ORIFICIOS Y COMPUERTAS

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1 Página 1/10 ORIFICIOS Y COMPUERTAS Práctica 5 Elaborado por: Revisado por: Autorizado por: Vigente desde: M.I. Alejandro Maya Franco e Ing. Mónica Villa Rosas. M.I. Alexis López Montes Dra. Ma. del Rosio Ruíz Urbano

2 1. Seguridad en la ejecución Página 2/10 Peligro o Fuente de energía 1 Rejillas Irving que desaloja el agua de ambos modelos Posible caída 2 Escaleras del canal Rehbock Posible caída Riesgo asociado 2. Objetivos de aprendizaje I. Objetivos generales El alumno deberá aplicar los principios fundamentales de la Física a volúmenes finitos de control, para resolver problemas de aforo en un orificio de pared delgada y en compuertas planas verticales. II. Objetivos específicos Determinar el gasto a través del orificio empleando los coeficientes de gasto, contracción y velocidad para diferentes cargas sobre el orificio; compararlo con el gasto aforado volumétricamente. Analizar el funcionamiento hidráulico de una compuerta vertical y determinar el gasto a través de ella. 3. Introducción y antecedentes Orificios de pared delgada Coeficientes de velocidad, contracción y gasto en orificios de pared delgada Ecuación de gasto para compuertas verticales y coeficientes de descarga 4. Material y Equipo Modelo de orificio Canal Rehbock Flexómetro

3 Página 3/10 Aliviadero Probeta de 1 litro Cronómetro Limnímetro de punta (LMP-05-REHBOCK) Limnímetro de gancho (LMG-08-REHBOCK) 5. Desarrollo I. Actividad 1 (Modelo de orificio) 1. Abrir la válvula y establecer un nivel de agua en el aliviadero, después medir las siguientes características: a) La carga H, en m, que va desde el centro de gravedad del orificio a la superficie del nivel establecido (figura 1). b) La distancia horizontal x, en m, entre la sección contraída y el centro del chorro que choca en el piso (figura 1). c) Tomar un tiempo t a, en s, que tarda en llenar un volumen Vol, en ml, en la probeta de 1 litro. 2. Realizar los incisos anteriores para tres cargas distintas. Registrar las mediciones en la tabla 1.

4 . Manual de prácticas de Página 4/10 Tabla 1. Mediciones de la actividad 1 Caso H [m] x [m] Vol [ml] t a [s] H D0 y = m D 0 = m y=0.972 m II. Actividad 2 (Compuerta del canal Rehbock) Figura 1. Orificio lateral de pared delgada 1. Medir el nivel de cresta N C, en m, del vertedor triangular de pared delgada del canal Rehbock, de ancho b=0.25 m. N C = m 2. Para la compuerta aguas arriba, establecer una abertura constante a de m, y abrir la compuerta aguas abajo en su totalidad. 3. Abrir la válvula de alimentación del canal, establecer un nivel de agua sobre el vertedor triangular de pared delgada, después medir las siguientes características: a) El nivel de superficie del agua sobre el vertedor N SA, en m b) La carga y 1, en m, aguas arriba de la compuerta (figura 2) c) La carga y 2, en m, a la salida de la compuerta (figura 2)

5 Página 5/10 4. Repetir el procedimiento del punto anterior para dos cargas y 1 diferentes. Registrar las mediciones en la tabla 2. Tabla 2. Mediciones de la actividad 2 Caso N SA [m] y 1 y 2 [m] [m] N f [m] N s [m] 1 2 v 1 y 1 a y 2 v 2 Figura 2. Canal Rehbock 6. Determinación del gasto a través del orificio empleando los coeficientes de gasto, contracción y velocidad para diferentes cargas sobre el orificio; comparación con el gasto aforado volumétricamente Ejercicio 1 (Orificios) 1. Calcular para cada carga H: a) El gasto vol, en m 3 /s.

6 Página 6/10 vol Vol t a b) La velocidad experimental del chorro V, en m/s, con la ecuación de la trayectoria parabólica. V 2 x g 2y g aceleración de la gravedad, 9.81m/s 2 y distancia vertical entre la sección contraída y el piso, m c) Obtener los coeficientes experimentales de velocidad C v, de gasto C d y contracción C c. V C v 2gH C d A 0 vol 2gH C Cc C d v A o área del orificio lateral, en m 2 d) El número de Reynolds Re del chorro descargado. 2gH D0 Re viscosidad cinemática del agua, 1.1x10-6 m 2 /s e) Obtener los coeficientes de velocidad C v, de gasto C d y contracción C c, con ayuda de la figura 5. f) Calcular el gasto teórico o, en m 3 /s, con el coeficiente de gasto C d, obtenido en el inciso anterior. o Cd A0 2gH

7 Página 7/10 C d coeficiente de gasto obtenido en el inciso anterior g) Calcular el error relativo e, en porciento, entre los gastos vol y 0. e vol vol o 100 h) Dibujar en un plano las curvas de gasto vol y o, (figura 3). Figura 3. Gráfica -H para un orificio Análisis del funcionamiento hidráulico de una compuerta vertical y determinación del gasto a través de ella Ejercicio 2 (Compuerta) 1. Calcular el coeficiente de descarga del vertedor triangular θ g K μ C g tan K 2 ángulo en el vértice de aforo, 90 aceleración de la gravedad, 9.81 m/s 2 coeficiente que depende de B/h; K=1 coeficiente experimental; μ=0.60

8 Página 8/10 2. Calcular para cada carga y 1 : a) El gasto del canal v, en m 3 /s. 5/ 2 v Ch h carga sobre el vertedor, h=n SA -N C, en m b) El coeficiente de gasto C d, con ayuda de la figura 4. c) El coeficiente de contracción Cc y velocidad Cv. y2 C c a C Cv C d c d) El gasto experimental del canal, en m 3 /s. C ba exp d 2gy 1 e) El error en porciento de los gastos exp y. e v v exp 100

9 Página 9/10 Coeficiente de gasto, C d y 1 /a Figura 4. Coeficiente de descarga para compuertas planas verticales Figura 5. Variación de los coeficientes de velocidad, contracción y gasto con el número de Reynolds en un orificio circular

10 7. Conclusiones Manual de prácticas de 8. Referencias bibliográficas Página 10/10 1. Sotelo, A. G. (1999). Hidráulica General. México. Limusa Noriega. 2. Potter, M. C., Wiggert, D. C. (1997). Mecánica de Fluidos. México. Prentice Hall. 3. Mott, R. L. (1996). Mecánica de Fluidos Aplicada. México. Prentice-Hall Hispanoamericana.