impacto de chorro
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INTRODUCCION
En los estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un
chorro sobre una superficie, base principal para el desarrollo de la
teoría de turbo máquinas. Es mediante las turbo máquinas, 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 el siguiente informe se tiene
como objetivo medir la fuerza producida por un chorro sobre una
superficie plana y circular. Para ello se utilizo sobre el banco
hidráulico un cilindro cerrado que contenía un sistema que
sostenía la placa respectiva y una fuente de caudal de líquido.
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.
OBJETIVOS
Objetivo Principal
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.
Verificar la validez de las expresiones que indican el valor de la
fuerza ejercida por un chorro sobre superficies de distinta
geometría.
Objetivos Secundarios
Estudiar los métodos directos de medición de flujo:
gravimétricos y volumétricos.
Aplicar las ecuaciones de conservación de la masa y cantidad
de movimiento para calcular la fuerza de impacto de un chorro
sobre una placa fija.
Estudiar el procedimiento experimental para medir la fuerza de
impacto de un chorro sobre una placa fija.
EQUIPO NECESARIO
Banco hidráulico (FME00)
Sistema modular que ha sido
desarrollado para investigar
experimentalmente los muchos y
diferentes aspectos de la teoría
hidráulica.
Una bomba centrífuga aspira el
agua de un tanque sumidero y la
eleva por un tubo vertical. En un panel adosado al exterior se halla
dispuesta una válvula de control que se utiliza para regular el caudal
que circula por el tubo, el cuál termina en una boquilla emplazada en
el canal y provista de un conector de conexión rápida. Éste conector
permite instalar rápidamente distintos accesorios, equipados con un
conducto flexible terminado en conector hembra para su
acoplamiento. También es posible efectuar acoplamientos especiales
con la bomba desenroscando el conector. Para ninguna de estas
operaciones se precisan herramientas.
Una válvula de desagüe se encuentra situada en el tabique vertical
accesible del tanque sumidero para facilitar su vaciado.
Equipo específico (FME01)
El aparato consta de un objeto cilíndrico fabricado en material acrílico
transparente con sistema de nivelación.
El agua es suministrada a través de una boquilla y descargada
verticalmente para que incida sobre un blanco sujeto a una varilla
que se extiende a través de la cubierta.
Un porta pesos está montado en el extremo superior de la varilla. El
peso muerto de las piezas en movimiento es contrapesado por un
muelle de compresión.
CARACTERÍSTICAS TECNICAS
Diámetro de la boquilla: 8mm
Distancia entre boquilla y blanco: 20mm
Diámetro del blanco: 36mm
Blancos:
• Blanco hemisférico 180°
• Blanco 120° (cono)
• Blanco plano
• Blanco plano a 30°
Cronómetro. Para medir el tiempo en llenar un determinado
volumen de la probeta
Probeta : Cilíndrica y graduada en ml., de capacidad de 1litro,
usada para contener el fluido y realizar la medida de volúmenes
para cada prueba.
Pesas: Son pequeñas masas que se van colocando de manera
continua a la balanza, esto para determinar la presión ejercida sobre
la superficie que se encuentra sumergida.
INSTALACIÓN DEL EQUIPO (FME 01):
El Equipo debe situarse en el interior del canal del Banco
Hidráulico con la tubería de entrada de agua (11) conectada a
la impulsión del Banco.
El agua sale a través de la Tobera (2), impacta frontalmente con
la superficie (3) y posteriormente sale por los orificios (1),
practicados en la base del depósito. El interior del mismo se
halla a la presión atmosférica gracias al taladro (4), practicado
en la tapa superior.
La fuerza vertical ejercida puede medirse situando masas
calibradas sobre la plataforma auxiliar hasta contrarrestar el
desplazamiento sufrido por la superficie (3) respecto de un
indicador fijo (5) que ha sido previamente ajustado.
Para acceder al inyector o tobera (2) y para cambiar el modelo
de la superficie (3), se desmonta la tapa (8) del depósito tras
desenroscar las tuercas (7).
A continuación mostramos la estructura indicando cada una de
sus elementos del equipo de trabajo para el impacto de chorro
fig.(01).
RESUMEN DE LA TEORIA
La fuerza ejercida por un chorro sobre una superficie viene dada
en función del ángulo de incidencia
F y=ρ∗Q (V−V cosα )
con :V=QA
Para una superficie plana (=90) la formula anterior:
F y=ρ∗Q(QA−0)= ρ∗Q2
A
Para una superficie curva (=120) la formula quedara:
F y=ρ∗Q∗(QA + Q2 A )=32 ρ∗Q
2
A
Para una superficie semiesférica (=180)
F y=ρ∗Q(QA +QA )=2∗ρ∗Q
2
A
CONCLUSIONES Y CONSIDERACIONES
Se concluye que hay alguna diferencia entre la fuerza
calculada siguiendo los parámetros de la teoría con los
pesos colocados para cada ensayo, como se muestra en sus
respectivos gráficos para cada superficie de impacto de
chorro.
Las discrepancias en los datos depende en mucho de los
siguientes aspectos.
Imperfección en la nivelación del equipo.
No hubo precisión en la toma de datos.
Los tiempos tomados no fueron los apropiados.
ANEXOS
Impactó de chorro en superficie plana(𝜭=900) , podemos ver
según la imagen la distribución de las líneas de corriente.
Impactó de chorro en superficie curva (𝜭=1200), se puede observar
claramente una distribución parabólica en su curso.
Impactó de chorro en superficie semi esférica (𝜭=1800), se puede
apreciar la distribución más corta a su eje de impacto.
Se observa los cambios de superficie de impacto para cierto
número de pruebas.
