impacto de chorro

Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

Impacto de un chorro





Resumen
Para esta practicas realizamos un impacto de un chorro de agua contra una placa plana y una copa semiesférica, las cuales estarán sujetas a una barra compuesta por un peso desplazable con una escala, usando las ecuaciones de equilibrio determinamos la fuerza del chorro que golpea a la placa plana y la copasemiesférica, para esto tuvimos que usar las distancias de desplazamiento en cada toma de tiempos con esto calculamos la fuerza de equilibrio de la barra y el chorro, el flujo másico con cada posición del peso desplazable, tomando el tiempo de equilibrarían del peso del tanque y el peso patrón, la velocidad de impacto con esta pudimos calcular la fuerza de impacto.
Palabras Clave: flujo másico, chorro,fuerza de impacto.
Abstract
To this practice we make an impact by a jet of water against a flat plate and a hemispherical cup, which shall be subject to a bar composed of a movable weight scale, using the equilibrium equations determine the strength of the jet hits the flat plate and cup hemispherical, for this we had to use the distances traveled in each time keeping with this we calculate theforce equilibrium of the bar and the jet, the mass flow rate for each position of the movable weight, taking the time to balance out tank weight and the weight pattern, the impact velocity this could calculate the impact force.
Key Words: Mass flow, jet, impact force.

Introducción

Considere una placa simétrica alrededor del eje x como muestra la Fig. No. 4. Un flujo de chorro a unarata de m [kg/s] a lo largo del eje y con una velocidad Uo [m/s] golpea la placa y es desviado por esta un ángulo β, de manera que el fluido deja la placa con una velocidad U1 [m/s] inclinado un ángulo β respecto al eje x. Los cambios en la elevación y en la presión piezométrica del chorrodesde que golpea la placa hasta su salida son despreciables para el caso.



Figura No. 1 Placas. (a)Plana, (b) Oblicua, (c) Semiesférica





Si tomamos en cuenta el efecto del peso del chorro de agua antes de llegar a la placa tenemos un intercambio de energía cinética por energía potencial, aplicando la ecuación de Bernoulli, ver Fig. No. 2

(1)

Figura No. 2

Lo que se convierte en:

(2)

(3)


Consideremos un chorro de agua que impacta sobre una placa causando un cambiode dirección del chorro en un ángulo, despreciando la fricción producida entre el chorro y la placa; tenemos que la magnitud de la velocidad por la superficie de la placa es igual a la velocidad de entrada. Aplicando las ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento en un volumen de control obtenemos:

(4)


Como la velocidad de entrada es igual a la de salida tenemos:(5)

Y debido a que la masa no se acumula dentro del volumen de control podemos concluir que:
(6)

(7)

Para la aplicación de la ecuación (4) requerimos la magnitud del vector velocidad V1 en la componente y, según la figura.

(8)

Aplicando las ecuaciones (7) y (8) en la ecuación (4) obtenemos:

(9)
Obteniendo la ecuación:

(10)

SiendoQ[L/min]=K* [mmHg] donde K=3.78, es la constante del sistema. Y finalmente:

(11)

Este valor representa la fuerza teórica de impacto aplicada sobre cada placa utilizando el respectivo ángulo β.
Para el cálculo de la fuerza experimental utilizamos la siguiente expresión:

(12)





Equipos e Instrumentación

Placa de copa
Placa plana
Pesas de 5 kg
Pesa desplazable
Aparatoimpacto de chorro
Marca: TECQUIPMENT
Serie: 178
Modelo: Hm

Por medio del banco hidráulico se alimenta a una tubería vertical cuyo extremo es una tobera, Se produce un chorro de agua que golpea en un álabe (placa plana o copa semiesférica). La tobera y el álabe se encuentran dentro de un cilindro transparente y en la base del cilindro hay un drenaje por medio del cual el fluido retorna al...