Laboratorio Mecánica De Fluidos

UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍOfacultad de ingenieriaDEPARTAMENTO INGENIERIA CIVILmecánica de fluidos(440023) |
IMPACTO POR CHORRO. |
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Autores
Correctores


Concepción, viernes 16 de junio del 2012

INTRODUCCIÓN.

Los fluidos en movimiento al chocar contra determinadas superficies ejercen fuerzas sobre estas. Tales fuerzas son capaces de generar el movimiento de algúncuerpo, es decir la fuerza del chorro ejerce trabajo. Esto sucede comúnmente en las turbinas Pelton donde la tobera o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas, saliendo de la pala en sentido casi opuesto al que entraron; de esta manera la fuerza ejercida por el chorro pone en movimiento la pala y se genera energía.

En el siguiente informe, se busca analizarla relación existente entre el chorro y la superficie de algún cuerpo en la determinación de la fuerza ejercida sobre esta, esta fuerza de carácter teórico será comparada además con su valor experimental.

OBJETIVO.
Medir experimentalmente la fuerza ejercida por un chorro sobre diferentes superficies comparando el resultado con el predicho teóricamente.

METODOLOGÍA.

Dentro del bancohidráulico existe un accesorio, el cual consiste en un depósito cilíndrico (fig.1) provisto de superficies laterales transparentes donde una tobera conectada a la tubería de impulsión del banco está alineada con un dispositivo al que se le acopla la superficie problema (plana, circular, semiesférica). La fuerza ejercida por el agua sobre la superficie se mide utilizando masas calibradas (10, 20, 100 gr)que equilibran dicha fuerza respecto a un indicador fijo.


Fig.1 Dispositivo de medición.

La fuerza teórica ejercida por un chorro sobre una superficie viene dada en función del ángulo de incidencia α, es así como se tiene:

Fy= ρQV-Vcosα, donde V=QA .

Para distintas superficies, con distinto ángulo de incidencia tendremos:

Superficie Plana (α= 90°): Fy= ρQ2A

SuperficieCurva (α= 120°): Fy= 32ρQ2A

Superficie Semiesférica (α= 180°): Fy= 2ρQ2A

PROCEDIMIENTO.

* Desmontar la tapa que apoya sobre la cubeta transparente del depósito con el fin de colocar la superficie plana en el lugar de impacto y sujeta a la barra vertical que forma parte del sistema de calibración de fuerzas montado en dicha tapa.
* Tapar nuevamente el depósito.
* Situar elconjunto en el canal del Banco Hidráulico conectado su entrada de agua a la impulsión del mismo.
* Nivelar el conjunto. Ajustar el índice del calibre hasta que se encuentre a la misma altura que la señal de la plataforma auxiliar.
* Colocar sobre la plataforma una masa. Poner en marcha la bomba del Banco Hidráulico y permitir el paso del agua regulando el caudal que impacta contra lasuperficie hasta conseguir que la señal de la plataforma se encuentre a la misma altura que el índice del calibre. En esta situación de equilibrio, medir el caudal de salida por la tobera y tomar nota del valor de la masa puesta en la plataforma. Reiterar las operaciones anteriores incrementando escalonadamente masas y caudales.
* Repetir el proceso completo para la superficie curva y lasemiesférica.



RESULTADOS.

Datos fijos:

ρh2o=1000 Kgm3

Diámetro de la tobera: D=8 mm
Masas, 10,20 y 100 grs.

|   | SUPERFICIE DE IMPACTO PLANA ( α = 90°) |   |   |
Masa (kg) | Fexp (N) | Volumen (m^3) | Tiempo (s) | Q (m^3 / s) | Fy (N) |
0.01 | 0.098 | 0.001 | 7.8 | 0.000128 | 0.327 |
0.02 | 0.196 | 0.001 | 6 | 0.000167 | 0.557 |
0.1 | 0.98 | 0.001 | 3.5 | 0.000286 | 1.632 ||

  | SUPERFICIE DE IMPACTO CURVA ( α = 120°) |   |   |
Masa (kg) | Fexp (N) | Volumen (m^3) | Tiempo (s) | Q (m^3 / s) | Fy (N) |
0.01 | 0.098 | 0.001 | 6.8 | 0.000147 | 0.648 |
0.02 | 0.196 | 0.001 | 5.7 | 0.000175 | 0.918 |
0.1 | 0.98 | 0.001 | 4 | 0.00025 | 1.875 |

  | SUPERFICIE DE IMPACTO SEMIESFÉRICA ( α = 180°) |   |
Masa (kg) | Fexp (N) | Volumen (m^3) | Tiempo (s)...