Laboratorio 3 Placa Orificio PDF

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El suponer que los diámetros D0 y D2 puede incurrir en errores importantes de cálculo, además el modelo hasta el momento no toma en consideración las pérdidas locales que se generan en la placa de orificio debido al cambio de dirección de las líneas de flujo. Para solventar este problema y ante la ...

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UNIVERSIDAD LATINA DE COSTA RICA FACULTAD DE INGENIERIA LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL

Curso: Hidráulica, Laboratorio. BIC-L31

Informe 3. Redes: Medidor de Caudal, Placa de Orificio.

Instrucciones generales. - Es indispensable revisar el procedimiento y materiales de la práctica, así como llegar a tiempo a la hora establecida para la explicación de la práctica. - Los instrumentos deben manejarse con sumo cuidado, evitando golpearlos, especialmente aquellos de precisión o de cristal. - Es importante después de la práctica, dejar todos los instrumentos ordenados y limpios.

Equipo de seguridad. - Pantalón largo de trabajo. - Zapatos cerrados.

Temática. Considere la ecuación de Bernoulli: v2 P + +z=constante 2g γ La ecuación de Bernoulli, permite calcular a partir de varios componentes la energía total que dispone un líquido. Bajo los principios de continuidad y conservación de masa y energía, inicialmente se propone que la energía total a lo largo de un fluido que se encuentre conectado por una línea de flujo debe ser la misma, es decir que la ecuación de Bernoulli, nos permite establecer una relación entre el comportamiento estático y cinético de dos puntos cualesquiera de un fluido. 2

2

v 2 P2 v 1 P1 + + z1 = + + z2 2g γ 2g γ L3-1

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Observe el diagrama y las ecuaciones de continuidad y Bernoulli

Suponiendo que D0 y D2 sean muy similares y aprovechando ambas ecuaciones resolviendo para la velocidad en 2; se obtendría la siguiente ecuación. v 2=

√ ( ( ))

2∗g∗( P1−P2 ) γ 1−

D0 D1

4

El suponer que los diámetros D0 y D2 puede incurrir en errores importantes de cálculo, además el modelo hasta el momento no toma en consideración las pérdidas locales que se generan en la placa de orificio debido al cambio de dirección de las líneas de flujo. Para solventar este problema y ante la opción de calibrar la placa de orificio se define un coeficiente de descarga, que permitiría corregir la ecuación. v 2=C d

√ ( ( ))

2∗g∗( P1−P2) γ 1−

D0 D1

4

=¿>Q =A 0 Cd

√ ( ( ))

2∗g∗( P1− P2 ) γ 1−

D0

4

D1

Adicionado a esto los estudios de capa límite, fricción y direcciones de flujo demostraron que durante la movilización de un fluido a lo largo de una tubería o canal, se gasta energía L3-2

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en superar la fricción entre las capas del flujo y entre el flujo y el material contenedor o en cambiar las direcciones; así en la ecuación de energía se adiciona un componente que sumariza las pérdidas de energía. 2 v 12 P1 v P + + z1 = 2 + 2 + z2 +h f 2g γ 2g γ

1− 2

Los sistemas hidráulicos a presión experimentan pérdidas de energía que agrupamos en dos tipos: las que se generan producto de la fricción del líquido con la tubería y las pérdidas locales, debido a accesorios que obligan a un desvío o cambio de dirección en el flujo, lo cual provoca igualmente una pérdida de energía. Un medidor de tipo placa de orificio, genera pérdidas bajo la denominación de pérdidas locales, sin embargo bajo un rango de funcionamiento normal es de esperarse que el coeficiente de descarga ya mitigue esta situación para el funcionamiento normal de la placa.

Materiales.      

Pared hidráulica. Cinta para medir. Vernier. Manómetros Tanque a la salida Balanza

Procedimiento. 1. Observe la Pared de tuberías, identifiqué los manómetros, observe las unidades de cada uno. Etiquete los manómetros para facilitar las anotaciones. 2. Revise que mientras la bomba se encuentra apagada y la llave de mariposa cerrada, la presión que reportan todos los manómetros es constante. L3-3

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3. Encienda la bomba. Verifique de nuevo que la lectura de todos los manómetros sea constante. Para los siguientes pasos es necesario que el grupo se ponga de acuerdo y designe posiciones y encargados, pues las lecturas de los instrumentos deben realizarse al unísono. 4. Cierre todas las válvulas a lo largo de la tubería. Seleccione la tubería con el tramo en tubería transparente, abra las dos llaves en el extremo del tubo. 5. Asegúrese que el tanque al final de la Pared Hidráulica se encuentra vacío, seguidamente cierre la llave de paso en la parte inferior del tanque. 6. Configure la bomba en las máximas revoluciones. Seguidamente abra la llave de mariposa en la marca (4). Observe como varían los manómetros. 7. Anote la lectura que reportan todos los manómetros, recuerde poner especial atención en los manómetros sobre la tubería que tiene la placa de orificio. 8. En el tanque al final de la pared hidráulica, observe la marca de peso, de acuerdo a la velocidad de llenado del tanque escoja un rango de pesos que permita hacer un seguimiento del tiempo entre el rango. Anote el rango de peso, y el tiempo transcurrido. 9. Calcule un caudal promedio (referencia), con los datos de caudal de cada medición. 10. De ser necesario, abra la llave de paso en la parte inferior del tanque, cierre nuevamente, cuando el nivel del tanque haya bajado suficiente para otra medición, ahora con mayor caudal. 11. Diríjase a la llave de mariposa, y ábrala hasta la marca (5), repita los pasos del 7 al 10. 12. Diríjase a la llave de mariposa, y ábrala hasta la marca (7), repita los pasos del 7 al 10. 13. Configure la bomba en una revolución inferior. Seguidamente abra la llave de mariposa en la marca (4). Observe como varían los manómetros. Repita los pasos del 6 al 12. 14. Repita el paso 13 tantas veces como sea posible para generar la máxima cantidad de lecturas en el tiempo disponible. Los datos podrían ser ordenados en una tabla como la siguiente:

Medició n

Placa Orifico Manómetro 1

Manómetro 2

Datos de Manometría Manómetro 3 Manómetro 4

L3-4

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Residual Funcionamiento (R) (R) (F)

(F)

(R)

(F)

(R)

(F)

1 2 n

Placa Orifico Medició Tiempo Masa n 1 1 1 2 n

Tiempo 2

Masa 2

Datos de Caudal Tiempo Volumen Tiempo 3 3 4

Volumen 4

Resultados Esperados Para cada juego de datos calcule el caudal de referencia y el caudal según la ecuación de orificio (sin coeficiente de descarga). Considerando ambos caudales para cada juego de datos calcule el coeficiente de descarga. Placa de Orificio Medición Referencia

Caudal Ecuación

Coeficiente Descarga

1 2 n Coeficiente de Descarga Promedio

Grafique: 1. el caudal (eje x) vrs el coeficiente de descarga (eje y). 2. el diferencial de presión (eje x) vrs el coeficiente de descarga (eje y). 3. Usando los cuatro manómetros corregidos y cada una de las mediciones realizadas, grafique la distancia l(donde el origen es el primer manómetro) y la presión corregida. Observe la forma de las líneas de presión que se forman y comente sobre el comportamiento observado. Observe las tendencias y comportamientos indique para cual rango de caudales o diferenciales de presión el coeficiente tiene una variación baja y por tanto una L3-5

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precisión aceptable. Cuál es el coeficiente de descarga promedio (total de datos) y cuál es el coeficiente de descarga promedio en el rango de baja variación; cual reportaría usted como el coeficiente de descarga experimental para otros experimentos y con cuales condiciones operacionales. Recuerde que todo valor promedio debe reportarse con su respectiva desviación estándar. (Recuerde que los resultados se deben presentar como tablas y gráficos ordenados y titulados, y todos los cálculos necesarios para generarlos deberán ir explicados en la sección de memoria de cálculo) Para todas las secuencias, comente sobre la presión que se reporta en los manómetros en los tramos donde teóricamente no hay movimiento del flujo.

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