Impacto de Chorro

Mecnica de Fluidos I

Mecnica de Fluidos I

INTRODUCCION

Este experimento consiste en la medicin de la fuerza de impacto de un chorro de agua sobre superficies slidas. El aparato permite la medicin de la fuerza del impacto del chorro sobre cuerpos slidos de distinta forma, adems de las variables necesarias para la comparacin de los resultados experimentales con predicciones tericas, tales como el caudal del chorro, etc. Posee cuerpos de distintas formas (plana, cnica, semicircular, etc.) para realizar el experimento.

OBJETIVOS

Estudiar los mtodos directos de medicin de flujo: gravimtricos y volumtricos. Aplicar las ecuaciones de conservacin 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. Comparar la fuerza de impacto, terica y experimental de un chorro sobre una placa plana y sobre una placa semi-esfrica.

MARCO TERICO

IMPACTO DE CHORRO

PRINCIPIO DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTOLas fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseo de bombas, turbinas, aviones, cohetes, hlices, barcos, etc., por lo cual, la ecuacin fundamental de la 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. La frmula para cantidad de movimiento es:

Que dividida de acuerdo a los ejes X,Y y Z, seria:

En nuestro laboratorio nos guiaremos de esta base terica en donde el de acuerdo al siguiente esquema se muestra como es el equipo

Las superficies de 90, 120 y 180harn que el agua vaya por las siguientes direcciones como se muestra en la figura a continuacin

Como el quipo que se utiliza solo se trabaja en el eje Y la formula anteriormente mencionada se reduce a esta:

De donde como el volumen de control es un flujo permanente la formula se reduce aun mas ya que la

Esta se subdivide a:

Luego:

Al final

Donde V1=velocidad inicialDonde

Si es la plana ser 90 Si es la semicurva ser 120 Si es la semiesfrica ser 180

EQUIPOS Y MATERIALES Banco Hidrulico

Es el equipo principal el que en su mayora de veces permite el estudio junto con otros, los diversos comportamientos que tiene los fluidos as como sus propiedades.Equipo autnomo (depsito y bomba incluidos). Innovador sistema de ahorro de agua consistente en un depsito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que devuelve el excedente de agua ha dicho depsito. Vlvula de desage fcilmente accesible.Dispone de un depsito escalonado (volumtrico) para medir caudales altos y bajos, adems de una probeta de un litro para caudales an ms bajos.Tubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del depsito superior.

FME 03 impacto de chorro sobre superficieEquipo que se uso en este ensayo, para determinar la fuerza con la cual el agua ocasiona al impactar sobre una determinada superficie

SuperficiesEs donde impacta el chorro del agua y depende de la forma de la superficie para que la que la velocidad con la llegue vare y a la vez tambin varia la fuerza que ejerce.De izquierda a derecha se mencionan los tipos respectivamente

Superficie Plana de 90 Superficie semicurva de 120 Superficie semiesfrica de 180

PesasServirn al momento que tengamos que nivelar y equilibrar fuerzas que genera el chorro de agua con las superficies, en nuestro ensayo se trabajo con pesas de 1 de 10g, 2 de 20g, 2 de 50g y 1 de 100g

CronometroAyuda medir los tiempos para calcular los caudales

ProbetaMaterial graduado hasta un litro, que se utiliza para medir volmenes

PROCEDIMIENTO

Paso1: Disponemos del banco hidrulico, el equipo FME 03 impacto de chorro sobre superficie y a la vez se instala al banco hidrulico

Paso2: Se nivela el quipo puesto con ayuda del ojo de pollo

Paso3: Se coloca primero la superficie plana de 90 dentro del equipo FME 03 impacto de chorro sobre superficie una vez colocada, se acciona el banco hidrulico haciendo fluir el agua

Paso4: Una vez que el agua este fluyendo el agua, el chorro que sale en el quipo empujara con una determinada fuerza la superficie, en este caso plana de 90, y a la vez la plataforma que est en la parte superior del equipo se desnivela, por lo que se colocara un peso, primero de 10g, y regulando el caudal que arroja el banco Hidrulico, hacemos que coincida de tal forma que quede nivelado con la pesa de 10g

Paso 5: Una vez nivelado, prosigue a calcular el caudal que arroja, con ayuda de una probeta y de cronometro

Paso6: Lo mismo se hace con pesas de hasta 30g, 50g, 100g, 150g y 250g y calculando y tomando nota de los caudales que arroja para cada una

Paso7: Una vez terminado este proceso, se repite para las superficies para las superficies semicurva de 120 y semiesfrica de 180

DATOS CALCULOS

PARA LA SUPERFICIE PLANA DE 90

ANGULO DESUPERFICIEMASA(gr)TIEMPO(seg)VOLUMEN(cm3)CAUDAL(cm3/seg)CAUDAL PROMEDIO

90105,1144787,47688.609

5,6350088,81

6,1254889,542

304,19550131,265130.937

4,28562131,308

3,77491130,239

502,92489167,466168.503

3,12525168,269

3,11528169,775

1002,44555227,459227.165

3,11700225,08

2,97680228,956

1501,89572302,646302.712

2,50757302,8

2,23675302,691

2501,77660372,881370.015

2,01738367,164

2,00740370

PARA LA SUPERFICIE SEMICURVA DE 120


120108,7670780,70880.037

9,6676979,607

8,8170379,796

303,13405129,393128.686

5,38685127,323

5,93767129,342

505,02753150151.322

4,89748152,965

2,74415151,46

1003,73808216,622213.957

3,63771212,397

3,89828212,853

1502,52669265,476264.936

3,11832267,524

1,99521261,809

2502,05718350,244348.822

1,82635348,901

2,24778347,321

SUPERFICIE SEMIESFRICA DE 180


180108,9161268,68768.609

9,6466268,672

10,3771068,467

308,3282899,51998.733

6,3062098,413

3,4634098,266

505,20634121,923122.026

6,30766121,587

8,02983122,569

1004,27718168,15166.477

4,85806166,186

5,73946165,096

1503,34661197,904199.147

3,48700201,149

3,10615198,387

2503,68968263,043265.659

3,06816266,667

2,78743267,266

La Fuerza Terica ser la fuerza que ejerza las pesas puesto que esta hace que mantenga el equilibrio con la fuerza del chorro, para eso multiplicaremos el valor de la masa por la gravedad (981cm/s2)

ANGULO DE LA SUPERFICIEMASA (gr)FUERZATEORICA (grxcm/s2)

90109810

3029430

5049050

10098100

150147150

250196200


120109810

3029430

5049050

10098100

150147150

250196200


180109810

3029430

5049050

10098100

150147150

250196200

Como cacularemos la velocidad (V), sabiendo que el rea de donde sale el chorro de agua tiene como dimetro, D= 10mm=1cm

Entonces el rea es:

Luego determinar la fuerza con la siguiente formula

Y as hallamos la fuerza experimental

ANGULO DE SUPERFICIEMASA(gr)CAUDAL(cm3/s)Velocidad(cm/s)FUERZA EXPERIMENTAL

901088.609176.26615619

30130.937260.46734105

50168.503335.19656481

100227.165451.890102654

150302.712602.172182284

200370.015736.055272351


1201080.037159.21419115

30128.686255.99049413

50151.322301.01968326

100213.957425.616136595

150264.936527.026209442

200348.822693.897363070


1801068.609136.48118728

3098.733196.40538783

50122.026242.74159241

100166.477331.166110263

150199.147396.155157786

200265.659528.464280782

Fuerza terica y experimentalANGULO DE SUPERFICIEMASA(gr)FuerzaTericaFuerzaExperimental

9010981015619

302943034105

504905056481

10098100102654

150147150182284

250245250272351

12010981019115

302943049413

504905068326

10098100136595

150147150209442

250245250363070

18010981018728

302943038783

504905059241

10098100110263

150147150157786

250245250280782

GRAFICASPara un mejor estudio y ver cmo se comporta y en que tanto se diferencia la fuerza teorica y la fuerza experimental se calculo se mostraran unas graficasGrafico tipo Barras: compara la F. Terica y la F. experimentalPara superficie de 90

Para superficie de 120

Para Superficie de 180

Grafica Curva entre el valor de la masa de las pesas y la fuerza terica calculada: Para superficie de 90

Fuerza Terica y Experimental





CONCLUSIONES Se pudo calcular con las fuerza que ejerce un chorro de agua Se calculo dos tipos de fuerzas una Terica y otra Experimental Estas dos fuerzas difieren ya que como todo equipo tiene un error y sumada al error que es ocasionado por la persona misma, hace que difieran o mucho o poco Se pudo observar que el que tiene mas error es aquella donde el agua impacto sobre la superficie semicurva de 120, si embargo la que tuvo menos error y la que se aproximo mas fue la superficie semiesfrica de 180 Este ensayo hecho nos ayuda a entender como es el comportamiento que pueda ejercer la fuerza del agua a travs de un chorro, usando los conocimientos de cantidad de movimiento A continuacin se muestran los resultados obtenidos y las graficas de comparacin

ANGULO DE SUPERFICIEMASA(gr)FuerzaTericaFuerzaExperimental

9010981015619

302943034105

504905056481

10098100102654

150147150182284

250245250272351

12010981019115

302943049413

504905068326

10098100136595

150147150209442

250245250363070

18010981018728

302943038783

504905059241

10098100110263

150147150157786

250245250280782



Para Superficie de 180

INGENIERIA CIVILPgina 6

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