Impacto de Un Chorro
6
IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA Elkin Castillo, Wilson Guillín, Elver Rivera, Gustavo Villamil. Facultad de Ingeniería, Universidad del Atlántico, A.A 2014, Barranquilla RESUMEN La práctica de laboratorio consistió en estudiar el impacto de un chorro de agua sobre la placa plana, una placa cóncava y una placa inclinada. Específicamente se determinó la fuerza generada por el chorro de agua cuando golpea a cada placa, aplicando la ecuación de cantidad de movimiento lineal, basándose en el principio de las turbomáquinas. Para el desarrollo de la práctica se utilizó, una barra horizontal, un peso cilíndrico, la bomba que proporciona el caudal y un cilindro hueco donde se ajustan las placas y dentro del cual se lleva a cabo todo el proceso. Se tomó nota de la longitud desplazada por el peso cilíndrico sobre la barra horizontal, una vez que la placa era golpeada por el fluido y también del tiempo para el método gravimétrico para diferentes caudales. A través de los cálculos se obtuvieron para cada medición (6 en total) los valores correspondientes a los caudales y velocidades de fluido necesarias para obtener el valor de la fuerza que ejercía el chorro de agua sobre la placa (para ambos casos) de manera real y teórica. Con éstos datos se construyeron gráficas de fuerza real en función de la fuerza teórica, fuerza real en función de la velocidad (expresada en términos de la velocidad de la boquilla) y el error de las fuerzas real y teórica en función del caudal. Esta última, permite apreciar con mayor claridad el porcentaje de error obtenido que es indicativo del valor de la pendiente de la curva; para cada caso (placa plana y semi-esférica). 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 turbomáquinas. Es mediante las turbomáquinas, que se realiza la realización de un trabajo a partir de la energía que trae un fluido, como también la 1
-
Upload
willsmith87 -
Category
Documents
-
view
10 -
download
1
description
fluidos
Transcript of Impacto de Un Chorro
Trabajo 1
IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA
Elkin Castillo, Wilson Guilln, Elver Rivera, Gustavo Villamil.
Facultad de Ingeniera, Universidad del Atlntico, A.A 2014, Barranquilla
RESUMENLa prctica de laboratorio consisti en estudiar el impacto de un chorro de agua sobre la placa plana, una placa cncava y una placa inclinada. Especficamente se determin la fuerza generada por el chorro de agua cuando golpea a cada placa, aplicando la ecuacin de cantidad de movimiento lineal, basndose en el principio de las turbomquinas. Para el desarrollo de la prctica se utiliz, una barra horizontal, un peso cilndrico, la bomba que proporciona el caudal y un cilindro hueco donde se ajustan las placas y dentro del cual se lleva a cabo todo el proceso. Se tom nota de la longitud desplazada por el peso cilndrico sobre la barra horizontal, una vez que la placa era golpeada por el fluido y tambin del tiempo para el mtodo gravimtrico para diferentes caudales. A travs de los clculos se obtuvieron para cada medicin (6 en total) los valores correspondientes a los caudales y velocidades de fluido necesarias para obtener el valor de la fuerza que ejerca el chorro de agua sobre la placa (para ambos casos) de manera real y terica. Con stos datos se construyeron grficas de fuerza real en funcin de la fuerza terica, fuerza real en funcin de la velocidad (expresada en trminos de la velocidad de la boquilla) y el error de las fuerzas real y terica en funcin del caudal. Esta ltima, permite apreciar con mayor claridad el porcentaje de error obtenido que es indicativo del valor de la pendiente de la curva; para cada caso (placa plana y semi-esfrica).
Elkin Castillo, Wilson Guilln, Elver Rivera, Gustavo VillamilImpacto de un chorro de agua.
Elkin Castillo, Wilson Guilln, Elver Rivera, Gustavo VillamilImpacto de un chorro de agua.
1
2
3
INTRODUCCIONDentro del estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un chorro sobre una superficie, base principal para el desarrollo de la teora de turbomquinas. Es mediante las turbomquinas, que se realiza la realizacin de un trabajo a partir de la energa que trae un fluido, como tambin la aplicacin de un trabajo a un fluido, para agregarle una energa mayor. Por ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reaccin que se genera por un impacto de chorro a una superficie, sea plana o semicircular.
PRINCIPIO DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO Las fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseo de bombas, turbinas, aviones, cohetes, hlices, barcos, etc., por lo cual, la ecuacin fundamental dela energa 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.Ecuacin de momento para un volumen de control:
Esta ecuacin establece la suma de las fuerzas (de superficie y msicas) que actan sobre un volumen de control no acelerado, es igual a la relacin de cambio de momento dentro del volumen de control, ms la relacin neta de flujo de momento que sale a travs de la superficie de control.Considere la situacin mostrada en la figura, en la que un chorro de agua impacta contra una superficie slida plana (a), oblicua (b) o hemisfrica (c). El chorro de agua, generado mediante una tobera de d = 8 mm de dimetro interior, lleva una velocidad v, de manera que transporta un caudal Q = v A, donde A = d2 / 4 es el rea de la seccin transversal del chorro.APLICACIONESLas turbinas son dispositivos que producen energa a partir de un fluido que pasa por ella, estn constituidos por un conjunto de labes ajustados al eje de la turbina recibiendo el nombre de rodete o rotor.El flujo a travs de una turbomquina puede ser: axial, radial o mixto. La mquina de flujo axial (turbina Francis) maneja grandes gastos, con alto rendimiento. Para una turbina de impulso o de reaccin (turbina Pelton) no existe aceleracin del fluido respecto al labe, es decir, trabaja a velocidad constante. En general, la energa del fluido que se transmite a los labes (o rotor) es convertida en energa mecnica y sta a su vez puede ser transformada en energa elctrica, como sucede en las plantas hidroelctricas.
PROCEDIMIENTOSe procedio a montar el equipo, se empezo a la practica con la boquilla de 8 mm de dimetro, se puso la superficie plana en su lugar y un peso sobre la regla para obtener el equilibrio, se puso en marcha la bomba y se tomaron 6 veces las medidas de Z, del caudal y de la presin, se hizo los mismo para cada una de las placas (Plana, inclinada y cncava). Luego se sustituyo la boquilla de 8 mm por una de 5 mm y se realizaron los mismo pasos.RESULTADOS Y ANALISISComo resultado de la experiencia anterior, se obtuvieron los siguientes datos:Para la boquilla de 8 mm de dimetro:TIPO DE SUPERFICIE: PLANA
Dimetros de la boquilla: 8mm y 5mm
P(psi)Q(L/min)Z(cm)Fx(N)
8mm5mm8mm5mm8mm5mm8mm5mm
TIPO DE SUPERFICIE: PLANA
Dimetros de la boquilla: 8mm y 5mm
P(psi)Q(L/min)Z(cm)Fx(N)
8mm5mm8mm5mm8mm5mm8mm5mm
TIPO DE SUPERFICIE: PLANA
Dimetros de la boquilla: 8mm y 5mm
P(psi)Q(L/min)Z(cm)Fx(N)
8mm5mm8mm5mm8mm5mm8mm5mm
Esto indica la diferencia que hay entre el caudal terico y el real, debido a que como se mencion antes, se hacen varias suposiciones para simplificar el clculo, las cuales juegan un valor importante en las situaciones reales. No obstante, la estimacin terica, es una aproximacin razonable para las situaciones implicadas, por lo cual se mantiene su uso.PREGUNTAS1. Realice una grfica de Q vs H
2. Obtenga los valores para las constantes k y nLos valores experimentales de k y n, pueden obtenerse en una grfica doblemente logartmica, de la siguiente forma:Debido a la grafica lineal asi obtenida, tenemos que:
De aqu tenemos que:
3. A qu conclusiones llega usted al comparar el caudal terico con el caudal real?Como conclusin, se tiene que hay una discrepancia entre los valores reales y tericos, debido a las consideraciones que se omitieron en el anlisis terico del proceso, y las cuales tienen influencia al darse el caso real, por lo cual se puede considerar que el clculo terico es una aproximacin razonable de las situaciones reales.4. Cmo influye el dimetro de las boquillas en el caudal de salida?El dimetro de las boquillas influye en el caudal de salida, porque reduce la seccin de salida del fluido, en este caso del agua; no obstante, esta disminucin de rea transversal, genera en para una misma altura del batiente, una mayor velocidad de salida, lo cual explica los cambios pronunciados en las curvas mostradas.
BIBLIOGRAFALos teoremas de Bernoulli y Torricelli sobre la mcanica de los fluidos. (2008). Recuperado el 25 de Marzo de 2014, de http://www.monografias.com/trabajos66/teoremas-bernoulli-torricelli/teoremas-bernoulli-torricelli.shtmlPrincipio de Torricelli. (18 de Marzo de 2010). Recuperado el 27 de Marzo de 2014, de http://principio-torricelli.blogspot.com/Fsica/Hidrodinmica/Teorema de Torricelli. (25 de Septiembre de 2011). Recuperado el 27 de Marzo de 2014, de http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Hidrodin%C3%A1mica/Teorema_de_TorricelliMataix, C. (1986). Mecnica de Fluidos y Mquinas Hidrulicas (Segunda ed.). Madrid, Espaa: Ediciones del Castillo, S.A.Mott, R. L. (2006). Mecnica de Fluidos (Sexta ed.). Mexico: Prentice Hall.
