Autor: Gustavo Mejia Descarga ofrecida por: HAZARDOUS MATERIAL MATERIALES PELIGROSOS.
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Laboratorio de Física II Descarga por Orificios 1 Descarga por Orificios I. OBJETIVO 1.1. General Estudiar la descarga de un fluído a través de un orificio. 1.2. Específico i. Determinar el coeficiente de descarga. ii. Determinar el Coeficiente de velocidad y de contracción. II. MARCO CONCEPTUAL 3.1. Teorema de Torricelli De acuerdo con el teorema de Torricelli, la velocidad de salida de un líquido por un orificio practicado en su fondo es la misma que la que adquiere un cuerpo que cayese libremente en el vacío desde una altura h, siendo h la altura de la columna de fluido A medi da que el flui do sa le por el or if ic io, la al tura h de fluido en el depósito va disminuyendo. Si S es la sección del orificio, el gasto Sv, o volumen de fluido que sale por el orificio en la unidad de tiempo no es constante. Si queremos producir un gasto constante podemos emplear el denominado frasco de Mariotte. 3.2. Frasco de Mariotte Consi ste en un fras co lleno de flui do hasta una altura h 0 , que está cerrado por un tapón atravesado por un tubo cuyo extremo inferior está sumergido en el líquido. El fluido sale del frasco por un orificio practicado en el fondo del recipiente. En el extremo inferior del tubo, la presión es la atmosférica ya que está entrando aire por el tubo, a medida que sale el líquido por el orificio. La vel oci dad de sal ida del fl uido no cor res ponder á a la altur a h 0 desde el orificio a la superficie libre de fluido en el frasco, sino a la altura h o distancia entre el extremo inferior del tubo y el orificio. Dado que h permanece constante en tanto que el nivel de líquido esté por encima de su extremo inferior del tubo, la velocidad del fluido y por tanto, el gasto se mantendrán constantes. Cuando la altura de fluido en el frasco h 0 es menor que h, la velocidad de salida v del fluido deja de ser constante. (4) III. MATERIALES Y EQUIPO - Rec ipi ente cil índric o con ori fic io cir cul ar lat era l provis to de un tubo piezométrico - Valde - Regla graduada en mm - Cronómetro - Tizas de colores - Vernier
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Laboratorio de Fsica II Descarga por Orificios 1
Descarga por OrificiosI. OBJETIVO
1.1. General Estudiar la descarga de un fludo a travs de un orificio.1.2. Especfico
i. Determinar el coeficiente de descarga.ii. Determinar el Coeficiente de velocidad y de contraccin.
II. MARCO CONCEPTUAL3.1. Teorema de TorricelliDe acuerdo con el teorema de Torricelli, la velocidad de salida de un lquido por un orificio practicado en su fondo es la misma que la que adquiere un cuerpo que cayese libremente en el vaco desde una altura h, siendo h la altura de la columna de fluido A medida que el fluido sale por el orificio, la altura h de fluido en el depsito va disminuyendo. Si S es la seccin del orificio, el gasto Sv, o volumen de fluido que sale por el orificio en la unidad de tiempo no es constante. Si queremos producir un gasto constante podemos emplear el denominado frasco de Mariotte. 3.2. Frasco de MariotteConsiste en un frasco lleno de fluido hasta una altura h0, que est cerrado por un tapn atravesado por un tubo cuyo extremo inferior est sumergido en el lquido. El fluido sale del frasco por un orificio practicado en el fondo del recipiente. En el extremo inferior del tubo, la presin es la atmosfrica ya que est entrando aire por el tubo, a medida que sale el lquido por el orificio. La velocidad de salida del fluido no corresponder a la altura h0 desde el orificio a la superficie libre de fluido en el frasco, sino a la altura h o distancia entre el extremo inferior del tubo y el orificio.Dado que h permanece constante en tanto que el nivel de lquido est por encima de su extremo inferior del tubo, la velocidad del fluido y por tanto, el gasto se mantendrn constantes. Cuando la altura de fluido en el frasco h0 es menor que h, la velocidad de salida v del fluido deja de ser constante.(4)
III. MATERIALES Y EQUIPO- Recipiente cilndrico con orificio circular lateral provisto de un tubo piezomtrico
- Valde- Regla graduada en mm- Cronmetro- Tizas de colores- Vernier
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Laboratorio de Fsica II Descarga por Orificios 2
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL5.1. Coeficiente de descarga (Cd) 1. Colocar el tubo en posicin vertical. 2.- Medir con el Vernier los dimetros del recipiente y del orificio.3.- Cerrar el orificio y llenar el tubo con agua hasta una altura de carga H.4.- Marcar una altura h por debajo de la altura de carga y medir el tiempo que emplea el nivel del lquido en descender hasta la altura en estudio.5.- Repetir el procedimiento anterior cinco veces para cada altura h.6.- Repetir el procedimiento de los incisos 4 y 5 para seis alturas h diferentes.5.2. Coeficiente de velocidad (Cv)1.- Cerrar el orificio y llenar el tubo con agua hasta una altura de carga H.2.- Medir cuidadosamente la altura Y desde el orificio hasta el suelo.3.- Escoger seis alturas en a escala existente en el tubo y efectuar las marcas correspondientes.4.- Destapar el orificio de modo que el agua comience a descender. Una persona debe observar el nivel en el tubo y cuando este coincida con la altura H en estudio deber indicar a una segunda persona para que esta en ese instante marque en el suelo el respectivo alcance S.V. ANLISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS
Altura maxima de carga : H = 90 cm 4/* 2da pi= =804.2477 [ ]2mmDimetro interior del tubo : D = 5.2 cmDimetro del orificio : d = 32 mm 4/* 2DA pi= =21,2371 [ ]2cmAncho de la pared del tubo : e =1.8mm Longitud vertical del Orificio sobre el piso: L=41.7cmNumero de medidas: n=6
Asumidos:Gravedad: g=9.775(m/s2)Densidad del agua: [ ]3/1 cmg=
Numero de medicion 0 1 2 3 4 5 6Variable independiente altura hi [m]
0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30
Variable dependienteTiempo ti[s]
0 18.89 39.69 61.72 86.3 114.62 147.66
Calcule la relacin ii hHz = para llevar a la forma linealz1 0,05425611z2 0,11202327z3 0,17408663z4 0,24157652
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z5 0,31622777z6 0,40096074
Regresin lineal en la forma y=A+Bx tr=xo + kz
( ) ( ) z0,003887290,04622142*22222
+=
+
=
z
zzn
tztzn
zzn
ztztzt
ii
iiii
ii
iiiiir
( )[ ] ( )[ ] 0,9960211* 2222 =
=
iiii
iiii
ttnzzn
tztznr
Trazar el grafico vst r z, con los valores de tiempo y altura determinados experimentalmente y la recta ajustada a dichos valores y el t vs z ideal (CD=1)
REAL IDEAL
COEFICIENTE DE DESCARGA
020406080
100120140160
0 0,2 0,4 0,6 0,8
ALTURA [M]
TIEM
PO [S
]
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8
Serie1
De la ecuacin: gakACD 2*
2= , donde k es la pendiente de la recta ajustada, hallar CD
CD=0.8406609296.2. Coeficiente de velocidad
Numero de medicion 0 1 2 3 4 5 6Variable independiente altura hi [m]
0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30
Variable dependientedesplazamiento si[s]
1.10 1.03 0.96 0.875 0.753 0.705 56.5
H
COEFICIENTE DE VELOCIDAD
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8
althura
des
pla
zam
ien
to
Serie1
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Laboratorio de Fsica II Descarga por Orificios 4
S
Grfica N 2 H vs. S
Llevando la ecuacin a su forma lineal bxay += bSaH +=*
( ) ( ) s*1,123802124-0,3613324*22**
22
**2* +=
+
=
s
ssn
HsHsn
ssn
sHsHsH
ii
iiii
ii
iiiii
( )[ ] ( )[ ] 0,9940539* 2*2*22**
=
=
iiii
iiii
HHnssn
HsHsnr
Trazar el grafico H*vs z, con los valores de tiempo y altura determinados experimentalmente y la recta ajustada a dichos valores y el H* vs S ideal (Cv=1)
coeficiente de velocidad
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
altura
desp
laza
mie
nto
Determinando el Coeficiente de velocidad :
Lbcv 2
1=
Cv = 0,88730831
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6.3. Coeficiente de contraccin
Con los valores de Cd y Cv determinamos Cc
Cc = Cd / CvCc = (0.840660929) / (0,88730831)
Cc = 0,94742822
VII. CONCLUSIONES- Despus de realizada la prctica se logr determinar el coeficiente de descarga satisfactoriamente, habiendo encontrado un valor que satisface la teora.
- Tanto el coeficiente de velocidad como el de contraccin se obtuvo de forma sencilla con un margen de error mnimo.
- Finalizada la prctica y habiendo encontrado todos los datos requeridos podemos decir que logramos encontrar los coeficientes de descarga, velocidad y contraccin sin ningn problema, de la misma manera estudiamos y aprendimos la descarga de un fludo a travs de un orificio, comprobando la teora daba.
