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Laboratorio de Mecánica de Fluidos Impacto de un Chorro
INTRODUCCIÓN Dentro del estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un chorro sobre una superficie, base principal para el desarrollo de la teoría de turbomaquinas. Es mediante las turbomaquinas, que se realiza la realización de un trabajo a partir de la energía que trae un fluido, como también la aplicación de un trabajo a unfluido, para agregarle una energía mayor. En el siguiente informe se realizara el estudio de dos situaciones sencillas, pero que dan una idea de cómo la energía que puede traer un fluido puede ser aprovechada para realizar un trabajo cualquiera, además de tener otros criterios como la eficiencia. Por ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reacción que se genera por un impacto de chorro auna superficie, sea plana o semicircular. RESUMEN La siguiente práctica tuvo como objetivo medir la fuerza producida por un chorro sobre una superficie plana y circular. Para ello se utilizo sobre el banco de pruebas un cilindro cerrado que contenía un sistema que sostenía la placa respectiva y una fuente de caudal de líquido. Realizando el procedimiento para distintos caudales, se pudo determinardistintos valores de fuerza y así obtener una función característica para el impacto de chorro a una placa plana, como también a una placa semicircular. En la grafica se obtuvieron valores de 1,22 y 2,18, obteniéndose errores de 22% y 9% respectivamente por distintas causas como calibración del sistema y la medición de caudal real. OBJETIVOS 1. Medir experimentalmente la fuerza generada por unchorro, cuando este golpea una placa de forma conocida. 2. Calcular mediante la ecuación mediante la ecuación de movimiento lineal para un volumen de control, la fuerza generada por el chorro sobre la placa, y compararla con aquella medida experimentalmente. 3. Comprender la aplicación del principio, en las turbomáquinas. FUNDAMENTO TEORICO Deducción del método gravimetrito: Teniendo un banco depruebas con un sistema de palanca, cuyo brazo derecho es tres veces mayor al brazo izquierdo. Cuando no coloquemos pesa en el soportapesas y cargamos con un caudal Q, entonces tenemos:

∑M

0

= 0 = −3mS g + γQt1

3mS g = γQt1

Cuando coloquemos pesa en el portapesas y con el mismo caudal Q:

Obtenemos, la fuerza en componente Y
γ.Q Fy = (V1 ) g V2 Y FY

∑M ∑M

0 0

= 0 = −3(mS + mP) g + γQt 2 = 0 = −3(mS + mP ) g + γQ(t 2 + t1 − t1 )

3mS g + mP g = γQt1 + γQ(t 2 − t1 )

V2

Sustituyendo la primera expresión en la segunda:

X

V1

3mP g = γQ(t 2 − t1 ) Q= Q= 3mP g γ (t 2 − t1 ) 3mP ρ (t 2 − t1 )
γ.Q (V1 ) g La velocidad V1 se puede expresar como una función de velocidad de salida de la boquilla V0: Fy =

La ecuación de momentum lineal del volumen de control:F= d ∂ (mv) = ∫ ρvd∀ + ∫ vρvdA dt ∂t VC SC

V12 = V02 es.decir

2.g.h

Si tenemos una placa plana, la cual se le aplica un chorro en forma perpendicular. Como el chorro posee velocidad inicial en Y Y como posee salida en X, y no en γ .Q Fy = (V2 y − V1 y ) g Y
Fy =

V1 = V02 2.g.h Las fuerzas actuantes, en función de la velocidad de salida de la boquilla son: γ .Q V02 − 2.g .h Fy = gSiendo h, la altura desde la salida de la boquilla, hasta la placa. La figura 2, muestra el volumen de control que incluye una placa semiesférica. En el caso de una placa semicircular, se aplica la ecuación de momentum.

γ .Q
g

( 0 − V1 y )

FY

Sustituyendo según la figura se tiene: γ .Q Fy = ( −V2 − V1 ) g Bajo el supuesto que no hay perdidas por fricción durante el recorrido por laplaca, se debe cumplir que: V1=V2

X

X

V2

V2
Fy = 2.

Fy = 2.

γ .Q
g

(V1 ) Por lo tanto:

Fy =

γ .Q
g

(V2 y - V1 y )

γ.Q La fuerza en V02 - 2.g.h g función de la velocidad de salida de la boquilla es:

Aplicando la ecuación de cantidad de movimiento lineal según el sistema de referencia fijado, se tiene que:

Las fuerzas que se calculan, tanto para la placa...