PRACTICA 08 M. FLUIDOS.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÒBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERÌA AGRÌCOLA
INFORME Nº 08: MEDICIÓN DE FLUJOS EN ORIFICIOS
CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS (RH – 342)
DIRIGIO POR:
Ing. WILBER JHON RETAMOZO GODOY
PRESENTADO POR:
 LUJAN SULCA, Alexander
 PRADO FARFAN, Usiel
 RUA ENCISO, Yhen Wilmar
 VIZCARRA COLOS, Alex R.
GRUPO DE PRÁCTICA: JUEVES 9-11 AM
FECHA DE EJECUCIÓN: 03/08/2023
FECHA DE ENTREGA: 10/08/2023
AYACUCHO – PERÚ
2023

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I. RESUMEN
En el presente informe se busca la conceptualización de las teorías y el desarrollo metodológico
para lograr el objetivo que es contribuir al conocimiento experimental acerca de los coeficientes
de descarga, velocidad y contracción, para orificios circulares y rectangulares, estos definen
ecuaciones únicas en las estructuras hidráulicas que miden los volúmenes de los fluidos. En las
ecuaciones encontradas para los dispositivos de medición se consideró el fenómeno de
estrangulamiento en la salida del flujo, el que determina el volumen y la velocidad real que
atraviesa la sección contraída de la estructura hidráulica. Los valores encontrados en esta
investigación siguen la tendencia de los resultados en procesos experimentales desarrollados que
muestran factores de corrección para una descarga teórica, haciendo posible la comparación.

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ÍNDICE GENERAL
I. RESUMEN ................................................................................................................................................2
II. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................4
III. OBJETIVOS ............................................................................................................................................4
IV. FUNDAMENTO TEÓRICO ..................................................................................................................4
5. Materiales, instrumentos y equipo .........................................................................................................8
6. PROCEDIMEINTOS............................................................................................................................10
7. ANÁLISIS Y CÁLCULOS ...................................................................................................................10
8. RESULTADOS ......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
9. CONCLUCIONES.................................................................................................................................18
10. RECOMENDACIONES .......................................................................................................................18
11. CUESTIONARIO..................................................................................................................................18
12. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................19

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II. INTRODUCCIÓN
En el presente informe se describen el proceso para determinar las dimensiones del orificio, la
velocidad de salida, los coeficientes (de contracción, velocidad y descarga), el caudal, todo con el
fin de analizar y procesarlos datos experimentales obtenidos en el laboratorio.
El termino orificio, según se usa en hidráulica, se aplica a cualquier abertura, con perímetro cerrado,
practicada en una pared o tabique que permite el derrame del agua contenida en un recipiente. Los
orificios entran en el diseño de muchas estructuras hidráulicas; y se usan frecuentemente en la
medición de caudales de las corrientes fluidas.
Los más usados son lo circulares, El agua que fluye por orificios de conforme va abandonando el
orificio, el chorro va contrayéndose gradualmente, hasta formar un chorro cuya área transversal es
algo menor que el área transversal del orificio. Esto se debe a la convergencia de las trayectorias
seguidas por las diferentes partículas, conforme se acercan al orificio. Supóngase un depósito de
líquido, este tiene en la parte inferior un orificio por el que sale el líquido; el área del orificio es
pequeño y el del depósito es suficientemente grande, y siendo el flujo permanente, de manera que el
gasto que sale por el orificio es igual al gasto que entrara en el depósito, por lo que se tendrá una
altura del líquido “h”. (Flujos en orificios, teorema de Torricelli)
Imagen 01: Orificio en depósito con flujo permanente.
III. OBJETIVOS
3.1.OBJETIVOS GENERALES
 Analizar el comportamiento del flujo a través de los orificios circulares y rectangular
para determinar los diferentes coeficientes.
3.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Determinar los coeficientes de contracción, velocidad y descarga
 Comparar resultados teóricos con los obtenidos de forma práctica, mediante la
realización de los ensayos de laboratorio.
IV. FUNDAMENTO TEÓRICO
Los orificios son perforaciones, generalmente de forma regular y perímetro cerrado,
colocado por debajo de la superficie, en tanques, canales o tuberías. Considerando un
recipiente lleno de agua al cual se le realiza un orifico en una de sus paredes por debajo
del nivel del agua, el fluido saldrá con una determinada fuerza por dicho orificio.
(Fernández S., 2020)
4.1. Clasificación de los orificios

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La clasificación puede realizarse de acuerdo a las condiciones de trabajo, es decir, descargando
libremente, ahogados parcialmente o sumergidos o a presión en el interior de una tubería. De la
misma manera la clasificación puede realizarse de acuerdo con su forma, circular, cuadrada,
rectangular, etc. (Vásquez, 2013)
a) Orificios con descarga libre
Son aquellos en los que el nivel de líquido de la descarga se encuentra por debajo del orificio.
Imagen 02 Orificio con descarga libre
Fuente: Sotelo G., Hidráulica general
b) Orificios sumergidos o ahogados
Son aquellos en los que el nivel de líquido de la descarga se encuentra por encima y por debajo del
orificio, pueden ser de dimensiones fijas o ajustables. Los orificios sumergidos con dimensiones fijas
se usan cuando la carga de líquido disponible es insuficiente para la operación adecuada de los
vertederos, debido a que si la carga H es baja un vertedero no funciona.
Imagen 03 Orificio sumergido totalmente
c) Orificios de pared delgada
En estos orificios el agua al salir tiene contacto con un solo punto y lo llena completamente. La vena
líquida sufre una contracción, que llega a ser extrema en la parte que se denomina vena o sección
contractada o contraída.
Imagen 04 Orificio de pared delgada

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d) Orificios de pared gruesa
En estos orificios el agua al salir tiene contacto en más de un punto, se le puede dar forma
abocinada para que al salir el agua se forme un chorro igual al diámetro del orificio.
Imagen 05 Orificio de pared gruesa
e) Orificio de tubo
La salida del orificio está conectada a un tubo corto, es decir, el líquido no sale a la superficie libre
inmediatamente, sino a un tubo de pequeña longitud aproximadamente 2 o 3 veces el diámetro del
orificio.

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Imagen 06 Orificio de tubo
f) Orificios según su forma
Existen tres tipos de formas para orificios: Orificios circulares, orficios rectangulares y orificos
cuadradas.
Imagen 07 Tipos de orificios según su forma
Fuente: Gómez C., Laboratorio de hidráulica
4.2. Coeficiente de contracción
Este coeficiente lo han obtenido experimentalmente muchos investigadores a través de la geometría
del flujo. Para determinar el coeficiente de contracción se pueden utilizar las siguientes ecuaciones:
(Guamán H., Jiménez D.; 2018)
𝑐𝑐 =
𝐴𝑐ℎ
𝐴𝑜
…………..Ecuación 01
Donde:
Ach: Área del corro
Ao: Área del orificio
4.3. Coeficiente de velocidad
Los investigadores Knapp y Henderson exponen una comparación interesante de algunos resultados
que presentan discrepancias importantes atribuibles, según Knapp, el grado de agudeza del canto
afilado de la compuerta. Henderson, por el contrario, concluye que esto se debe a la manera como
se desarrolla la capa límite a partir del plano de la compuerta. Con base a las experiencias de estos

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dos reconocidos investigadores, Knapp propone una ecuación para calcular el coeficiente de
velocidad en compuertas verticales con descarga libre, en función de la relación a/H. Para ser
congruentes con los anteriores desarrollos, se ha modificado la ecuación para que la dependencia
sea con a/y1, como se muestra en la siguiente ecuación: (Guamán H., Jiménez D.; 2018)
𝑪𝒗 =
𝑿
𝟐√𝒀∗𝑯
…………..Ecuación 02
Donde:
X: Posición horizontal del chorro (m)
Y: Posición vertical del chorro (m)
H: Carga hidráulica (m)
4.4. Coeficiente de descarga
Para obtener el valor del caudal real del aforo en el flujo de compuertas planas el coeficiente de
descarga se obtiene de la dependencia de los coeficientes anteriores, Cc y Cv en la siguiente
ecuación: (Guamán H., Jiménez D.; 2018)
𝐶𝑑 = 𝐶𝑐 ∗ 𝐶𝑣 …………..Ecuación 03
Donde:
Cc: Coeficiente de contracción
Cv: Coeficiente de velocidad
4.5. Ecuación de la velocidad teórica (Vt)
𝑉𝑡 = √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻 (
𝑚
𝑠2) …………..Ecuación 04
4.6. Ecuación de caudal real (Qr)
𝑄𝑟 = 𝐶𝑑 ∗ 𝐴0 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻 …………..Ecuación 05
5. Materiales, instrumentos y equipo
a) Tanque o almacén de agua
Fuente: Fotografía tomado al equipo de laboratorio
b) Regla metálica
Fuente: Fotografía tomado al instrumento de laboratorio

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c) Bomba de agua
d) Equipo para realizar las diferentes pruebas
e) Orificios circulares y rectangular

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6. PROCEDIMEINTOS
El procedimiento experimental a seguir es como se indica a continuación:
 Se procedió con el encendido de la bomba de agua ya que contaba con el tanque lleno de
agua.
 Toma de datos como la altura en Y desde la base hasta el orificio y el diámetro de chorro
Imagen 08 toma de datos
Fuente: Fotografía tomado en el laboratorio.
7. ANÁLISIS Y CÁLCULOS
El contenido de los datos tomados de la práctica realizada en el laboratorio para orificios circulares
y rectangular, se tomó las muestras representativas para cada uno de estos.
Los datos obtenidos son los siguientes:
 Carga: H (m) datos de la práctica
 Gasto Volumétrico:
 Volumen: (Lt.)
 Tiempo:(seg.)
 Caudal: Vol./t (m3/seg)
 Velocidad Teórica
 Vt: √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻
 Diámetro del Chorro: Se obtuvo en la práctica de laboratorio.
 Área del Chorro: Se obtuvo en la práctica de laboratorio.
 Área del orificio
 Circular: π ∗ r2
.
 Rectangular: b ∗ h.
 Caudal Teórico

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 𝑄𝑡 = 𝐴𝑜 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻
 Coeficiente de contracción
 𝐶𝑐 =
𝐴𝑐ℎ
𝐴𝑜
 Coeficiente de Velocidad
 𝐶𝑣 =
𝑋
2∗√𝑌𝐻
 Coeficiente de descarga
 𝐶𝑑 = 𝐶𝑐 ∗ 𝐶𝑣
 Caudal Real
 Qr = Cd ∗ Ao ∗ √2 ∗ g ∗ H

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 Validación del ensayo para oricios circular Mayor (∅ = 𝟓𝒄𝒎 ).
 Carga
H=0.022m
 Volumen
V= 9.96 Lt. =0.00996 m3
 Tiempo
T= 3.826 seg.
 Caudal
Q =V/t = 0.00996 m3/3.826 seg.
Q=0.0026m^3/seg.
 Velocidad Teórica
o Vt = √2 ∗ 9.81 ∗ 0.022
o Vt = 0.656
m
s
 Diámetro del chorro
o dch = 5.5cm = 0.055m.
 Área del chorro
o 𝐴𝑐ℎ =
𝜋
4
∗ 𝐷2
=
𝜋
4
∗ (0.055)2
o 𝐴𝑐ℎ = 0.0023𝑚2
 Área del orificio
o ∅ = 5cm = 0.05m → A =
π
4
D2
o 𝐴𝑜 =
𝜋
4
∗ (0.05𝑚)2
= 0.00196𝑚2
.
 Caudal Teórico
o Qt = 0.00196 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 0.022
o Qt = 0.00128m3/s.
 Coeficiente de contracción
o 𝑪𝒄 =
𝟎.𝟎𝟎𝟐𝟑𝒎𝟐
𝟎.𝟎𝟎𝟏𝟗𝟔𝒎𝟐 = 1.173
o 𝑪𝒄 = 𝟏. 𝟏𝟕𝟑.
 Coordenadas
o X = 0.435m
o Y = 0.25m.
 Coeficiente de velocidad
o 𝑪𝒗 =
𝟎.𝟒𝟑𝟓𝒎
𝟐∗√𝟎.𝟐𝟓∗𝟎.𝟎𝟐𝟐𝒎
o 𝑪𝒗 = 𝟐. 𝟗𝟑𝟐.
 Coeficiente de descarga
o 𝑪𝒅 = 𝟏. 𝟏𝟕𝟑 ∗ 𝟐. 𝟗𝟑𝟐
o 𝑪𝒅 = 𝟑. 𝟒𝟑𝟗.
 Caudal Real
o 𝑸𝒓 = 𝟑. 𝟒𝟑𝟗 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟗𝟔𝒎𝟐
∗
√𝟐 ∗ 𝟗.
𝟖𝟏𝒎
𝒔𝟐 ∗ 𝟎. 𝟎𝟐𝟐
o 𝑸𝒓 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟒𝒎𝟑
/𝒔𝒆𝒈.

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 Validación del ensayo para oricios circulares.
La Tabla 1 Contiene los datos tomados de la práctica realizada para orificios circulares únicamente, se tomaron 5 muestras
representativas.
ENSAYOS
#
1 3.64 7
2 4.08 11
3 3.75 10.9
4 3.8 10.6
5 3.86 10.3
Promedio 3.826 9.96 0.05
Tiempo
(seg.)
Volumen
(Lt)
Diametro
(cm)
5
VolumenVolumenTiempo Caudal
# H(m)
Vol
(Lt)
Vol
(m3)
T
(seg.)
Vol./t
(m3/seg
)
Vt
=(2*g*H)^(1
/2)
dch(m) Ach(m2) Ao (m2)
Q_t=A_
o*√(2*g
*H)
Cc=Ach/Ao X(m) Y(m)
Cv=X/(2*Y*H)^(1/
2)
Cd=Cc*Cv
Qr=
Cd*Ao*(2*g*H)^(1/2)
1 0.22 9.96 0.00996 3.826 0.0026 2.078 0.055 0.002375829 0.001963 0.004079 1.210 0.435 0.25 1.3116 1.58700 0.0065
ENSAY
OS
CARGA
Gasto Volumetrico Velocidad
Téorica
Diámetr
o del
Coeficiente de
Velocidad
Coeficiente
de descarga
CaudalReal
Área del
Chorro
Área del
Orificio
Caudal
teórico
Coeficiente
de
Coordenad
as
Tabla N°1

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Validación del ensayo para orificios circulares. Fuente: Elaboración Propia
Tabla N°2. Datos tomados en la práctica de laboratorio para orifico de diámetro mediano (∅ = 3𝑐𝑚), muestra representativa N°2.
ENSAYOS Tiempo
(seg.)
Volumen
(Lt)
Diametro
(cm)
#
1 5.3 7
3
2 5 6.5
3 5.2 7.5
4 6.1 9.5
5 4.7 7
Promedio 5.26 7.5 0.03
Volumen Volumen Tiempo Caudal
# H(m) Vol(Lt) Vol(m3) T(seg.)
Vol./t
(m3/seg)
Vt
=(2*g*H)^(1/2)
dch(m) Ach(m2) Ao(m2) Q_t=A_o*
√(2*g*H)
Cc=Ach/Ao X(m) Y(m) Cv=X/(2*Y*H)^(1/2) Cd=Cc*Cv Qr=Cd*Ao*(2*g*H)^(1/2)
2 0.41 7.5 0.0075 5.26 0.0014 2.836 0.038 0.001134115 0.000707 0.005686 1.604 0.655 0.25 1.4467 2.32107 0.0047
ENSAYOS CARGA
GastoVolumetrico Velocidad
Téorica
Diámetro
delchorro
ÁreadelChorro
Áreadel
Orificio
Caudal
teórico
Coeficiente de
Contracción
Coordenadas
Coeficiente de
Velocidad
Coeficiente de
descarga
CaudalReal

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Tabla N°3: Datos tomados en la práctica de laboratorio para orifico de diámetro mediano (∅ = 1.3𝑐𝑚), muestra N°3.
ENSAYOS Tiempo
(seg.)
Volumen
(Lt)
Diametro
(cm)
#
1 11.3 3
1.3
2 11.64 4
3 11.9 4
4 12.4 4
5 11.7 4
Promedio 11.788 3.8 0.013
TABLA N°3
Vol./t
(m3/seg)
Vt
=(2*g*H)^(1/2)
√(2*g*H)
3 0.42 3.8 0.0038 11.788 0.0003 2.871 0.019 0.000283529 0.000133 0.001094 2.136 0.581 0.25 1.2678 2.70824 0.0010
ENSAYOS CARGA
Téorica
Coordenadas
Coeficiente de
Velocidad
Coeficiente de
descarga
CaudalReal
Diámetro
delchorro
ÁreadelChorro
Áreadel
Orificio
Caudal
teórico
Coeficiente de
Contracción

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Orificios rectangulares 4cm*2.5cm.
La Tabla 5 contiene los datos tomados de la práctica realizada para orificios de sección rectangular, se tomo 5 datos repetitivas para cada una de ellos.
ENSAYOS
#
1 3.8 8
2 4.4 8.5
3 5.3 10
4 4.1 8
5 4.17 8
Promedio 4.354 8.5 0.001
Tiempo
(seg.)
Volumen
(Lt)
AREA
(cm)
10
Vol./t
(m3/seg)
Vt
=(2*g*H)^(1/2)
√(2*g*H)
4 0.408 8.5 0.0085 4.354 0.0020 2.829 0.045 0.001590431 0.001 0.002829 1.590 0.581 0.25 1.2864 2.04586 0.0058
ENSAYOS CARGA
Téorica
Coordenadas
Coeficiente de
Velocidad
Coeficiente de
descarga
CaudalReal
Diámetro
delchorro
ÁreadelChorro
Áreadel
Orificio
Caudal
teórico
Coeficiente de
Contracción
TABLA N° 5
TABLA N° 5
Validación de ensayo para orificios rectangulares
Fuente: Elaboración propia

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8. CONCLUCIONES
 Se analizo y se evaluó el comportamiento del flujo em los diferentes orificios circulares y
rectangular.
 Se determino que cuando el flujo de agua sale por el orificio y va abandonando a éste, el
chorro va contrayéndose gradualmente, por lo que es importante el considerar el coeficiente
de contracción para calcular el caudal.
 En todo conducto hidráulico es importante conocer el gasto que está circulando en un
determinado instante o a lo largo de un determinado tiempo, por lo que resulta necesario
instalar una estructura hidráulica de aforo. Los orificios son buenos medidores de caudales
en la derivación de un canal principal a canales secundarios.
9. RECOMENDACIONES
 Antes de tomar lecturas de carga o caudal en los orificios y en las compuertas se
debe esperar a que se estabilice el flujo de agua en el canal, para obtener medidas
precisas.
 En el caso de usar orificios como medidores de flujo debe tomarse en cuenta que en
los caudales no existan sedimentos grandes, debido a que éstos podrían obstruir la
circulación.
 Es necesario que las ranuras estén completamente selladas con silicón para evitar
fugas de agua en las paredes del canal.
10. CUESTIONARIO
11.1. ¿Usted cree que la carga hidráulica debe mantenerse constante?
Si, la carga hidráulica o caudal debe mantenerse constante para poder abastecer a la bomba en el
circuito y con ello evitar las variaciones al momento de registrar los datos.
11.2. En los orificios circulares, ¿los coeficientes de contracción, velocidad y descarga
calculados son similares a los valores promedios vistos en clases?’
Los coeficientes de contracción, velocidad y descarga calculados para los orificios circulares
guardan cierta similitud al momento de procesar los datos con las ecuaciones correspondientes, ya
sea por el principio de conservación.
11.3.¿El caudal real obtenido mediante la ayuda de la probeta es similar al obtenido en los
cálculos realizados?
Los caudales obtenidos varían debido a no realizar más de 3 pruebas y sacar un promedio y no tener
una mayor precisión en la obtención de datos, también varia a consecuencia de que el equipo de
laboratorio tiene muchas fugas por donde se pierde el caudal.
11.4. ¿Por qué cree usted que el caudal varía dependiendo de la carga hidráulica, forma y
dimensiones del orificio?

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El caudal varía debido a que los coeficientes disminuyen, conforme se incrementa el
diámetro de orificio.
11.5. ¿Por qué cree usted que la posición del chorro varía dependiendo de la carga
hidráulica, forma y dimensiones del orificio?
El coeficiente de contracción varía de acuerdo al tamaño y forma del orificio y la posición del
chorro.
11. BIBLIOGRAFÍA
 VÁSQUEZ, Andy Williams, Medición de flujo en compuertas y orificios, 2013.
 FERNÁNDEZ S., Francisco Javier, Sistemas e instalaciones hidráulicas, 2020.
 SOTELO AVILA, Gilberto. Hidráulica General. México: Limusa, 1999.
 GOMEZ C, Gonzalo; Laboratorio de hidráulica 1: Orificios, 2014.
 Guamán,Y. y Jiménez C. (2018). Elaboracion del modelo físico y la guía metodológica para
la práctica: Orificios de la asignatura mecánica de fluidos de la Universidad de Azuay
[Trabajo de graduación, Universidad del Azuay].
 Arreaga Paredes, W., & Mantilla Villalta, D. (2016). Determinación de Coeficientes de
Descarga en Orificios Circulares, de pared delgada en descarga libre para diferentes
diámetros en modelos físicos. Guayaquil, Ecuador.
12. ANEXO
12.1.Panel fotográfico
Imagen 09 mediciones de la altura de la base hacia el orificio

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Imagen 10 salida de chorro por orificio rectangular (a) y por orificio circular (b).
(a) (b)

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