Laboratorio de impacto de un chorro

I. INTRODUCCION

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 un fluido, para agregarle una energía mayor.
En elsiguiente 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 a una superficie, sea plana o semicircular.

II.OBJETIVO

General:
Estudiar el procedimiento experimental para medir la fuerza de impacto de un chorro sobre una placa fija, ya sea plana o semiesférica, y comparar sus resultados.

Específicos:
1. Obtener la fuerza producida por el impacto de un chorro hidráulico proveniente de una tobera sobre una superficie (plana y semiesférica) por los métodos del momentos y del impulsorespectivamente.

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

3. Determinar cual de las dos superficies (planas ó semiesféricas) tiene mayor eficiencia para la generación de potencia.

III. MARCO TEORICO

A continuación se determinará la fuerza producida por el impacto de un chorro hidráulicosobre superficies planas y semiesféricas empleando los métodos de Momento, y de Impulso y cantidad de movimiento.

Método del momento

Por equilibrio de momentos del sistema se observa: masaagua = 3masapesas

Sistema balanceado
R = Fuerza del resorte
W= peso de la masa
S= Peso del elemento
(a+b)=150mm
B=Peso de la barra

* Una vez que el flujo sale de la tobera elesquema del equipo es como se muestra, una vez mas aplicando equilibrio de momentos se obtiene:


* De las ec. α y ß se obtiene finalmente

...... (I)

MÉTODO DEL IMPULSO
De la segunda ley de newton se deduce la ec. del impulso y la cantidad de movimiento

… (II)

Derivando con respecto al tiempo y para una
Velocidad cte se tiene…


…(III) Ecuación de Euler

Superficie plana:

de la figura se tiene

Donde β=90° por lo cual Cos β=0

Finalmente la fuerza en modulo será:

Además por el equilibrio de momentos se tiene :

Dividiendo entre el tiempo se obtiene el flujo de masa de agua

Superficie semiesférica

De la figura se tiene :

Donde β=180° y Cos β=-1

Teniendo en cuenta que:

Finalmente la fuerzaen modulo será:

IV. EQUIPOS E INSTRUMENTOS

V. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Nivelar el dispositivo de la tuerca reguladora

Colocar el peso móvil a una distancia ∆x determinada (de izquierda a derecha)

Regular el caudal hasta que la fuerza que ejerce el chorro de agua a la superficie equilibre el sistema en la posición horizontal regulándolo por medio de la válvula de controlCalculamos el flujo másico por medio del método gravimétrico

VI. TABULACIÓN DE DATOS

Nº | (mm) |
| Peso(kg) | Superficie Plana t(s) | Superficie Esférica t(s) |
1 | 22 | 2 | 20 | 23 | 23 | 37 | 35 | 41 |
2 | 45 | 2 | 19 | 18 | 19 | 26 | 27 | 28 |
3 | 65 | 2 | 16 | 16 | 17 | 23 | 23 | 26 |
4 | 85 | 2 | 13 | 15 | 14 | 18 | 22 | 22 |
5 | 105 | 2 | 13 | 12 | 13 | 19 | 18 | 18|

VII. MODELO DE CÁLCULO

Para la superficie plana

Área de la tobera:

Calculo de la fuerza por el método del momento para la superficie plana y semiesférica
De la ecuación dada en el marco teórico se tiene:

Calculo de la fuerza por el método del Impulso
para la superficie plana

Calculamos el flujo de masa de agua

Luego calculamos la velocidad de salida del
por la...