segundo informe mecanica de fluidos

8/20/2019 Segundo informe mecanica de fluidos

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Universidad de

Santiago De Chile.Facultad de ingeniería.

Departamento de Mecánica.Mecánica de Fluidos.

Experiencia E932

Orificio en pared delgada

smael Callasaya Hernández

1

1 Ingeniería Civil en [email protected]

rofesor! Iv"n #allardoC$digo! 1%193&'&(&) *&2

+echa de experiencia! , de Oc-/re de 2'10+echa en-rega! 1 de Oc-/re de 2'10

mailto:[email protected]:[email protected]


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Índice

Introducción................................................................................................................2Marco teórico..............................................................................................................3

Resultados obtenidos.................................................................................................5

Análisis de resultados.................................................................................................5

Conclusión................................................................................................................ 11

Bibliografía...............................................................................................................11

Introducción

n este laboratorio reali!are"os el e#$eri"ento obser%are"os las características de

salida de un &u'o $or un ori(cio de $ared delgada %ertical

l ob'eti%o a deter"inar es el siguiente)

• O/servar el chorro de aga para analiar la vena con-rac-a.

• er si hay algna en-re el n4mero de 5eynolds 6 y la acci$n de la vena con-rac-a

• 7naliar n gr"fico de -iempo de vaciado del es-an8e 6 en comparaci$n con la al-ra

del aga den-ro del mismo

2


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Marco teóricoCando n flo sale por n orificio de na pared delgada :el cal pede es-ar en na paredla-eral6 o en el fondo de n es-an8e;6 se o/serva n es-rechamien-o del chorro de aga :se

aprecia n angos-amien-o en el chorro en el momen-o de salida;6 ya 8e el flo no pede

cam/iar /rscamen-e de direcci$n6 para salir6 sino 8e se sige na corrien-e con na

componen-e radial. 7 es-e fen$meno se le conoce como -odo de la -rayec-oria! ras de-erminar la dis-ancia a la 8e llega chorro de

flido6 y conociendo la al-ra de donde sale es-e6 se pede -iliar la sigien-e

f$rmla para conocer la velocidad real del flido

V 0=√

g

2¿ y 0∗ x

0 :2;

*iendo)

• + elocidad real de salida del agua del estan0ue• + Altura a la 0ue se ubica el ori(cio desde el origen del $lano• 4 + istancia a la 0ue llega el c/orro de agua6 desde el origen

del $lano

2. Coeficien-e de con-racci$n! Es-e coeficien-e de-ermina la proporci$n en-re el "rea real a

la 8e sale el flo por el orificio6 con el "rea del orificio

3


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C A= A

0

A =¿ A

0¿C A∗ A :3;

3. Coeficien-e de descarga! Es-e coeficien-e de-ermina la proporci$n en-re el cadal real6 y

el -e$rico

C D=Q

0

Q

Q0=C D∗Q=¿C A∗C v∗ A∗√ 2gh(4)

A para poder de-erminar el -iempo real de vaciado se -ilia la sigien-e ecaci$n!

t real= 2∗ Aest

C A∗ Aorf ∗√ 2g

[√ H −√ Y ] :;

Biendo!

• Aest + área del estan0ue ,"2

• Aorif + área geo"7trica del ori(cio ,"2.

• CA + coe(ciente de contracción

• 8 + altura ('a inicial,".

• + altura %ariable ,".

esarrollo del e#$eri"entoesde un estan0ue con un ori(cio6 con agua a ni%el deter"inado6 se co"ien!a aregistrar tie"$o6 9 el %olu"en del c/orro de agua. :a"bi7n se registra la distancia ala 0ue llega el c/orro de agua6 en el $lano /ori!ontal6 con un $a$el "ili"etrado 0ueestá en la $arte anterior del c/orro.stas "ediciones se re$iten cada inter%alo de 5 c"6 0ue %a descendiendo el ni%elagua6 /asta llegar a una altura de 5 c".

;


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c"?6 9 se crono"etra cuanto se de"oraen %aciarse.

Resultados obtenidos

:e"$eratura del agua) 1163 @Ciá"etro ori(co) 1632 ,c" + 6132 ,"

Radio ori(cio + >6>1=3? ," + 22 ,c" + 622,"

Análisis de resultados

1? eter"inación de coe(cientes CA6 C 9 CD.

Calcula"os el área del ori(cio6 siendo esta

5

#$eri"ento

Altura,"

olu"en,"3 1>

:ie"$o dellenado$robeta

,s

istanciaen e'e E4F

,"

iá"etro enacontracta ,c"

1 6> 1>G ;6;5H 6>> 162;52 655 12 5651G 6>; 16253 65 12H ;63G5 6>2 1615; 6;5 1;5 ;65H 65H 161355 6; 121 ;65H> 655 16133> 635 15 ;6122 652 1613 63 G3 ;6H2 6;H 161H 625 11 561;1 6;5 16GG 62 >22 3623 6; 16

1 615 51G 36;H 635 16>511 61 ;15 361H 62H 165512 65 ;2 ;6;3H 61G 16513 62 151 3161G 61 162


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A=π ∗(6,6∗10−3 )2=1,368∗10−4 [m2]

Juego6 con el diá"etro obtenido del c/orro de agua6 $rocede"os a calcular el$ri"er A

A0=π ∗(6,225∗10−3 )2=1,217∗10−4 [m2]

A/ora6 el área real =A? $ara el resto de las alturas6 9 el coe(ciente de contracción=CA? de =3?

*e obser%a 0ue el área real es "enor 0ue el área del ori(cio6 $or lo 0ue el c/orro de

agua6 está saliendo con un Eangosta"ientoF del ori(cio.

Juego6 se calcula la %elocidad teórica con la 0ue sale el &uido del estan0ue

e =1?6 se calcula el $ri"er e#$eri"ento)

√ 2∗9,8∗0,6=3,429286[m/s ]

l resto de los datos 0uedan así)

>

#$eri"ento

Krea real,"2

Coe(cientede

contracción1 1622; 6HHGG2 1623; 6HG>3 16H; 6G2>5

; 161; 63G>5 161; 63>GG> 16; 6331 G655 6>G;>GH G6335 6>H211G H6GG5 6>531

1 H6G15 6>511H11 H6;5 6>3G112 H6>>5 6>32G13 162; 6G2>

#$eri"ento

elocidad :eórica

,"-s1 36;2G2H>2 362H32G13 3613;G5; 26G>GH;H5 26H> 26>1G1> 26;2;H1H 262135G;G 16GGHGG

1 161;>;3

11 16;12 6GHGG;G13 6>2>GG


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A/ora6 $ara calcular la %elocidad real6 se utili!a =2?

l $ri"er %alor de %elocidad real es)

V 0= 9,8

2∗0,22∗0,66=3,1148 [m /s]

A continuación6 las %elocidades reales de salida 9 el coe(ciente de %elocidad

Juego6 *e $rocede a calcular el caudal del agua

Q=V [m3

]t [s] (5) *iendo)

• D + Caudal ,"3-s• + olu"en ,"3• t + :ie"$o ,s

A "odo de e'e"$lo6 se calcula el $ri"er resultado con =;?

Calculando el caudal del resto de los e#$eri"entos6obtene"os los siguientes datos)

H

#$eri"ento

elocidadreal ,"-s

Coe(cientede

%elocidad1 3611;H 6GH2G52 362; 6G1GG353 26G2> 6G3;>H5; 2633 6G21>H15 265G5 6G225

> 26;5;1 6G3>G5 262>53 6G3;1GGH 26123 6G5G;3G 16HHH 6G53;>3

1 16>51H 6G>33;311 16321; 6G;3HH12 6HG> 6G5HG13 6;1G 653H

#$eri"e

nto

Caudal

,"3-s1 63G12 63113 62G12; 631>15 62>3H> 62>H 623H;H 621;G 61G;2

1 613

11 613512 6G;>13 6;H;


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A/ora 0ue se cu"$len con todos los re0uisitos6 $rocede"os a calcular el caudal realdel c/orro de agua6 de =;?6 9 ta"bi7n el coe(ciente de descarga =C?

#$eri"ento

Caudal real,"3-s

Coe(cientede

descarga1 6; 1632 6; 161HG33 63 16HG;; 63 6H>15 63 6GG1G> 62 6G;3 62 6G32H 62 6G2>2G 62 6H;1

1 61 6H>;211 61 6H;112 61 6H2;13 61 162352

Juego6 Con la te"$eratura del agua6 $ode"os obtener %alores $ara la densidad 9%iscosidad diná"ica6 $ara calcular el nL"ero de Re9nolds)

μ13 °C =0,001204 [ kgms ]; ρ13 °C =999,46 [ kgm3 ]

μ14°C =0,001172[ kgms ]; ρ14 °C =999,33 [ kgm3 ]

Inter$olando estos %alores6 obtene"os los siguientes %alores)

μ13 ,4 °C =0,001191 [ kgms ], ρ13, 4 °C =999, 41[ kgm3 ]

Ree"$la!ando los %alores en la for"ula6 9 co"o e'e"$lo6 el caso 1)

G


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e= ρ∗v !rom∗ D

μ =

999,41∗3,1148∗0,0125

0,001191=3254,101

A0uí se ad'unta una tabla resu"en6 con los %alores de L"ero de Re9nolds6 9 el

ti$o de &u'o obser%ado

#$eri"ento u"ero deRe9nolds

:i$o de &u'o

1325;611

:ransición=:urbulento?

2 31>H61>5 :ransición3 2HH561 :ransición; 2>6; :ransición5 2;>6H2 :ransición> 23261 :ransición 2G6GHG :ransición =la"inar?

H 1G;26;H1 Ja"inarG 1>G;6G>H Ja"inar1 1;>61> Ja"inar11 11>G6H;5 Ja"inar12 G6>1 Ja"inar13 526G;> Ja"inar

2? Cálculo del tie"$o de %aciado del estan0ue

:ie"$o real del %aciado del estan0ue + ;N 1NNKrea del estan0ue + 61 ,"2

Krea geo"7trica del ori(cio + 163>H;Altura de carga ('a =8? + 6> ,"Altura de carga %ariable EiF =i?

e =5? se calcula el tie"$o e#$eri"ental

#$eri"ento

8 ," i ," 8 i,"

√ H −√ Y " : e#$

1 6> 6> 6 6 62 6> 655 65 633 261553 6> 65 61 6> ;6GG1; 6> 6;5 615 61; H6225

5 6> 6; 62 61;2 11635> 6> 635 625 61H3 1;6>31 6> 63 63 622 1G61;3H 6> 625 635 625 2365GG 6> 62 6; 632 2G61G;

1 6> 615 6;5 63H 3;6H>211 6> 61 65 6;5H ;26;>12 6> 65 655 6551 5162;13 6> 62 65H 6>33 ;6H

1


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:ie"$o total de %aciado del estan0ue ;N 3>NN

A"bos tie"$os =e#$eri"ental O real? di(eren en 35NN

16GH/ P 565HRQ + 6GGH36 Coe(ciente de correlación6 a$ro#i"ada"ente 1

A continuación un grá(co de escarga de agua %-s altura del estan0ue

.1.2.3.;.5.>.I.

5.

1.

15.

2.

25.

:ie"$o de descarga de estan0ue %-s altura de agua

Altura de agua ,"

:ie"$o de %aciado de estan0ue ,s

el gra(co se in(ere6 0ue a"bos $ará"etros tienen una relación in%ersa.

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Conclusión

Co"o conclusión de la e#$eriencia de laboratorio6 el &u'o saliente del estan0ue6 al"o"ento de $asar $or la %ena contracta6 se angosta6 esto debido a la %elocidad con0ue sale6 9 al co"$onente radial in/erente de este en su "o%i"iento de salida.

ste e#$eri"ento en relación con el nL"ero de Re9nolds6 se da 0ue6 a "edida 0uedis"inu9e la altura del agua dentro del estan0ue6 el nL"ero de Re9noldsdis"inu9e6 $asando de :urbulento =Cuando el agua salía a "a9or %elocidad6 $orende6 "a9or altura de esta en el estan0ue?6 /asta llegar a la"inar ="enor%elocidad6 "enor altura del agua en el estan0ue?

n cuanto a la relación del tie"$o de %aciado del agua en el estan0ue6 %ersus laaltura de la "is"a6 se obser%a 0ue es in%ersa6 9a 0ue a "a9or altura6 el agua sale a"a9or %elocidad6 $or lo 0ue se %acía "ás rá$ido el estan0ue6 a "enor altura6 elagua sale "ás lento6 $or consecuente6 se %acía "ás lento el estan0ue

Bibliografía1. Suía de laboratorio6 e#$eriencia nL"ero 2 ETri(cio en $ared delgadaF

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