Impacto chorro

IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA SOBRE VARIAS SUPERFICIES
1.- OBJETIVO Medición experimental de la fuerza ejercida por un chorro de agua sobre tres superficies distintas, y comparación con lascorrespondientes expresiones teóricas. 2.- FUNDAMENTOS TEÓRICOS Considere la situación mostrada en la Fig. 1, en la que un chorro de agua impacta contra una superficie sólida plana (a), oblicua (b) ohemisférica (c). El chorro de agua, generado mediante una tobera de d = 8 mm de diámetro interior, lleva una velocidad v, de manera que transporta un caudal Q = v A, donde A = π d2 / 4 es el área de la seccióntransversal del chorro.

(a)
lámina

superficie de impacto

(b)
30º

(c)

chorro

tobera

Figura 1: Las tres configuraciones geométricas de impacto de chorro consideradas en lapresente práctica.

Al impactar contra la superficie, el chorro abandona ésta con una velocidad vs convertido en una lámina de área transversal As. En condiciones estacionarias (Q = constante), y teniendoen cuenta que los efectos viscosos son despreciables en el problema (Re = ρ v d / μ >> 1), donde ρ y μ son la densidad y viscosidad del agua respectivamente, la aplicación de la ecuación de Bernoullia lo largo del chorro proporciona vs = v, de manera que la velocidad de salida es igual a la velocidad del chorro. Por tanto, la conservación de la masa implica As = A. La ecuación de la cantidad demovimiento proporciona la fuerza total sobre la placa en cada caso (se deja como ejercicio al lector demostrarlo): (a) F = ρ Q2 / A (b) F = 3/2 ρ Q2 / A (c) F = 2 ρ Q2 / A Si definimos el coeficientede arrastre como el número adimensional Cd = F / (1/2 ρ Q2/A), éste toma los valores constantes: (a) Cd = 2 (b) Cd = 3 (c) Cd = 4

3.- METODOLOGIA En la práctica se considerarán las tres situacionesmostradas en la Fig. 1: impacto sobre las superficies plana (a), oblicua (b) y hemisférica (c). Para realizar las mediciones, se empleará un banco hidráulico capaz de suministrarnos un caudal de...