impacto sobre superficies

8/16/2019 Impacto Sobre Superficies

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IMPACTO DE CHORRO SOBRE DIFERENTES SUPERFICIES

INTRODUCCIÓN

Dentro del estudio del flujo de fluidos encontramos el impacto de un chorro sobre unasuperficie, base principal para el desarrollo de la teoría de turbomaquinas. Es mediante lasturbomaquinas, que se realiza la realización de un trabajo a partir de la energía que trae unfluido, como también la aplicación de un trabajo a un fluido, para agregarle una energíamayor. Por ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reacción que se genera por unimpacto de chorro a una superficie, sea plana o semicircular.

OBJETIVOS

• plicar las ecuaciones de conser!ación de la masa y cantidad de mo!imiento

• "alcular la fuerza de impacto de un chorro sobre una placa fija.• Estudiar el procedimiento e#perimental para medir la fuerza de impacto de un

chorro sobre una placa fija.• "omparar la fuerza de impacto, teórica y e#perimental de un

chorro sobre una placa plana y sobre una placa semi$esférica.• %btener la fuerza producida por el impacto de un chorrohidr&ulico pro!eniente de

una tobera sobre una superficie 'plana y semiesférica( por los métodos delmomentos y del impulso respecti!amente. "omparar las fuerzas tanto en lasuperficie plana ) semiesférica producida por el impacto de un chorro hidr&ulicopara diferentes flujos m&sicos.

MARCO TEÓRICO

PRINCIPIO DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO

*as fuerzas ejercidas por los fluidos en mo!imiento conducen al dise+o de bombas,turbinas, a!iones, cohetes, hélices, barcos, etc., por lo cual, la ecuación fundamental delaenergía no es suficiente para resol!er todos los problemas que se presentan y por lo tantose necesita el au#ilio del principio de la cantidad de mo!imiento. Ecuación de momento paraun !olumen de control

Esta ecuación establece la suma de las fuerzas 'de superficie y m&sicas( que act-an sobreun !olumen de control no acelerado, es igual a la relación de cambio de momento dentro del!olumen de control, m&s la relación neta de flujo de momento que sale a tra!és de

la superficie de control. "onsidere la situación mostrada en la ig. /, en la que un chorro deagua impacta contra una superficie sólida plana 'a(, oblicua 'b( o hemisférica 'c(. El chorro


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de agua, generado mediante una tobera de d 0 1 mm de di&metro interior, lle!a una!elocidad !, de manera que transporta un caudal 2 0 ! ,

donde 0 3 d4 5 6 es el &rea de la sección trans!ersal del chorro.

l impactar contra la superficie, el chorro abandona ésta con una !elocidad !s con!ertidoen una l&mina de &rea trans!ersal s. En condiciones estacionarias '2 0 constante(, yteniendo en cuenta que los efectos !iscosos son despreciables en el problema '7e 08! d 59::/(, donde 8 y 9 son la densidad y !iscosidad del agua respecti!amente, la aplicación de laecuación de ;ernoulli a lo largo del chorro proporciona !s0 !, de manera que la !elocidad desalida es igual a la !elocidad del chorro. Por tanto, la conser!ación de la masa implica s0 .*a ecuación de la cantidad de mo!imiento proporciona la fuerza total sobre la placa en cadacaso 'se deja como ejercicio al lector demostrarlo(

APLICACIONES

*as turbinas son dispositi!os que producen energía a partir de un fluido que pasa por ella,est&n constituidos por un conjunto de &labes ajustados al eje de la turbina recibiendo elnombre de rodete o rotor. El flujo a tra!és de una turbom&quina puede ser a#ial, radial omi#to. *a m&quina de flujo a#ial 'turbina rancis( maneja grandes gastos, con alto


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rendimiento. Para una turbina de impulso o de reacción 'turbina Pelton( no e#isteaceleración del fluido respecto al &labe, es decir, trabaja a !elocidad constante. En general,la energía del fluido que se transmite a los &labes 'o rotor( es con!ertida en energíamec&nica y ésta a su !ez puede ser transformada en energía eléctrica, como sucede en lasplantas hidroeléctricas.

EQUIPOS Y MATERIALES

• ;anco hidr&ulico• Equipo especifico• "ronometro

EQUIPO PARA IMPACTO DE CHORRO SOBRE SUPERFICIES


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El equipo sir!e para estudiar las fuerzas de chorros a impulsos en cuerpos de choque.

*as fuerzas de impulsión se generan mediante un chorro de agua. *as fuerzas de impulsiónse miden con un sistema de palancas y con los pesos. *as fuerzas de impulsión del chorro deagua se ajustan mediante el caudal. El equipo se compone b&sicamente de

• Placa base • "one#ión de entrada • "one#ión de salida • Depósito de ple#igl&s • Aobera • "uerpo de choque • Cistema de palancas • Pesos • En la posición se pueden montar di!ersos

cuerpos de choque.

"uerpos de choque con superficie plana

"uerpos de choque con superficie esférica

PROCEDIMIENTO• Desmontar la tapa que apoya sobre la cubeta transparente del depósito con el fin

de colocar la superficie plana en el lugar de impacto y sujeta a la barra !ertical queforma parte del sistema de calibración de fuerzas montado en dicha tapa .Aaparnue!amente el depósito.

• Cituar el conjunto en el canal del banco hidr&ulico conectado su entrada de agua ala impulsión del mismo.

• i!elar el conjunto.• justar el índice del calibre hasta que se encuentre a la misma altura que la se+al

de la plataforma au#iliar.• "olocar sobre la plataforma una masa. Poner en marcha la bomba del banco

hidr&ulico y permitir el paso del agua regulando el caudal hasta conseguir que lase+al de la plataforma se encuentre a la misma altura que el índice del calibre.

• En esta situación de equilibrio, medir el caudal de salida por la tobera y tomar notadel !alor de la masa puesta en la plataforma. 7eiterar las operaciones anterioresincrementando escalonadamente masas y caudales. 7epetir el proceso completopara la superficie cur!a y la semiesférica


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DA%C %;AED%C E *;%7A%7%

DATOS

1000

0.008

SUPERFICIE PLANA(90°)

Fy(N)

T(s)

Q(m3/s)

0.1 0.981 0.002 8.220.0002

430.0000000

920.00000

2!1.1!!!32

0!

0.1 0.981 0.003 14.40.0002

080.00000004

340.00000

2!0.8"34!0

83

0.1 0.981 0.00 24.""0.0002

030.00000004

110.00000

2!0.81!8"9

49

m T(s)

Q(m3/s)

#

0.21.9"2

0.002 9.340.0002

"80.0000000

!1"0.0000

02!1.42333

23

0.21.9"2

0.003 13.""0.0002

"0.0000000

""0.0000

02!1.30"0"

13

0.21.9"2

0.00 20.8"0.0002

40.0000000

!0.0000

02!1.14298!

"!

kg /m3

ρ agua¿ )

m

Diametrode latobera ¿

)

Masa(kg Volumen(m3)

Q A$%&(

m2¿

ρQ2

A

Masa(kg Fy( Volumen(m3)Volumen(m3)

A$%&(

m2¿

ρQ2

A


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DATOS

1000

0.008


# T(s)

Q(m3/s

) Q2 m

0.1 0.981 0.001 10.0"0.0001

490.00000002

220.00000

2!0.""3449"

4

0.1 0.981 0.004 24.90.0001

"30.00000002

"0.00000

2!0.!89"312

0.1 0.981 0.00 31.130.0001

"10.00000002

80.00000

2!0.!"9844!

8

m T(s) Q(m3/s) Q2

#

0.21.9"2

0.002 8.""0.0002

310.0000000

330.0000

02!1.91"42

81

0.21.9"2

0.003 14.!20.0002

040.0000000

410.0000

02!1.2390

03

0.21.9"2

0.004 20.280.0001

9!0.0000000

3890.0000

02!1.1"0928

3

kg /m3

ρ agua¿ )

m

Diametrode latobera ¿

)

Masa(kg Fy( Volumen(m3

)Volumen(m3

)

A$%&(

m2¿

3 ρQ2

2 A

Masa(kg Fy( Volumen(m3)Volumen(m3)

A$%&(

m2¿

3 ρQ2

2 A


7/14

DATOS

1000

0.008


m T(s) Q(m3/s) Q2

#

0.1 0.981 0.00212.81

0.0001"

0.0000000244

0.000002!

0.9"9888"4

0.1 0.981 0.00318."9

0.0001"1

0.000000028

0.000002!

1.021420

0.1 0.981 0.0033."9

0.000148

0.0000000220

0.000002!

0.8!"39144

T(s) Q(m3/s

)Q2

0.21.9"2

0.002 9.90.0002

090.00000004

30.00000

2!1.!304

08

0.21.9"2

0.004 18.!20.0002

140.00000004

!0.00000

2!1.81""38

1!

0.21.9"2

0.00" 29.840.0002

010.00000004

040.00000

2!1."08""2

!4

kg /m3

ρ agua¿ )

m

Diametro de latobera ¿

)

Masa(kg Fy( Volumen(m3)

A$%&(

m2¿

2 ρQ2

A

Masa(kg

Fy(

Volumen(m3)

A$%&(

m2¿

2 ρQ2

A


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7ECF*AD%C G7"%C

P7 HIJ

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0." 0.! 0.8 0.9 10

0.2

0.4

0."

0.8

1

1.2

'()

R* 0

'()

R* 0 C+&$, T-,%

" 8 10 12 14 1" 18 20 22 24 2"0

0

0

0

0

0

0

0

'() / 0 0R* 0.!4

Q(m3/s) vs T(s)

T(s)

Q(m3/s)


9/14

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0." 0.! 0.8 0.9 10

0.

1

1.

2

2.

'()

R* 0

'()

R* 0 Chart Title


10/14

8 10 12 14 1" 18 20 220

0

0

0

0

0

00

0

0

'() / 0 0

R* 1

Q(m3/s) vs T(s)

T(s)

Q(m3/s)

P7 /4IJ


11/14

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0." 0.! 0.8 0.9 10

0.2

0.4

0."

0.8

1

1.2

'()

R* 0

'()

R* 0 C+&$, T-,%

10 1 20 2 30 30

0

0

0

0

0

'() 0 0

R* 0.81

Q(m3/s) vs T(s)

T(s)

Q(m3/s)


12/14

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0." 0.! 0.8 0.9 10

0.

1

1.

2

2.

'()

R* 0

'()

R* 0 Chart Title

Axis Title

8 10 12 14 1" 18 20 220

0

0

0

0

0

0

'() / 0 0

R* 0.9

Q(m3/s) vs T(s)

T(s)

Q(m3/s)


13/14

P7 /1IJ

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0." 0.! 0.8 0.9 10.8

0.8

0.9

0.9

1

1.0

'() R* 0'() R* 0 Chart Title

10 1 20 2 30 30

0

0

0

0

0

'() / 0 0

R* 0."4

Q(m3/s) vs T(s)

T(s)

Q(m3/S)


14/14

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0." 0.! 0.8 0.9 10

0.

1

1.

2

2.

'()

R* 0

'()

R* 0 Chart Title

10 1 20 2 30 30

0

0

0

0

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R* 0.4

Q(m3/s) vs T(s)

T(s)

Q(m3/s)

"%"*FC%EC

• Ce aplicó las ecuaciones de conser!ación de la masa y cantidad de mo!imiento• Ce "alcularon las fuerzas de impacto de un chorro sobre una placa fija.• Ce Estudió el procedimiento e#perimental para medir la fuerza de impacto de un

chorro sobre una placa fija.

impacto sobre superficies

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