Mecánica de Fluidos: Práctica número 3 "Estudio de orificios"

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
Departamento de Ingeniería Civil e Industrial
Mecánica de Fluidos
2015-1
1
Práctica No. 3: Estudio de Orificios
Daniel Mateo Montealegre J.1
, Juan Pablo Quimbaya 1
, Neiza Yulieth Padilla1
Jessica A. Cano1
, Juan Pablo Ortiz1
, Juan S. Chilito A.1
1
Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Pontificia Universidad Javeriana, Cali, Colombia.
Entrega: Septiembre 30 de 2015
ABSTRACT
Para el estudio de un flujo permanente a través de un orificio es necesario el teorema de Bernoulli con la ecuación de
continuidad: 𝑣1 𝐴1 = 𝑣2 𝐴2 , en donde se tiene en cuenta la velocidad de entrada en el tanque y la velocidad de salida por el
orificio. También, se emplea el teorema de Torricelli, en el que se plantea que la velocidad de salida es igual a la adquirida
por cualquier cuerpo al caer libremente una altura h, lo cual se aplica a cualquier orificio ubicado a una profundidad h por
debajo de la superficie. El área en la que converge la corriente de fluido cuando se aproxima al orificio, se denomina sección
contraída o vena contracta.
En la práctica se trabaja con el tubo pitot que mide la presión estática y la presión dinámica del fluido en un punto.El caudal
puede determinarse a partir de la diferencia entre ambas presiones.Este consiste en una sonda con un orificio en el extremo
que se enfrenta a una corriente, en su abertura se forma un punto de suspensión,donde la presión se considera p 2 y la velocidad
nula. Con la ecuación de Bernoulli se determina, 𝑝2 = 𝑝 +
1
2
𝜌𝑣2
, donde p es la presión de un punto situado a gran distancia
de la sonda. Así mismo, se tiene en cuenta la lectura manométrica dependiendo el caso.
Key Words: Flujo, Coeficiente de Contracción, Coeficiente de descarga, Coeficiente de descarga.
INTRODUCCIÓN
Lo que se busca puntualmente con este experimento
es aplicar el principio de presiones de Bernoulli para
determinar los coeficientes de velocidad, contracción y
descarga de distintos caudales con la ayuda del aparato
de trayectoria de chorro y el banco hidráulico.
La mecánica de fluidos demuestra que cuando un
líquido esta contenido en un tanque de gran diámetro
con un pequeño orificio en su base que permite el
escape,elfluido se acelerará hacia el centrodel orificio,
de forma que al salir el chorro, sufre una reducción de
su área transversal(asumida como un círculo) debido a
la curvatura de las líneas de flujo (ver Figura 1). Al
final del orificio de área reducida (𝑁), la presión es
atmosférica al igual que en la superficie del líquido
contenido en el tanque (𝑀).
Figura 0. Dinámica de aceleración hacia el orificio

PRÁCTICA No. 3: ESTUDIO DE ORIFICIOS
2
Por Bernoulli se tiene que la cabeza en 𝑀 es:
𝑈 𝑀
2
2𝑔
+
𝑃 𝑀
𝑤
+ 𝑍 𝑀 (Ecuación 1)
Lo mismo ocurre en 𝑁:
𝑈 𝑁
2
2𝑔
+
𝑃 𝑁
𝑤
+ 𝑍 𝑁 (Ecuación 2)
Si no hubiese pérdida de energía y se igualaran las
Ecuaciones 1 y 2 (tener en cuenta que 𝑃 𝑀 = 𝑃 𝑁,por ser
presiones atmosféricas y que por la dimensión del
diámetro mayor 𝑈 𝑀 tiende a cero):
𝑍 𝑀 − 𝑍 𝑁 =
𝑈 𝑁
2
2𝑔
(Ver Figura 1.) Se puede notar que la diferencia de
alturas 𝑍 𝑀 − 𝑍 𝑁 es equivalente a la altura 𝐻𝑜, de modo
que:
𝐻𝑜 =
𝑈 𝑁
2
2𝑔
(Ecuación 3)
Esta última ecuación será la base sobre la que se
desarrollará gran parte del informe puesto que la
diferencia entre las lecturas de la altura de la cabeza de
agua por tubo de Pitot y por manómetro supone la
pérdida de energía, permite calcular las velocidades y,
por ende, el coeficiente de velocidad (𝐶𝑢).
De manera similar se calcula el coeficiente de
contracción (𝐶𝑐),referido a la relación entre la sección
de corte del orificio y aquella del chorro (vena
contracta), que en teoría debe ser menor. La descarga,
por otra parte, se define como el producto entre el área
transversal y la velocidad del flujo. Así se pueden
calcular valores de descarga teórica y práctica. Su
proporción será lo que se conoce como coeficiente de
descarga (𝐶𝑑).
Respecto a las trayectorias horizontales se puede
hacer un análisis interesante sabiendo que el fluido sale
de la boquilla a velocidad constante (𝑈𝑐) y es afectado
verticalmente por la acción de la gravedad. Esto hace
que se cumpla que:
𝑥 = 𝑈𝑐. 𝑡 𝑦 =
𝑔𝑡2
2
Si se igualan los tiempos despejados de ambas fórmulas
se obtiene:
𝑥
𝑈𝑐
= √
2𝑦
𝑔
Gracias a la Ecuación 3 se llega finalmente a que:
𝑦 =
𝑥2
4𝐻𝑜
(Ecuación 4)
EQUIPO Y METODOLOGÍA
El Instrumento utilizado para medir la trayectoria
del flujo, consiste, en general, de un tanque de carga
constante que se alimenta con agua del banco
hidráulico. El orificio está instalado en la base de dicho
tanque por medio de una pared de montaje especial, que
proporciona una superficie interior de descarga. El
contenido general de agua se mantiene a un valor
constante por un desbordamiento ajustable que se
indica por una escala de nivel graduada. Al respecto,
una serie de sondas ajustables (agujas ajustables)
permiten comprobar la trayectoria cumplida por elflujo
de agua. A su vez, se dice que el instrumento está
proporcionado por unos pies ajustables que permiten
nivelar.
Para permitir una realización adecuada de la
práctica es imperativo el uso de equipos e instrumentos
de medición, tales cuales una mesa hidráulica, un
aparatode medición de trayectoria de flujo (Según guía
Armfield, consultada externamente, F1-17, el
instrumento posee dos orificios con diámetros ∅ =
3.0 𝑚𝑚 𝑦 ∅ = 6.0 𝑚𝑚 y un total de ocho (8) agujas
para medir trayectoria. Se deben realizar una serie de
comprobaciones preliminares procediéndose a una
inspección visual general, asegurándose de que el
instrumento de flujo a través de un orificio se encuentre
colocado sobre una superficie horizontal.
Asimismo, se debe tener una adecuada preparación
e instalación preliminar delequipo. Posicione elaparato
sobre el banco hidráulico, y asegúrese de que el agua
entre correctamente. Asegúrese además de que el tubo
pitot se encuentre vertical y téngase cuidado con la

3
capacidad máxima del tanque y nivel adecuado. El
aparato debe estar nivelado sobre el banco.
Cuidadosamente, llénese el aparato con agua a
través del tubo flexible del banco, cualquier sobre flujo
se drena de manera adecuada por la válvula
correspondiente. Considérese siempre el diámetro del
orificio utilizado (o boquilla según sea el caso).
Asegúrese de que el nivel de agua en el tanque
permanezca constante durante la ejecución del
experimento. Para medir el coeficiente de Descarga
(𝐶 𝑑) se tiene un peso conocido de agua pasante por el
orficio en relación con la altura medida 𝐻0. Para el
coeficiente de velocidad 𝐶 𝑢, se introduce el pitot en el
flujo de agua y se miden la altura del mismo 𝐻 𝐶 y la del
orificio 𝐻0. Para el 𝐶 𝑐 se determina el diámetro del flujo
en el vena contracta, la diferencia entre la lectura de la
tuerca y la posición del tubo leído en la escala dan este
valor.
Debe reducirse la entrada de agua al tanque y medir
la descarga cada vez. Es necesario recolectar ocho (8)
valores de flujo para relacionar descarga (caudal) con
la altura del orificio.
Para modelar la trayectoria, colóquese el papel
milimetrado en el tablero, parte superior de las agujas.
Cada aguja debe tocar levemente un punto diferente del
flujo que sale por el orificio. Márquese las medidas en
el eje y dependiendo de lo reportado por cada aguja.
Antes de desmontar el equipo es conveniente analizar
los datos obtenidos en casode que se presentenposibles
valores atípicos que generen alteración en los
resultados.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Experimentación sobre orificio inferior
(FLUJO VERTICAL):
Se agrupan las medidas sobre el tiempo de toma
de caudal (método volumétrico), con sus
respectivos datos obtenidos sobre pitot (Método de
coeficientes), ambos clasificados según sus
respectivas lecturas de nivel de agua, en total se
realizan seis ensayos sobre este tipo de orificio,
recolectando lo siguiente, además se presentan
unos datos de entrada, que permanecen constantes
en el ensayo:
Tablas No. 1: Datos de entrada, constantes para la
experimentación sobre flujo vertical.
Figura No. 1: Mecanismo para
medición de la trayectoria horizontal.

4
Ahora bien, sobre la lectura medida
experimentalmente es necesario realizar una
corrección, debido a defectos presentes en el material
de trabajo, es por esta razón, que se requiere tomar una
medida desde la superficie del orificio inferior hasta la
primera marquilla que posee la regleta de
experimentación (en otras palabras hasta el número
100, mismo que se debe restar), este dato entonces
corresponde a 83mm tomados con ayuda de una cinta
métrica. Obsérvese a manera de ejemplo la corrección
sobre una lectura de 0,298 m:
𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 ( 𝐻0
) = 0,298 − 0,100 + 0,083
= 0,281 𝑚
Nota: se emplea la misma lógica para corregir las
lecturasencontradascuando el tubo de pitot escolocado
en el centro del flujo vertical (Hc).
También, se procede a determinar el tiempo
promedio que tarda en llegar a 12 litros con un caudal
determinado. A modo de ejemplo se toma el ensayo
número 1, donde se tienen tiempos de llenado de, 60.56
s,60.38 s y finalmente 61.48 s. por lo tanto su promedio
se determina con la siguiente expresión.
Datos de Entrada
Volumen V (L) 12.00
Diámetro orificio
inferior
D0 (mm) 13.00
Área orificio a0(mm2) 132.73
Distancia escala-
orifico inferior
(mm)
Y0 (mm) 83.00
Recolección de Datos sobre experimentación orificio vertical
Datos por medición de caudal Datos Por Pitot
Ensayo
Lectura medida
(m)
Lectura
corregida H0
(m)
Tiempo
para 12
L (s)
Tiempo
Promedio
(s)
Exterior
(mm)
Interior
(mm)
Central
(m)
Central
Corregido
Hc (m)
1 0,298 0,281
60,56
60,81 52,82 41,85 0,295 0,27860,38
61,48
2 0,362 0,345
55,70
55,95 55,01 43,95 0,36 0,34356,30
55,84
3 0,256 0,239
63,46
63,62 52,79 41,94 0,253 0,23663,59
63,80
4 0,306 0,289
59,90
60,19 54,01 42,99 0,304 0,28760,30
60,38
5 0,310 0,293
60,20
59,90 54,09 43,3 0,307 0,29059,40
60,10
6 0,190 0,173
74,90
74,90 52,07 41,1 0,187 0,17074,60
75,20
Tabla No. 2: Datos agrupados sobre la experimentción vertical.

5
𝑡
𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜=
∑ 𝑡𝑖
𝑛
=
60.56+60.38+61.38
3
=60.81 𝑠
Cálculo de coeficiente de descarga por método
volumétrico:
Con el objetivo de poder obtener el coeficiente de
descarga por el método volumétrico es necesario
entonces, conocer el caudal teórico (Q0) y el caudal
experimental (Qc), este hace referencia al caudal
contraído y es el que es afectado por la pérdida de
energía a causa de la contracción.
Ahora bien, el caudal teórico puede ser calculado a
partir de la ecuación de continuidad de los fluidos, la
cual está basada en el principio de conservación de la
materia, a partir de aquí se tiene entonces:
𝑄0 = 𝑎0 𝑉0
Donde, 𝑎0se refiere a el área del orificio por donde
fluye el agua (tabla N° 1).Según lo anterior se procede
primero a determinar la velocidad (𝑉0) a la cual sale el
agua mediante el orificio. Por lo tanto se tiene que:
𝑉0 = √2𝑔𝐻0
Aquí 𝑔 hace referencia a la aceleración de la gravedad
que se toma como 9.81 𝑚
𝑠2⁄ . A modo de ejemplo se
escoje el ensayo número 1 para determinar la
velocidad, finalmente se tiene que:
𝑉0 = √2 ∗ 9.81 𝑚
𝑠2⁄ ∗ 0.281𝑚 = 2.35 𝑚
𝑠⁄
Para determinar el caudal, según la velocidad obtenida
anteriormente, se tiene que.
𝑄0 = 0.0001327𝑚2 ∗ 2.35 𝑚
𝑠⁄ = 0.000312 𝑚3
𝑠⁄
Encambio, para obtener el Qc se tomaron medidas sobre
el tiempo en el que el flujo, dependiendo de las cabezas
de agua, tardaba en llenar un volumen de 12 L, por lo
anterior se tiene que:
𝑄 𝐶 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜
=
12 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑚
A modo de ejemplo, se determina el 𝑄 𝑐, tomando el
ensayo número 1, donde se tiene un tiempo promedio
igual a 60.81 segundos. Por lo tanto se tiene que.
𝑄 𝑐 =
12 𝐿
60.81 𝑠
= 0.197 𝐿
𝑠⁄
Para finalizar entonces, se procede a encontrar el
coeficiente de descarga para este método, en donde se
tiene que realizar una relación entre los caudales, es
decir:
𝐶𝑑1 =
𝑄 𝑐
𝑄0
A modo de ejemplo se determina el coeficiente de
descarga para en ensayo número 1 donde se tiene un
caudal teórico de 0.197 𝐿
𝑠⁄ y un caudal experimental
de 0.000312 𝑚3
𝑠⁄ . Nótese que el caudal experimental
esta en 𝑚3
𝑠⁄ por lo tanto debe pasar por un proceso de
conversión para finalmente quedar en 𝐿
𝑠⁄ o viceversa.
Por lo tanto se tiene que el 𝑄0 = 0.312 𝐿
𝑠⁄ , finalmente
se trabaja de la siguiente manera:
𝐶 𝑑 =
0.197 𝐿
𝑠⁄
0.312 𝐿
𝑠⁄
= 0.631
Lectura
corregida H0
(m)
Tiempo
Promedio
(s)
Qc (L/s)
V0
(m/s)
Q0(m3/s)
Coeficiente
de
descarga
(Cd1)
0.281 60.81 0.197 2.35 0.000312 0,63
0.345 55.95 0.214 2.60 0.000345 0,62
0.239 63.62 0.189 2.17 0.000287 0,66
0.289 60.19 0.199 2.38 0.000316 0,63
0.293 59.90 0.200 2.40 0.000318 0,63
0.173 74.9 0.160 1.84 0.000245 0,66
Promedio 0,65
Tabla No.3. Resumen de cálculos para todos los datos.

6
A manera de análisis obsérvese en la tabla anterior,
como a medida que el nivel de agua dentro del tanque
aumenta (H0),eltiempo de llenado del mismo esmenor,
lo que se ve claramente sustentado debido a que
velocidad correspondiente a los mismos es mayor,
según el caso.
Cálculo de coeficiente de descarga por método de
coeficientes:
En el anterior apéndice se describió el cálculo del
coeficiente de descarga mediante el método
volumétrico, elcuáles de carácterempírico, ahora bien,
aquí se describe entonces el procedimiento mediante el
cuál se puede encontrar el mismo dato en cuestión, con
la ayuda de los coeficientes de velocidad (Cu) y el de
contracción (Cc); con base en lo anterior, y en la tabla
no 2 (misma en la cuál se anotaron los valores obtenidos
sobre pitot) se procede a encontrar las variables
descritas:
Las medidas exterior e interior mencionadas en la
tabla No.2 hacen referencia a dos extremos de la vena
contracta del flujo vertical diametralmente opuestos,
por lo que al realizar la diferencia entre estos dos
valores es posible encontr el diámetro del chorro en
cuestión (dc,) mientras que el Hc corresponde al valor
arrojado por el tubo de pitot cuando este es colocado en
el centro del flujo en cuestión.
Mediante el método con el tubo de pitot, se procede
a determinar el diámetro de la vena contracta ( 𝑑 𝑐). Este
se define mediante la siguiente relación.
𝑑 𝑐 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 − 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜
A modo de ejemplo, se toma el ensayo 1 donde se tiene
un diámetro externo de 52.82 mm y un diámetro interno
de 41.85 mm. Por lo tanto se tiene que.
𝑑 𝑐 = 52.82 𝑚𝑚 − 41.85𝑚𝑚 = 𝟏𝟎. 𝟗𝟕𝒎𝒎
Para determinarel área de seccióntransversalde la vena
contracta (𝑎 𝑐) se hace uso del diámetro de la vena
contracta obtenido anteriormente. Finalmente, a modo
de ejemplo, se toma el ensayo número 1 donde se tiene
un diámetro (𝑑 𝑐)de 10.97 mm, por lo tanto se tiene que.
𝑎 𝑐 =
𝜋 ∗ 𝑑 𝑐
2
4
=
𝜋 ∗ 10.972
4
= 94.52𝑚𝑚2
Se define el coeficiente de contracción ( 𝐶 𝑐) como la
relación entre el área de la vena contracta, con el área
del orificio, cabe resaltarque la última área esconstante
para todos los ensayos y tiene un valor de 132.73𝑚𝑚2.
Por lo tanto, se tiene que.
𝐶 𝑐 =
𝑎 𝑐
𝑎 𝑜
contracción (𝐶 𝑐) haciendo uso de los datos obtenidos en
el ensayo número 1, donde se tiene un área de la vena
contracta de 94.52𝑚𝑚2.
𝐶 𝑐 =
94.52𝑚𝑚2
132.73 𝑚𝑚2 = 0.712
Después entonces es posible encontrar el coeficiente de
velocidades, mediante la razón entre velocidades
experimentas (Uc, afectadas por pérdida de energía) y
teóricas (Uo), estas se pueden expresar en términos de
alturas facilitando la realización de la labor, debido a
que el cálculo se reduce simplemente a la división de
Hc y el Ho, esto se debe a lo siguiente (presentes en la
tabla no. 2):
𝐶 𝑢 =
𝑈𝑐
𝑈0
=
√2𝑔𝐻 𝐶
√2𝑔𝐻0
= √
𝐻 𝐶
𝐻0
velocidad (𝑐 𝑢) para el ensayo número 1, donde se tiene
un 𝐻0 = 281𝑚𝑚 y un 𝐻𝑐 = 278𝑚𝑚 por lo tanto se
tiene que:
𝑐 𝑢 = √
278𝑚𝑚
281𝑚𝑚
= 0.995
Teniendo los valores de los coeficientes de contracción
y velocidad, se puede obtener el coeficiente de descarga
mediante la siguiente expresión:
𝐶 𝑑 = 𝐶 𝑐 𝐶 𝑢
Tomando como base el ensayo 1, se puede entocnes
obtener el coeficiente de contración de la siguiente
manera:
𝐶 𝑑 = 0,712 × 0,995 = 𝟎, 𝟕𝟏
Tabla No. 4. Resumen de cálculos por medio del método de
coeficientes.

7
A manera de análisis general se realiza una
comparación entre los coeficientes obtenidos por los
distintos métodos, con el fin de obtener información
sobre la vercidad de los datos y poder compararla con
el valor teóricamente aceptado,el cuál según la guía de
laboratorio correspondea los valores carácteristicos de
una boquilla filuda (Sharp edged orifice), observese
entonces las tablas siguientes
Figura No. 2. Esquematización de un Sharp edged
orifice
Tabla No. 5. Valores aproximados de los coeficientes
según el tipo de orificio.
Tabla
No. 6. Comparación entre los coeficientes de descarga
obtenidos para ambos métodos.
Se dice entonces que según el valor teórico del
coeficiente de descarga correspondiente al orificio en
cuestión, se tiene, que los valores más cercanos los
posee el coeficiente encontrado por método volumé-
tico (Cd1), debido en esencia a que, el control del
caudal mediante este método es el más preciso de
todos (se obtienen medidas casiperfectas),por lo que
permitiría entontrar mas satisfactoriamente este
resultado, en cambio el método por coeficientes,
incurre en medidas provenientes de datos como los de
pitot, los cuales son muy subjetivos. Lo anterior se
Calculos sobre orificio Inferior
Hc
(m)
dc
(mm)
ac
(mm2) Cc Cu Cd2
0,278 10,97 94,52 0,712 0,995 0,71
0,343 11,06 96,07 0,724 0,997 0,72
0,236 10,85 92,46 0,697 0,994 0,69
0,287 11,02 95,38 0,719 0,997 0,72
0,290 10,79 91,44 0,689 0,995 0,69
0,170 10,97 94,52 0,712 0,991 0,71
Prom. 0,709 0,995 0,705
Método
volumétrico
Método
Coeficientes
Cd1 Cd2
0,63 0,71
0,62 0,72
0,66 0,69
0,63 0,72
0,63 0,69
0,66 0,71
Prom. 0,655 0,708
y = 5.8793x + 3E-14
y = 3.1005x + 0.3314
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70QX10^4(m3/s)
H^(1/2) (m^(1/2))
Caudal Vs Nivel del agua
Teórico Experimental
Linear (Teórico) Linear (Experimental)

8
puede confirmar mediante la realización de los res-
pectivos porcentajes de error.
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
|
× 100
En donde para cada caso se obtiene lo siguiente:
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑐𝑑1 = |
0,67 − 0,655
0,67
| × 100 = 𝟐, 𝟐𝟒 %
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑐𝑑2 = |
0,67 − 0,708
0,67
| × 100 = 𝟓, 𝟔𝟕 %
Confirmando entonces lo mencionado
anteriormente sobre la mayor confiabilidad del
método volumétrico.
Gráfico No. 1. Graficación variables de la
pendiente de la recta descrita por la ecuación del
coeficiente de descarga
Experimentación sobre orificio lateral
(FLUJO HORIZONTAL):
De forma similar a lo que se mostró para el
experimento de Flujo Vertical, en este experimento de
Flujo Horizontal también hay valores que permanecen
constantes a lo largo de los ensayos sin que importe la
variación en la magnitud del caudal en estudio. Estos
datos se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Datos constantes para cálculos de Flujo
Horizontal
De acuerdo a lo descrito en el apartado de
Procedimiento,para cada uno de los 10 ensayos que se
estudiaron en este experimento, se llevó registro del
recorrido parabólico que seguía el chorro al salir por el
orificio horizontal, precipitándose en el banco
hidráulico.
Es fundamental mencionar que en cuanto a las
coordenadas, para todas las trayectorias se usó el
mismo sistema de referencias ubicado justo en el punto
medio del orificio, como se muestra enla Figura 3.Esto
significa que los puntos marcados en el papel
milimetrado pueden tomarse como las diferentes
posiciones que ocupa una partícula de agua al caer.
Como se puede deducir de la Figura 3, todos los
puntos que describen la parábola de un chorro estarán
en el cuarto cuadrante, es decir, coordenadas
horizontales positivas y coordenadas verticales
negativas.
Tabla 8. Tiempos de llenado para cálculo de
caudalDATO NOTACIÓN VALOR
Diámetro del orificio (𝑚) 𝐷 0,01300
Área transversaldel orificio (𝑚2
) 𝐴 0,00013
Altura desde el centro del orificio hasta
la base de la escala (𝑚)
𝐻𝑏 0,04400
Volumen de llenado (𝐿) 𝑉 15

9
Tabla 9. Calculo de caudal, velocidad de chorro y
coeficiente de descarga para flujo por un orificio
horizontal
ENSAYO
TIEMPO
DE
DESCARGA
(s)
PROMEDIO
(s)
ENSAYO
TIEMPO
DE
DESCARGA
(s)
PROM
(s)
1
58,33
59,93 6
65,05
64,9060,00 64,62
61,47 65,03
2
59,22
60,48 7
65,25
65,6461,86 66,18
60,35 65,50
3
62,02
62,84 8
67,56
67,7063,10 68,10
63,40 67,45
4
62,44
62,91 9
69,14
70,2063,70 71,05
62,58 70,40
5
64,44
64,84 10
73,15
72,9665,74 72,63
64,35 73,10
ENSAYO
TIEMPO DE
DESCARGA
PROMEDIO
(s)
CAUDAL
(L/s)
CABEZA
DE
AGUA
(m)
VELOCIDAD
DE
CHORRO
(m/s)
COEFI
D
DESC
T Qr Ho uo C
1 59,93 0,250 0,344 2,597 0,7
2 60,48 0,248 0,334 2,559 0,7
3 62,84 0,239 0,318 2,497 0,7
4 62,91 0,238 0,314 2,481 0,7
5 64,84 0,231 0,310 2,465 0,7
6 64,90 0,231 0,308 2,457 0,7
7 65,64 0,229 0,298 2,417 0,7
8 67,70 0,222 0,288 2,376 0,7
9 70,20 0,214 0,278 2,334 0,6
10 72,96 0,206 0,276 2,326 0,6
Prom. 0,7
X
EXPERIMENTAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,030 0,000 -0,001 -0,001 -0,002 -0,002 -0,003 -0,004 -0,004 -0,005 -0,005
0,068 -0,006 -0,006 -0,007 -0,008 -0,009 -0,009 -0,010 -0,01 -0,011 -0,012
0,108 -0,015 -0,015 -0,016 -0,016 -0,017 -0,019 -0,020 -0,021 -0,023 -0,024
0,150 -0,03 -0,030 -0,032 -0,034 -0,035 -0,038 -0,038 -0,039 -0,039 -0,043
0,190 -0,046 -0,047 -0,048 -0,050 -0,051 -0,052 -0,053 -0,054 -0,059 -0,066
0,225 -0,061 -0,064 -0,068 -0,072 -0,073 -0,078 -0,083 -0,085 -0,085 -0,090
0,268 -0,087 -0,090 -0,095 -0,099 -0,101 -0,105 -0,106 -0,111 -0,119 -0,120
0,305 -0,115 -0,117 -0,124 -0,126 -0,127 -0,139 -0,140 -0,147 -0,156 -0,157
0,345 -0,140 -0,149 -0,153 -0,161 -0,164 -0,173 -0,174 -0,185 -0,194 -0,195
0,390 -0,173 -0,183 -0,185 -0,195 -0,200 -0,204 -0,210 -0,219 -0,228 -0,230
X
TEORICO
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,030 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001
0,068 -0,003 -0,003 -0,004 -0,004 -0,004 -0,004 -0,004 -0,004 -0,004 -0,004
0,108 -0,008 -0,009 -0,009 -0,009 -0,009 -0,009 -0,010 -0,010 -0,010 -0,011
0,150 -0,016 -0,017 -0,018 -0,018 -0,018 -0,018 -0,019 -0,020 -0,020 -0,020
0,190 -0,026 -0,027 -0,028 -0,029 -0,029 -0,029 -0,030 -0,031 -0,032 -0,033
0,225 -0,037 -0,038 -0,040 -0,040 -0,041 -0,041 -0,042 -0,044 -0,046 -0,046
0,268 -0,052 -0,054 -0,056 -0,057 -0,058 -0,058 -0,060 -0,062 -0,065 -0,065
0,305 -0,068 -0,070 -0,073 -0,074 -0,075 -0,076 -0,078 -0,081 -0,084 -0,084
0,345 -0,087 -0,089 -0,094 -0,095 -0,096 -0,097 -0,100 -0,103 -0,107 -0,108
0,390 -0,111 -0,114 -0,120 -0,121 -0,123 -0,123 -0,128 -0,132 -0,137 -0,138
Tabla 10. Trayectoria Horizontal experimental,datos tomadosde la práctica de laboratorio
Tabla 11. Trayectoria Horizontal Teórica

2
Grafico 2. Datos experimentales 1 y 2 vs Datos
Teóricos 1 y 2 según las tablas 10 y 11 del informe.
Por ende se entiende que los datos experimentales se
encuentran siempre en la parte superior de los teóricos,
es decir, presentan mayores valores de “Y” para los
mismos “X”, tomando como eje de referencia el Y=0 y
tomando elY positivo hacia abajo. Los valores teóricos
representan una mayor caída con respecto a los
experimentales.
Grafico 3. Datos experimentales según la Tabla 10.
Grafico 4. Datos teóricos según la Tabla 11.
Es claro, además, que la trayectoria que dibuja el agua
es parabólica, para ambos casos, teórico y
experimental. Se puede notar que, al disminuir la
cabeza de agua Ho,se denota una trayectoria más curva,

3
al tomar valores mayores de Y (Teniendo en cuenta un
Y positivo hacia abajo).
Siguiendo el mismo orden de ideas, es claro que a
mayor distancia horizontal, más representativa es la
diferencia en el eje Y entre los valores teóricos y
experimentales.
Con respecto al coeficiente de descarga, este es muy
semejante al hallado para orificio vertical, es decir, el
caudal real con respecto al ideal es muy similar en
ambos casos. Este dato tiene una considerable
incertidumbre, debido a que relaciona datos obtenidos
de tiempo en segundos y alturas de cabeza de agua.
CONCLUSIONES
Para las lecturas del primer ensayo, es necesario
asegurar que el tanque se encuentre estable, que no se
vea afectado por ningún movimiento externo debido a
que estos movimientos pueden afectar la velocidad de
flujo y causar inconsistencias en los resultados.
Para obtener un mayor caudal a través de un
orificio, se debe buscar las condiciones para un
coeficiente de descarga muy cercano a uno, para que el
caudal real se asemeje más al caudal ideal. Lo anterior
se puede lograr implementando orificios más
redondeados, que pueden llegar a un coeficiente de
descarga de 0,97, según TecQuipment Ltda.
Entre más mediciones experimentales se tomen en
una práctica, mayores incertidumbres se tendrá que
manejar y mayor propagación de error habrá.
Los resultados de este laboratorio se pueden ver
afectados por diferentes causas algunas de ellas son:
Error en la visualización de los datos, es decir al
momento de ver los datos arrojados por los
instrumentos (manómetro, pitot y escala de medición
para el diámetro del agujero), se pueden obtener datos
erróneos si se observa desde un ángulo equivocado.
También se puede tener un error significativo si no se
tiene precisión a la hora de tomar el tiempo para
calcular el caudal, para reducir este error lo más
recomendable es que lo realice siempre la misma
persona,para que el tiempo de respuesta varíe lo menos
posible.
La medición del caudal es fundamental para
captación de agua para consumo o producción de
energía, entre las actividades más conocidas, por lo que
una adecuada medición será fundamental para una
adecuada repartición de este recurso a la sociedad, o la
producción de una cantidad necesaria de energía
eléctrica.
Instrumentos como el Tubo de Pitot o el manómetro
son fundamentales para caracterizar características de
un flujo de agua, como lo son presión estática, presión
dinámica y presión absoluta. A pesar de que hace más
de 100 años se cuenta con estos equipos, los mismos
siguen haciendo presencia en los laboratorios en la
actualidad.
Los resultados experimentales obtenidos en el
procedimiento del Flujo Horizontal descritos en la
Tabla 10,en relación con los datos teóricos descritos en
la Tabla 11, son considerablemente diferentes, esto
debido a que los datos teóricos no tienen en cuenta
diferentes factores como la gravedad, la humedad del
aire, la temperatura,entre otros factores que afectan de
forma significativa los resultados de la posición vertical
del chorro con respectoa una posición Horizontal dada.
Esto puede verse claramente en la Grafico 2. Lo
anterior lleva a concluir que, al momento de realizar
una comparación entre ambos resultados Teórico y
Experimental (Porcentaje de error), se obtendrán
valores considerablemente altos, lo cual significa que al
no tener en cuenta componentes externos tan
importantes como la gravedad, se obtendrá una falla en
los resultados obtenidos.
REFERENCIAS
[1] Young, Hugh D. y Roger A. Freedman. Fisica
Universitaria Volumen I. Editorial Pearson Educación.
Decimosegunda Edición. 2009; Pág. 8, 9, 10, 227, 228,

4
229, 230,231, 298, 299, 323,324, 325, 326, 327,328.
ISBN 978-607-442-288-7.
[2] Technical equipment’s. Jet trajectory and orifice flow
H33. Technical equipment’s. Nottingham, Reino
Unido. Sitio web: http//www.tecquipment.com/Fluid-
Mechanics/Nozzles-Jets-Vortex/H33.aspx
[3] Universidad Industrial de Santander, Escuela de
Ingeniería Mecánica, Laboratorio de Sistema de
Transporte y Aprovechamiento de Fluidos, Practica No
8, Flujo a Través de un Orificio y Trayectoria de Chorro,
Citado el 27/03/15, Disponible [en línea] en:
http://tic.uis.edu.co/ava/pluginfile.php/237619/mod_res
ource/content/1/8.%20Flujo%20a%20traves%20de%20
un%20orificio%20GUIA.pdf
[4] Mecánica de Fluidos, Universidad Javeriana seccional
Cali, Laboratorio No 3, Flujo por un Orificio y
Trayectoria de Chorro, Procedimiento con aparato H33,
Citado el 27/03/15, Disponible [en línea para
estudiantes] en:
https://aulavirtual.javerianacali.edu.co/bbcswebdav/pid-
460802-dt-content-rid-934249_1/courses/300IGC011-
20151-B/P3%20Orificio.pdf

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