Laboratorio orificios de descarga libre

Orificios de Descarga Libre.

Presentado por:

Rocío Ayala
Estefanía Olivera
José Luis Monrroy
Andrea Saavedra
Camilo Corredor

Presentado a:

Ing.

Escuela Colombiana Ingeniería

Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito
13 de abril de 2012
Bogotá D.C

Introducción:
La práctica de orificios de descarga libre nos permitió ver como varía el caudal de acuerdo a lacarga o cabeza que tiene el tanque o el embalse, el siguiente informe pretende calcular el caudal que sale por cada unos de los orificios de acuerdo con la altura del embalse y otros parámetros como el diámetro del orificio así como las coordenadas de salida, calcular cual va a ser el gasto es de gran importancia, porque también nos permite determinar el tiempo en el que se desocupa el tanque, asícomo que influencia tiene la forma del orificio en la descarga. En la vida práctica sin saber cómo es la descarga según el orificio no se podrían realizar ciertos dispositivos de uso diario de tipo hidráulico.

Objetivos:
* Determinar los coeficientes de velocidad, contracción y descarga dependiendo de la trayectoria del chorro.
* Determinar el caudal del orificio de descargaexperimentalmente.
* 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 abiertos
* Determinar los tiempos respectivos de descarga para un orificio descargando y tres orificios descargando simultáneamente.

Marco teórico:
Orificios de descarga:
Sonperforaciones 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.

El esquema general de orificio y su ecuación es:

H=V22g
Esta ecuación se obtiene sise 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
DondeCd=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 lasección contraída y un punto 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
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 laecuación 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 serian:
∆hr=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 descargavariaría 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:...