Impacto a chorro

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

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 turbomáquinashidráulicas. Una forma 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 unchorro de 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  

Fuerzas debido a fluidos en movimiento. Teorema de Bernoulli

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

 

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 copa semiesférica oplaca 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 colocado en una posiciónbalanceada, 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. MARCO TEORICO Considere una placasimétrica 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 desde que golpea la placa hastasu 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. (1)

Figura No. 4 Análisis de energía Lo que se convierte en: (2) √ ( )(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 producida entre 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 cantidadde movimiento en un volumen de control obtenemos:
∑ ∑ ̇ ∑ ̇

(4) (5)

∑

∑

∑

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 V2 en la componente y, según la figura 4. (8) Aplicando las ecuaciones (7) y (8) en la ecuación (5) obtenemos: ( Se obtiene la...