INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA PROGRAMA PROSECUCION DE ESTUDIOS VESPERTINO GUIA DE LABORATORIO ASIGNATURA 9555 M85 MECÁNICA DE FLUIDOS NIVEL 03 EXPERIENCIA E-4 VACIADO DE ESTANQUE HORARIO: SÁBADO 3-4-5-6
EXPERIENCIA E-4 VACIADO DE ESTANQUE 1. OBJETIVO GENERAL Cm una aplicación de la Ecuación de Bernulli para flujs incmpresibles, se estudian tds ls parámetrs que permiten evaluar el vaciad de un estanque. De esta frma encntrar el errr en ls mdels matemátics pertinentes.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.1. Determinar experimentalmente el ceficiente de descarga de caudal pr un rifici de pared delgada... Determinar experimentalmente el ceficiente de velcidad..3. Determinar experimentalmente el ceficiente de cntracción..4. Determinar la Pérdida de Energía..5. Influencia de la altura de carga en el alcance de un chrr hrizntal..6. Determinar el errr prcentual del mdel matemátic para el tiemp de vaciad de estanques..7. Influencia de H c en el errr del mdel matemátic..8. Generar gráfics experimentales que permitan determinar la influencia de la altura de descarga en ls ceficientes de cntracción, descarga y velcidad. 3. CONSIDERACIONES TEÓRICAS Cuand se estudia el prblema del vaciad de un estanque se bserva que se está frente a un prblema de régimen variable en el tiemp. El tiemp de vaciad resulta un prblema práctic interesante. El rifici de descarga puede estar ubicad en alguna pared lateral en el fnd, y terminar en un tub tbera.
Figura 1 La figura 1 muestra tres cass típics de vaciad de un estanque pr un rifici de pared delgada. a) Se bserva que existe chrr libre y superficie del estanque en cntact cn la atmósfera. b) Chrr de líquid sumergid y superficie del estanque en cntact cn la atmósfera. c) Depósit n abiert a la atmósfera. En este cas particular las presines en 1) pueden ser mayres menres que la atmsférica. Cnsiderems para el cas a) un balance de energía entre la superficie libre (1) y la salida pr el rifici (). Si en primera instancia se cnsidera que n existen pérdidas de energía se tendrá: P1 V1 P V h 0 g g g g Cnsiderand que P 1 = 0 (manmétric) que se estima V 1 = 0 en la superficie de ls estanques y P = 0 (manmétric) resulta: V g h (1) La slución (1) es teórica, sin embarg es psible encntrar la velcidad REAL si se cnsidera la existencia de un ceficiente de velcidad C V V CV g h
Es psible determinar experimentalmente dich ceficiente mediante: Figura Según fig. () la trayectria de la vena fluida es parabólica cn ángul de salida cer. Al n cnsiderar la resistencia cn el aire se cumple X a t C g h () v Y a 1 g t (3) Técnicamente a X a se le denmina Alcance del Chrr. En el mism instante t se lgran X a e Y a. Usand ecuacines () y (3) se btiene: C v X a 1 h Y a (4) dnde ls valres de X a e Y a sn btenids en el Labratri. Cuand el chrr sale del rifici sufre una cntracción, cm se indica en la figura (1) (a), es decir si el rifici psee un área física real A el chrr genera un área A c.
De esta frma se define un ceficiente de cntracción : A c (5) A lueg A c = A (6) Es psible entnces determinar el caudal que sale pr el rifici, cnsiderand velcidades reales y área real. Dich caudal estará dad pr: Q Cv A g h se acstumbra a nminar C v = m, llamad ceficiente de descarga. Lueg el caudal queda: Q m A g h (7) El mdel (7) se cumple siempre que la altura de carga h sea cnstante, l cual se cnsigue si el caudal que ingresa al estanque es el mism al que sale pr el rifici del estanque. Figura 3
La figura (3) muestra un estanque de área variable. El prblema cnsiste en determinar cual es el tiemp de vaciad entre las alturas de carga h 1 y h, cuand se suspende el suministr al estanque. Se bserva que se está frente a un prblema de fluj impermanente. d Q (8) dt En un instante dt de tiemp el diferencial de vlumen que desciende en la misma magnitud que l hace salir del rifici. dnde A = área variable del estanque (fig. 3) d = dh A (9) Se cumple que: d m A dt dh A dt m A g h g h dt m A A g h 1/ dh t h1 A 1 / h dh (10) h m A g Durante el desarrll del experiment se bservaran la influencia de A y m en ls valres del tiemp de vaciad del estanque. Pr ejempl si el estanque es de sección regular A queda fuera de la integral. 4. PROCEDIMIENTO 4.1. Recncer el equip experimental. 4.. Desarrllar ls bjetivs planteads. 4.3. Determinar las variables a medir.
4.4. Seleccinar instruments y aparats. 4.5. Planificar adecuadamente (cuadr). 4.6. Efectuar medicines. 4.7. Tabular 4.8. Efectuar un análisis de cnsistencia de ls valres experimentales. 4.9. Cnstruir un esquema del equip usad. 5. BIBLIOGRAFIA Claudi Mataix, Mecánica de Fluids y Máquinas Hidráulicas, HARLA. Irving Shames, Mecánica de Fluids, Mc Graw Hill.