I

Mecnica de fluidos

EXPERIENCIA: IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUAPROBLEMA Determinar la fuerza de impuso ejercida por el impacto de un chorro hidrulico sobre superficies planas y semiesfricas.

DESCRIPCION

Dentro del estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un chorro sobre una superficie, base principal para el desarrollo de la teora de turbomaquinas. Es mediante las turbomaquinas, que se realiza de un trabajo a partir de la energa que trae un fluido, como tambin la aplicacin de un trabajo a un fluido, para agregarle una energa mayor. por ello el seda el estudio de dos situaciones sencillas, pero que dan una idea de cmo la energa que puede traer un fluido puede ser aprovechada para realizar un trabajo y adems de dar o obtener otros criterios para la eficiencia. Por ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reaccin que se genera por un impacto de chorro a una superficie, sea plana o semicircular

PLANTEAMIENTO

Para poder determinar la fuerza producida por el impacto de un chorro hidrulico sobre superficies planas y semiesfricas necesitamos la toma de datos experimentales (flujo msico, velocidad del fluido, la distancia de la tobera al superficie de impacto, dimetro de la tobera), y as aplicar los mtodos de Momento, Impulso y cantidad de movimiento. Cul ser la fuerza de impuso ejercida por el impacto de un chorro hidrulico sobre superficies planas y semiesfricas?

OBJETIVO

Obtener la fuerza producida por el impacto de un chorro hidrulico proveniente de una tobera sobre una superficie (plana y semiesfrica) por los mtodos del momentos y del impulso respectivamente.

Comparar las fuerzas tanto en la superficie plana semiesfrica producida por el impacto de un chorro hidrulico para diferentes flujos msicos.

Determinar cual de las dos superficies (planas semiesfricas) es ms eficiente para la generacin de potencia.

MARCO TEORICO

A continuacin se determinar la fuerza producida por el impacto de un chorro hidrulico sobre superficies planas y semiesfricas empleando los mtodos de Momento, y de Impulso y cantidad de movimiento.

Mtodo del momento

Por equilibrio de momentos del sistema se observa: masa agua = 3masapesas

Sistema balanceado

R = Fuerza del resorte

W= peso de la masa

S= Peso del elemento

(a+b)=150mm

B=Peso de la barra

Una vez que el flujo sale de la tobera el esquema del equipo es como se muestra, una vez mas aplicando equilibrio de momentos se obtiene:

De las ecuaciones. y se obtiene finalmente

...... (I)

MTODO DEL IMPULSO

De la segunda ley de newton se deduce las ecuaciones del impulso y la cantidad de movimiento

(II)

Reacomodando la ecuacin se tiene:

(III) Ecuacin de Euler

Superficie plana:

De la figura se tiene

Donde =90 por lo cual Cos =0

Finalmente la fuerza en modulo ser:

Adems por el equilibrio de momentos se tiene:

Dividiendo entre el tiempo se obtiene el flujo de masa de agua

Superficie semiesfrica

De la figura se tiene:

Donde =180 y Cos =-1

Teniendo en cuenta que:

Finalmente la fuerza en modulo ser:

EQUIPOS E INSTRUMENTOSDispositivo de impacto por chorro:

Resorte regulador

Regla graduada y pivote

Pesa equilibrada (600gr.)

Indicador de nivel

Superficie de evaluacin (plana o semiesfrica)

Tobera ( de salida)

Cilindro de vidrio

Varilla de fijacin

Bolilla de regulacin

Conducto de entrada de agua

Conducto de salida de agua

Dispositivo de medicin de caudal

Pesa de equilibrio (2kg)

Bomba para impulsin de agua:

0.5 HP

Q=

Recipiente para medir el volumen de agua (relacin de 1:3)

Cronometro

PROCEDIMIENTO DE ENSAYOa) Nivelar el dispositivob) Colocar el peso deslizante en la posicin cero

c) Hacer circular el chorro debidamente hasta que impacte en la superficie de prueba, luego verificar la nivelacin regulando el chorro adecuadamente.

d) Colocar el peso mvil a una distancio x.

e) Procedemos a equilibrar regulando el chorro de agua por medio de la vlvula.

f) Procedemos a medir el flujo masivo por medio de las pesas y el cronometro

g) Repetimos los pasos anteriores, variando la distancia x.

h) Procederemos a evaluar la superficie semi-esfricaTABULACIN DE DATOSNDX(mm)Pesas(kg)Sup. Planat(seg.)Sup. Esfricat(seg.)

12022330

24021926

36021619

48021117

MODELO DE CLCULO

Calculo de la fuerza por el mtodo del momento tanto como para la superficie plana y semiesfrica

De la ecuacin dada:

Para:

Calculo de la fuerza por el mtodo del Impulso

superficie plana

Velocidad(U)Velocidad ()

(Kg/seg)m/seg.m/seg.(N)

Para la experiencia N 1

Reemplazando los valores en las formulas descritas y ponemos los resultados en la siguiente tabla.

Velocidad(U)Velocidad ()

(Kg/seg)m/seg.m/seg.0.8676N

Superficie semiesfrica

Velocidad(U)Velocidad ()

Kg/seg.m/seg.m/seg.(N)

TABULACIN DE RESULTADOSNDX

(mm)Pesas

(kg)

(kg/s)Velocidad(U)

(m/s)Velocidad () (m/s)

(N)

(N)

(N)

12020.26083.32703.21610.86761.67750.7978

24020.31574.02733.93611.27142.48521.5957

36020.3754.78384.70731.79393.53042.3936

48020.54546.95766.90523.79467.53213.1915

GRAFICASSUPERFICIE PLANA

SUPERFICIE SEMIESFRICA.

CONCLUSIONES Es notable la influencia de la superficie en donde impacta el chorro, se comprueba con los resultados de las tablas, la fuerza en mayor en la superficie semiesfrica, debido a que esta concentra mayor el impacto, lo cual no ocurre en la superficie plana la que disipa el chorro.

La superficie semiesfrica es ms efectiva que la plana porque la fuerza de impacto de chorro es mayor, por eso se entiende la forma que tienen los alabes de las turbinas, con una forma curva se entrega mas fuerza y por ende mas potencia.

A travs de los clculos efectuados mediante el mtodo de momento e impulso observamos que en el mtodo de impulso la fuerza producida por el impacto es menor comparado por el mtodo de momento. Esto se debe a que en el clculo de la fuerza por el mtodo de momento no se considera los efectos de friccin producido en el punto donde se toma momentos.BIBLIOGRAFIA GILES V, Ronald. Mecnica de fluidos e Hidrulica. 2 edic. Mxico. M.C Graw Hill. 1993

SOTELO A, Gilberto. Hidrulica General. Volumen 1. Limusa. 1996

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA-ENERGA

TEMA:

IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUACURSO:

Laboratorio de Mecnica de Fluidos

PROFESOR:

Ing. Pinto Espinoza Hernan

ALUMNOS:

BELLAVISTA - CALLAO2015 EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

412

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