1
Podemos observar el movimiento parabólica que tuvo el fluido con cada orificio podemos que el
orifico uno fue el que más arriba estaba sobre el nivel de referencia con respecto a los otros dos
puntos pero es el que más cercano a cero se encuentra, mientras el orificio 2 a pesar de estar en
medio de los tres orificios fue el que llego más lejos en el eje de las abscisas
PRACTICA 2
De la práctica anterior obtuvimos los siguientes resultados:
Tabla 6
DATOS
Para descarga la descarga con dos orificios abiertos se obtuvieron los siguientes resultados.

10. Tabla 7
DESARROLLO
Organizando los datos y ajustándolos tenemos:
Tabla 8
Graficando obtenemos:
Grafica 2
Podemos ver como se cruzan las dos graficas intersectándose en el punto 0.3105, 0.33.

11. Tenemos que:
푑푡 =
퐴푇 ∗ 푑푦
퐶푑 ∗ 퐴표 ∗ √2푔푦
Integrando obtenemos:
Entonces
퐴 ∗ 푇 = 0.000136848 ∗ 15 = 0.205
Y con los datos de la tabla 6 tenemos que T es:
푇 =
1
√2푔
∗
0.205
0.678 ∗ 0.00016
∗ ∫
푑푦
√푦
퐻푎
0
푇 = 318.59 푠푒푔
푇 = 5.31 푚푖푛
CONCLUSIONES
Las trayectorias que toman el fluido al ser liberado con un orificio en el tanque toma una
trayectoria parabólica sin importar en que parte de las paredes del tanque este ubicado el orificio
Para poder obtener el tiempo mejor aproximado en el que tarda un tanque en descargar el agua
por orificios de descarga se debe tener encuentra todas las perdidas y para ello determinamos los
coeficientes que representan en el sistema en este caso fueron coeficiente de descarga coeficiente
de contracción y el coeficiente de velocidad
Los coeficientes de descarga, velocidad y contracción son directamente proporcionales a la
magnitud del caudal tomado lo que nos lleva que también son proporcionales al número de
Reynolds, ya que cuando más turbulento es el flujo tomado es mayor el coeficiente de descarga,
el coeficiente de contracción y el coeficiente de velocidad.
.
푇 =
1
√2푔
∗
퐴푇
퐶푑 ∗ 퐴표
∗ ∫
푑푦
√푦
퐻푎
0