INFORME ORIFICIO DE DESCARGA LIBRE

INFORME ORIFICIO DE DESCARGA LIBRE

Calderón, Luis Alejandro; Bravo, Mónica; González, Iván

u1101971@unimilitar.edu.co; u1101791@unimilitar.edu.co; u1101987@unimilitar.edu.co  

Resumen

Para comprender la conducta del agua, más específicamente el comportamiento de esta a la salida de un orificio en caída libre y con el objetivo de determinar las características de este, se realiza la práctica de laboratorio donde es posible encontrar estas características como el cambio de velocidad y caudal en la trayectoria del flujo al salir del orificio, la relación entre los diámetros del orificio y del chorro que sale de este; este fenómeno se evidencia en el cambio de presión del caudal cuando el fluido sale, todo esto es posible con el montaje de orificio de descarga libre, con un múltiple de piezómetros de mercurio y la columna de agua, se determinan las lecturas de presión, trayectoria del fluido y diámetros del chorro, se evalúan los coeficientes (contracción, velocidad y descarga) y se establece su clasificación según lo observado a lo largo de la práctica y de acuerdo con los datos arrojados.

Palabras claves

Coeficiente de velocidad, coeficiente de descarga, coeficiente de contracción, flujo, depósito, vena liquida.

Introducción

La práctica de orificio de descarga libre es importante para entender los procesos efectuados en los vertederos, las características y comportamientos de un orificio, de la misma manera para analizar el caudal y sus características.

Teniendo en cuenta el campo de aplicación de los orificios, se definen como perforaciones usadas con el fin de determinar el caudal que sale de un depósito o que pasa a través de una tubería, estos se clasifican según:

• Ancho de pared (delgada o gruesa)
• Dimensiones (pequeño  o grande)
• Forma (circular, rectangular o cuadrada)
• Funcionamiento (orificio de caída libre, orificio de descarga ahogada)

La corriente liquida que sale del depósito se conoce como chorro o vena liquida, y es esta quien define el ancho de la pared ya que si se este tiene contacto en línea, se considerara como pared delgada y si por el contrario el contacto es en superficie la pared será gruesa, en la siguiente figura se ilustra el orificio de acuerdo al ancho de la pared. (Figura 1: orificio en pared gruesa y pared delgada)

[pic 1]

Figura 1, Orificio de pared delgada y pared gruesa.

En la figura 2 se observa el funcionamiento de los orificios (orificio de caída libre y orificio de descarga sumergido).

[pic 2]

Figura 2, Orificio de descarga libre y sumergido.

Al comparar el área del orificio con el diámetro de la vena liquida se establecerá el coeficiente de contracción.

En orificios también se habla de coeficiente de velocidad el cual puede hallarse con la relación entre el caudal y el área transversal de la vena liquida, además del coeficiente de descarga el cual se define como la relación entre el caudal real y el caudal teórico, y se hace constante cuando se habla de flujo turbulento.

Elementos de trabajo y metodología

Elementos de trabajo: para esta práctica es fundamental tener previo conocimiento del equipo a utilizar y su manejo para no obtener malos resultados, en este caso se cuenta con un montaje de orificio de descarga libre, el cual es descrito a continuación, (figura 3, Orificio de descarga libre)

Este cuenta con una válvula reguladora de caudal, un múltiple de piezómetros, una válvula conducida al manómetro de mercurio para determinar las presiones, un tablero de acrílico con las coordenadas (x,y) para hallar la trayectoria del chorro y un sistema de tubería con los piezómetros ubicados en ella como se aprecia en la siguiente (figura 4, ubicación de piezómetros)[pic 3]

[pic 4]

Metodología: se inicia abriendo gradualmente la válvula de compuerta, hasta que el chorro obtenga la trayectoria deseada, se toman los valores de las presiones en cada piezómetro, seleccionando la columna de agua para tomar las presiones en los piezómetros del 1 al 8, ya que se espera que estas presiones no sean relativamente altas, y con los piezómetros de mercurio se toman las lecturas para los dos últimos piezómetros 9 y 10, en ese mismo instante se toman las lecturas del diámetro de la vena liquida, después de realizar las lecturas de presiones se toma de acuerdo con la lámina de acrílico ubicada paralela a la trayectoria del chorro, los valores de X  y Y en tres puntos diferentes de la trayectoria del fluido.

El procedimiento anterior se realiza nuevamente para para cuatro (4) caudales más, los cuales son disminuidos progresivamente hasta llegara a un caudal mínimo.

Resultados

A continuacion se presentaran los resultados obtenidos en la practica de orificio de descarga libre. Se puede apreciar en las siguientes tablas los valores de coeficientes, caudales y velocidades requeridas para lograr hacer un anilisis de la practica realizada.

Tabla 1. Caudal 1

Tabla 2. Caudal 2

Tabla 3. Caudal 3

...