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• Alessandro Antonio

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Curso Mecánica de Fluidos I Grupo Horario Viernes 11:20 am – 1:00pm 02L Tema Impacto de un chorro hidraulico Profesor Caldas Basauri Alfonso Alumno Alessandro Redhead Chuquihuaccha

2019

PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA Las turbinas son dispositivos que producen energía a partir de un fluido que pasa por ella, están constituidos por un conjunto de álabes ajustados al eje de la turbina recibiendo el nombre de rodete o rotor. El flujo a través de una turbo máquina puede ser: axial, radial o mixto. La máquina de flujo axial (turbina Francis) maneja grandes gastos, con alto rendimiento. Para una turbina de impulso o de reacción (turbina Pelton) no existe aceleración del fluido respecto al álabe, es decir, trabaja a velocidad constante. En general, la energía del fluido que se transmite a los álabes (o rotor) es convertida en energía mecánica y ésta a su vez puede ser transformada en energía eléctrica, como sucede en las plantas hidroeléctricas. OBJETIVOS  

Evaluar la fuerza sobre la superficie plana semiesférica, a un chorro hidráulico que se expulsa a través de una tobera sobre un alabe. Ofrecer al estudiante una de las varias formas de medir directamente la fuerza generada por un chorro liquido cuando impacta sobre una superficie plana semiesférica.

METODOLOGIA 1. Procedimiento 1. Nivelar el dispositivo. 2. Colocar el peso deslizante en la posición cero. 3. Hacer circular el chorro debidamente hasta que impacte en la superficie de prueba (superficie plana), luego verificar la nivelación regulando el chorro adecuadamente. 4. Colocar el peso móvil a una distancia “x”. 5. Equilibrar regulando el chorro de agua por medio de la válvula. 6. Medir el flujo másico por medio de las pesas y el cronómetro. 7. Repetir los pasos anteriores, variando la distancia “x”. 8. Evaluar luego en la superficie semi esférica.

2. Tabulación de datos N°

Distancia x (mm)

m Pesa (kg)

1 2 3 4 5

20 40 60 80 100

2 2 2 2 2

Tiempo superfice plana(s) 35 23 19 17 14

Tiempo superfice semi esférica (s ) 22 17 13.5 11.5 9.3

MATERIALES Y METODOS 1. Esquema general del equipo 1. Dispositivo de impacto de chorro - Resorte regulador. - Regla graduada y pivote. - Pesa equilibrada (600 g). - Indicador de nivel. - Superficie de evaluación (plana o semiesférica). - Tobera (Diámetro de salida 10 mm). - Cilindro de vidrio. - Varilla de fijación. - Bolilla de regulación. - Conducto de entrada de agua. - Conducto de salida de agua.

2. Dispositivo de medición de caudal - Pesa de equilibrio (2 kg). - Bomba para impulsión de agua 0.5 HP , Q=60 L/min - Recipiente para medir el volumen de agua (Relación 1:3). - Cronómetro.

Dispositivo para la

experiencia. Fuente: Guía de Laboratorio de Fluidos de Impacto de chorro hidráulico

2. Análisis y metodología de cálculo 1. Cálculo de la fuerza por el método del momento.

F=

W .∆x a+b

Donde: -

∆ x=¿ Desplazamiento de la carga móvil. W =m. g

2. Cálculo de la fuerza por el método del impulso. a) Superficie plana.

F=m˙ Agua .U 0 m˙ Agua =

U=

3 . m Pesa t

m ˙ Agua ρ Agua . Area

(U 0 )2=U 2−2. g . h b) Superficie semi esférica. F=2 . m ˙ Agua . U 0 m˙ Agua =

U=

3 . m Pesa t

m ˙ Agua ρ Agua . Area

(U 0 )2=U 2−2. g . h

3. Tabulación de resultados N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pv ¿ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a¿ 1.50 2.55 3.60 4.50 5.50 6.48 7.48 8.49 9.49 10.50

b¿ 1.50 2.52 3.52 4.50 5.50 6.62 7.50 8.50 9.53 10.50

Lman ¿ 1.500 2.535 3.560 4.50 5.50 6.550 7.490 8.495 9.510 10.500

Lman −P0 1.000 2.035 3.060 4.000 5.000 6.050 6.990 7.995 9.010 10.000

Corrección 0 -0.035 -0.060 0 0 -0.050 0.010 0.005 -0.010 0

% 0.00 1.72 1.96 0.00 0.00 0.83 0.14 0.06 0.11 0.00

CONCLUSIONES -

Mediante los cálculos del método de impulso nos damos cuenta que la fuerza de impacto del chorro hidráulico en la superficie plana y semi esférica son muy aproximados. En la experiencia por el método de momento, observamos que no interesa la geometría de la superficie de impacto, pues solo interesa el desplazamiento de la pesa horizontal.

RECOMENDACIONES -

Asegurarse que el resorte del sistema esté operando dentro de un rango elástico, si este está vencido se debe reemplazar. Hacer una buena toma de datos, supervisado por el encargado del laboratorio de Mecánica de Fludios.