impacto de chorro

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
PRACTICA No. 5
IMPACTO DE CHORRO

PRIMERA PARTE- IMPACTO DE CHORRO
1. INTRODUCCIÓN
Dentro del estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un chorro sobre una superficie
como una base para el desarrollo de la teoría de la mecánica de fluidos y turbomáquinas
hidráulicas. Unaforma de producir trabajo mecánico a partir de un fluido bajo presión es usar la
presión para acelerar el fluido a altas velocidades de un chorro. El chorro es dirigido a las paletas
de una turbina, la cual gira por la fuerza generada en las aspas debido al cambio de momento o
impulso el cual toma lugar cuando el chorro pega en las paletas. En este experimento, la fuerza
generada por un chorrode agua que impacta un plato plano, una superficie oblicua o una copa
semiesférica puede ser medida y comparada con el momento del flujo en el chorro.

Figura No. 1 Banco de Impacto de chorro y turbina Pelton.
2. TEMAS DE CONSULTA
 Cantidad de movimiento.
 Teorema de conservación de la
masa.
 Turbina Pelton

3. IMPLEMENTOS
 Placas: Plana, Semiesférica y
Oblicua.




Fuerzasdebido a fluidos en
movimiento.
Teorema de Bernoulli




Pesas de 500 g, 200 g y 100 g.
Regla.

4. DESCRIPCION DEL BANCO
El banco de impacto de chorro, Fig. No. 2, tiene una distribución en la cual el suministro de agua es
dirigido hacia una tubería vertical terminada en una boquilla cónica. Esto produce un chorro de
agua que choca en la placa en forma de un plato plano, de copasemiesférica o placa con una
inclinación de 30o. La boquilla y la placa están contenidas dentro de un cilindro de acrílico
transparente; en la base del cilindro, hay una salida por la cual el flujo es drenado hacia tanque.

Figura No. 2 Impacto de Chorro
La placa es soportada por un brazo vertical el cual sostiene un peso móvil y es refrenado por un
resorte liviano. El brazo puede ser colocadoen una posición balanceada, colocando el peso en una
determinada posición a la que llamaremos la posición cero ajustando la tuerca encima del resorte.
De esta forma, cualquier fuerza generada por el impacto de chorro en la paleta podrá ser medida
por movimiento del peso a lo largo del brazo hasta que el pin indicador muestre que el brazo ha
sido restaurado a su posición original.
5. MARCOTEORICO
Considere una placa simétrica alrededor del eje y como muestra la Fig. No. 3. Un flujo de chorro a
una rata de m [kg/s] a lo largo del eje y con una velocidad V1 [m/s] golpea la placa y es desviado
por esta un ángulo β, de manera que el fluido deja la placa con una velocidad V2 [m/s] a un ángulo
β respecto al eje y. Los cambios en la elevación y en la presión piezométrica del chorro desdeque
golpea la placa hasta su salida son despreciables para el caso.
Figura No. 3 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. 4. Boquilla.
𝑉1 2
2

+

𝑝1
𝜌

+ 𝑔 ∗ 𝑧1 =

𝑉2 2
2+

𝑝2
𝜌

+ 𝑔 ∗ 𝑧2

(1)

Figura No. 4 Análisis de energía
Lo que se convierte en:

𝑉1 2
2

+ 𝑔 ∗ 𝑧1 =

𝑉2 2
2

+ 𝑔 ∗ 𝑧2

(2)

2

𝑉1 2 = √𝑉2 2 + 2𝑔 ∗ (𝑧2 − 𝑧1 )

(3)

Consideremos un chorro de agua que impacta sobre una placa causando un cambio de dirección
del chorro en un ángulo β respecto al chorro incidente en dirección y, despreciando la fricción
producidaentre el chorro y la placa; tenemos que la magnitud de la velocidad por la superficie de
la placa es proporcional a la velocidad de entrada. Aplicando las ecuaciones de conservación de la
cantidad de movimiento en un volumen de control obtenemos:
∑ 𝐹𝑦 = ∑𝑠𝑎𝑙 𝑚̇1 ∗ 𝑉1 − ∑𝑒𝑛𝑡 𝑚̇2 ∗ 𝑉2

(4)

∑ 𝐹𝑦 = ∑𝑠𝑎𝑙 𝜌 ∗ 𝑉1 2 ∗ 𝐴1 − ∑𝑒𝑛𝑡 𝜌 ∗ 𝑉2 2 ∗ 𝐴2

(5)

Debido a que la masa no se acumula dentro del...