Descarga por Orificios

Objetivos de la Experiencia

Objetivo General

Estudiar la descarga libre de fluidos a través de medidores o reguladores de caudal (diferentes tipos de orificios).

Objetivo Específicos

Determinar experimentalmente los coeficientes de contracción, velocidad y el coeficiente de caudal para cuatro diferentes tipos de orificios.
Describir la trayectoria del fluido que provocacada uno de los orificios, para luego confrontarlos y concluir acerca del alcance máximo de cada chorro.
Determinar en forma teórica y práctica el tiempo de vaciado del estanque de la instalación. Determinar de forma experimental el caudal evacuado por cada orificio.

Introducción Teórica

Un orificio es una abertura limitada por una curva cerrada de forma regular que da paso a una corrientede agua.
A un orificio con la superficie lateral prolongada, por ejemplo, con longitud dos o tres veces el diámetro, o cuando se ha practicado una abertura de pared gruesa se llama tubo. A la corriente de agua que sale por un orificio se llama vena líquida o vena fluida, y a la altura del manto de agua que produce la descarga, se llama carga.
A un orificio cuyo borde es agudo se llama aristaviva.
El caudal de llegada es el que conduce hasta un orificio y a la velocidad media del líquido en este canal se le llama velocidad e llegada o acceso y a la velocidad media del líquido en la vena, se le llama velocidad en la vena. Si la vena descarga al aire, el orificio tiene descarga libre. Se califica a un orificio de vertical u horizontal según esté situado en un plano vertical o en unohorizontal (figura 1). Los orificios pueden ser circulares, cuadrados, rectangulares o de cualquier otra forma regular.

Procedimiento Experimental
El procedimiento experimental para cada uno de los orificios es el mismo, y se describe a continuación.
Al comenzar a trabajar en las instalaciones para descarga a través de orificios, el nivel de agua estará por debajo del flanje donde se adosaránlos orificios. Una vez que se coloque el primer orificio, en su parte inferior se colocará una membrana de goma, en ese momento se deberá hacer andar la bomba. Una vez que el nivel de líquido haya alcanzado una altura de 25 centímetros en el capilar de vidrio, se deberá retirar la membrana de goma dando paso así al fluido por el orificio.
Para mantener el nivel de “h” de 25 centímetros, la válvulade estrangulación se deberá cerrar por completo para luego abrirla aproximadamente ¾ de vueltas desde su cerrado completo.
Luego de tener el nivel ya controlado y las vibraciones del agua casi nulas (para esto se deberá esperar no menos de 10 minutos), se procederá a tomar las siguientes mediciones:
Se deberá dibujar en la pizarra de la instalación la curva que describe el orificio, para luegoanotar sus coordenadas más representativas como lo son (X, 0) y (0, Y). Esta curva se podrá comparar con la de los otros orificios.
Con el pie de metro, provisto para dicho laboratorio, se procederá a medir el diámetro del chorro o vena líquida que sale por el orificio para así poder calcular el coeficiente de contracción.
Para calcular el caudal real evacuado por cada uno de los orificios,se deberá cronometrar el tiempo que se demora en llenar el recipiente adjunto a la instalación. Se deberá calcular el volumen de llenado, para dividirlo por el tiempo cronometrado, obteniendo así el caudal real evacuado por el orificio.
Ecuaciones
Ecuación para obtener el coeficiente de centro

Para el cálculo del Coeficiente de Contracción (Cc) se tiene la siguiente ecuación:Cc=A_Contracta/A_Real
Donde:
Cc: Coeficiente de Contracción.Medida adimensional
A_Contracta: Área medida directamente del chorro 〖metros〗^2
A_Real: Área real de cada orificio.Todos los orificios tienen 15 mm de diámetro (〖metros〗^2).

Ecuación para obtener el coeficiente de velocidad

Para el cálculo del Coeficiente de Velocidad (Cv) se tienen dos modos:
Método A: Se deberá trazar en la pizarra la...