En este laboratorio se llevó a cabo un análisis del comportamiento del flujo de un fluido al pasar por orificios ubicados a diferentes profundidades. Para ello, se hizo uso de fórmulas como la de Bernoulli, la ecuación de Torricelli y otras relacionadas con la velocidad, el caudal, la presión y la distancia. Estas herramientas permitieron realizar un análisis detallado, relacionando variables como la profundidad, el diámetro de los orificios y el tiempo de descarga. El objetivo principal fue comparar los datos experimentales obtenidos durante la práctica con los resultados teóricos, para identificar patrones, discrepancias y posibles causas de variación.
Para analizar los datos obtenidos en la práctica y los cálculos teóricos realizados es una mental considerar las fórmulas que se emplearon en este laboratorio.
Ecuación 1 Bernoulli
Ecuación 2 Velocidad
v = √(2G(h_1-h_2 ) )
Ecuación 3 Distancia
x = v_(MAX O MIN)⋅√((2⋅(h+h_B ))/G)
Ecuación 4 Caudal
Q = V*A
Ecuación 5 Presión
P = P + ρgh
Una vez claras las fórmulas necesarias para analizar el laboratorio, se puede observar que el comportamiento del caudal de salida por cada orificio en relación con la profundidad o la presión interna está influenciado por el diámetro de los orificios. De acuerdo con la fórmula del caudal, el área de cada orificio está directamente vinculada al caudal. En la tabla del caudal teórico, las mediciones de la velocidad de salida están asociadas con la profundidad de los orificios, y el diámetro de estos. Los datos muestran que, a mayor profundidad, la velocidad de salida del fluido aumenta, lo que genera un incremento en el caudal.
Este comportamiento también está relacionado con la ecuación de Torricelli, donde, a medida que la profundidad del fluido se incrementa, el caudal también lo hace debido al aumento en la velocidad de salida. En resumen, el caudal de salida por un orificio en función de la profundidad o la presión interna es proporcional a la raíz cuadrada de la profundidad: cuanto mayor es la profundidad o presión interna, mayor es el caudal de salida debido a la mayor velocidad del fluido.
Tabla 1 Caudal
Tabla 2 Presión
Grafica 1 Presión
Por otro lado, comparando la gráfica entre las distancias de la práctica de laboratorio y los cálculos teóricos hubo una gran diferencia que se puede observar en la gráfica donde el naranja son los datos experimentales y el azul los cálculos teóricos. Existe una gran diferencia entre los datos teóricos y los datos experimentales donde el experimental es muchísimo más bajo que el valor teórico esto podría deberse al no haber realizado el experimento o el laboratorio varias veces.
Grafica 2 Diferencia entre distancias
Al analizar la gráfica en relación con el tiempo que tomó la descarga del agua a través de cada orificio, se puede observar que el orificio 3 fue el que más tiempo tardó en vaciar el agua. Esto se debe a que su diámetro es menor, lo que reduce el caudal de salida, y, por lo tanto, el flujo de agua a través del orificio es más lento. Debido a esta menor velocidad de salida, el tiempo necesario para evacuar completamente el agua es mayor en comparación con los otros orificios, que tienen diámetros más grandes y, en consecuencia, un mayor caudal.
Grafica 3 Tiempo
Para concluir, en la última gráfica analizada se puede observar el comportamiento del coeficiente de descarga. El orificio con el menor coeficiente de descarga es el orificio 1, mientras que el orificio 3 presenta el mayor coeficiente de descarga. Esta diferencia se debe a que el orificio 1, al estar más cerca de la superficie del agua, tiene una menor altura del fluido y, por lo tanto, una menor presión disponible para impulsar el caudal, lo que afecta negativamente su eficiencia de descarga. En cambio, el orificio 3, al estar a mayor profundidad, tiene una mayor presión interna que impulsa el flujo, lo que aumenta su eficiencia y resulta en un coeficiente de descarga más alto.
Grafica 4 Coeficiente de descarga
Conclusiones
En conclusión, el análisis mostró que existe una relación directa entre la profundidad del orificio y la velocidad de salida del fluido, así como el caudal. Según la ecuación de Torricelli, el caudal aumenta proporcionalmente a la raíz cuadrada de la profundidad, y los resultados experimentales corroboraron este comportamiento, aunque se observaron discrepancias significativas con los valores teóricos. Estas diferencias pueden deberse a errores experimentales o a la falta de repetición de la práctica para reducir la incertidumbre.
Además, se evidenció que el diámetro de los orificios influye en el tiempo de descarga del fluido. Los orificios con menor diámetro, como el orificio 3, tardaron más tiempo en vaciarse debido a su menor caudal, lo que resulta en un flujo más lento. Por otro lado, el análisis del coeficiente de descarga reflejó que los orificios ubicados a mayor profundidad fueron más eficientes, ya que la presión adicional a esa profundidad impulsó un mayor flujo del fluido.
Estos resultados destacan la importancia de factores como la profundidad, la presión y el diámetro de los orificios en el comportamiento del flujo de un fluido, así como la necesidad de realizar múltiples repeticiones en los experimentos para obtener datos más precisos y confiables.
