Impacto de chorro sobre superficie





IMPACTO DE CHORRO SOBRE SUPERFICIE
EQUIPO FME 01














IMPACTO DE CHORRO SOBRE SUPERFICIE


I. 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 laenergía que trae un fluido, como también la aplicación de un trabajo a un fluido, para agregarle una energía mayor. 

Por ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reacción que se genera por un impacto de chorro a una superficie, sea plana o semicircular.



II. OBJETIVOS

Aplicar las ecuaciones de conservación de la masa y cantidad de movimiento para calcular la fuerza de impactode un chorro sobre una placa fija.
Estudiar el procedimiento experimental para medir la fuerza de impacto de un chorro sobre una placa fija.
Comparar la fuerza de impacto, teórica y experimental de un chorro sobre una placa plana y sobre una placa semi-esférica.
Obtener la fuerza producida por el impacto de   un chorro hidráulico proveniente de una tobera sobre una superficie (plana ysemiesférica) por los métodos del momentos y del impulso respectivamente.

Comparar las fuerzas tanto en la superficie plana ó semiesférica producida por el impacto de un chorro hidráulico para diferentes flujosmásicos.






III. MARCO TEÓRICO

PRINCIPIO DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO
Las fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseño de bombas, turbinas, aviones, cohetes,hélices, barcos, etc., por lo cual, la ecuación fundamental de la energía no es suficiente para resolver todos los problemas que se presentan y por lo tanto se necesita el auxilio del principio de la cantidad de movimiento.

Ecuación de momento para un volumen de control:



Esta ecuación establece la suma de las fuerzas (de superficie y másicas) que actúan sobre un volumen de control noacelerado, es igual a la relación de cambio de momento dentro del volumen de control, más la relación neta de flujo de momento que sale a través de la superficie de control.

Considere la situación mostrada en la Fig. 1, en la que un chorro de agua impacta contra una superficie sólida plana (a), oblicua (b) o hemisférica (c). El chorro de agua, generado mediante una tobera de d = 8 mm de diámetrointerior, lleva una velocidad v, de manera que transporta un caudal Q = v A, donde A = π d2 / 4 es el área de la sección transversal del chorro.






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 teniendo en cuenta que los efectos viscosos son despreciables en elproblema (Re = ρ v d / μ >> 1), donde ρ y μ son la densidad y viscosidad del agua respectivamente, la aplicación de la ecuación de Bernoulli a 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 de movimiento proporciona la fuerza total sobre la placa encada 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

APLICACIONES

Las turbinas son dispositivos que producen energía a partir de un fluido que pasa por ella, están constituidos por un conjunto de álabes ajustados al eje de la turbina recibiendo el nombre de rodete o rotor.
El flujo a través de una turbomáquina puede ser:axial, radial o mixto. La máquina de flujo axial (turbina Francis) maneja grandes gastos, con alto rendimiento. Para una turbina de impulso o de reacción (turbina Pelton) no existe aceleración del fluido respecto al álabe, es decir, trabaja a velocidad constante. En general, la energía del fluido que se transmite a los álabes (o rotor) es convertida en energía mecánica y ésta a su vez puede ser...