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• Harry Trujillo Figueroa

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“AÑO DE LA LUCHA CONTRA LA CORRUPCION Y LA IMPUNIDAD”

E.A.P DE INGENIERIA CIVIL

TEMA:

CURSO: MECANICA DE FLUIDOS

DOCENTE: ING. PATRICIA ESTELA LIVIA

INTEGRANTES:  BIBIANO APOLINARIO ALBERT  VARGAS SALAZAR, ANTHONY

Marzo del 2019

2015

Impacto de chorro sobre superficie 120°

Objetivo 

   

Evaluar y medir la fuerza ejercida sobre diferentes blancos y comparación con las fuerzas predichas por la teoría de la inercia. Evaluar y medir la fuerza ejercida sobre una superficie plana (90°). Evaluar y medir la fuerza ejercida sobre una superficie curva (120°). Evaluar y medir la fuerza ejercida sobre una superficie semiesférica (180°). Adquirir habilidad en el uso del equipo.

Equipos y materiales    

Banco hidráulico FME00 Equipo especifico FME0 Cronometro Probeta

28 de marzo del 2019

Introducción

Las fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseño de bombas, turbinas, aviones, cohetes, hélices, barcos, etc., por lo cual, la ecuación fundamental de la energía 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. Para una turbina de impulso o de reacción 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.

Datos adicionales  La Velocidad: La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo.

 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.

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Impacto de chorro sobre superficie 120°

PRINCIPIO DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO Las fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseño de bombas, turbinas, aviones, cohetes, hélices, barcos, etc., por lo cual, la ecuación fundamental de la energía 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.

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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.

Ecuación de momento para un volumen de control:

Esta ecuación establece la suma de las fuerzas (de superficie y másicas) que actúan sobre un volumen de control no acelerado, es igual a la relación de cambio de momento dentro del volumen de control, más la relación neta de flujo de momento que sale a través de la superficie de control.

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.

APLICACIONES Las turbinas son dispositivos que producen energía a partir de un fluido que pasa por ella, están constituidos

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Considere una placa simétrica alrededor del eje y como muestra el Un flujo de chorro a una rata de m [kg/s] a lo largo del eje y con una velocidad V1 [m/s] golpea la placa y es desviado por esta un ángulo β, de manera que el fluido deja la placa con una velocidad V2 [m/s] a un ángulo β respecto al eje y. Los cambios en la elevación y en la presión piezométrica del chorro desde que golpea la placa hasta su salida son despreciables para el caso.

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FUERZA PRODUCIDA POR UN CHORRO DE AGUA La velocidad v del fluido que sale de la boquilla de sección A, se calcula como: v = Qt A . Se supone que la magnitud de la velocidad no varía al pasar el flujo por el deflector, cambiando sólo su dirección. La segunda ley de Newton aplicada al flujo una vez desviado, proporciona: Fy = Qmv (cos θ + 1), Donde • Fy es la fuerza ejercida por el deflector sobre el fluido. • Qm es el flujo másico. Qm = ρQt = ρAv. • Qt el el flujo volumétrico. En una situación de equilibrio estático, Fy queda compensada por la carga aplicada W = mg, con lo Que: W = ρAv2 (cos θ + 1) La pendiente s de un gráfico que represente la fuerza W en función de v 2 , es por tanto s = ρA (cos θ + 1) Nótese que θ = 180◦ − α, donde α es el ángulo de deflexión.

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Procedimientos I. Parte. EQUILIBRIO DEL SISTEMA (ángulo de 120) °:  Retire la tapa situada encima del depósito transparente de agua y enrosque la superficie de impacto curva (a=120°) en el eje vertical unido solidariamente al soporte sobre el que se colocan las pesas.  Cubra el tanque de nuevo con la tapa  Ponga el dispositivo del banco hidráulico FME00, conectando su entrada de agua a T1 con ayuda del conector rápido.  Equilibre el equipo con ayuda del nivel de burbuja situado sobre la tapa del cilindro. Para ello, regule la altura de los soportes ajustables hasta que la burbuja se estabilice en el centro del indicador  Ajusté el calibre hasta que se situé en el mismo nivel que la señal de la plataforma auxiliar.  Coloque en la plataforma un peso y anote su valor  Cierre la VCC del FME00 o FME00B y a continuación encienda la bomba.  Con la ayuda de la VCC regule el flujo que impacta contra la superficie para conseguir que la señal de la plataforma este en la misma altura que la indicación del calibre, es decir, que vuelva a la posición original.  En esta situación de equilibrio, mida el flujo de salida a través de la boquilla.  Para ello, cierre el desagüe del banco hidráulico y tome medidas del volumen en un tiempo determinado, obteniendo así los litros por unidad de tiempo. Repita los pasos anteriores aumentado las masas y flujos gradualmente.

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Cálculos y resultados

EQUILIBRIO DEL SISTEMA (ángulo de 120) °:

 Para el desarrollo de la determinación de equilibrio se llenará en este cuadro. Datos Masa(g)

Volumen(ml)

Tiempo (s)

Q (caudal)(ml/s)

200

705 930

2.669 2.703

264.14 344.09

400

De la presente ecuación para la superficie a 120° 2

𝐹𝐹 = 𝐹𝐹𝐹

𝐹𝐹 = 𝐹𝐹

3

𝐹 =𝐹

𝐹

Para masa de 200g tenemos:

𝐹 (𝐹𝐹) (9.81 2 ) = 1.962 𝐹 𝐹𝐹 = 𝐹𝐹 = 1000𝐹 𝐹 200𝐹

𝐹𝐹

𝐹3

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𝐹 (𝐹𝐹) (9.81 2 ) = 3.92 𝐹 𝐹𝐹 = 𝐹𝐹 = 1000𝐹 𝐹 400𝐹

𝐹𝐹 𝐹=

𝐹

344.09

=

𝐹𝐹 =

𝐹𝐹𝐹 =

2

(

)

1000000ml

= 6.85

5.0265𝐹10−5 𝐹2

𝐹 3

𝐹

𝐹3

3

(998

2

𝐹𝐹 𝐹3

) (3.4𝐹10

−4

𝐹3 𝐹

𝐹 𝐹

) (6.85

𝐹 𝐹

) = 3.49 𝐹

CUADRO Nº.1, 2, 3,4 CUADROS fuerzas por Angulo 90°

Masa(g)

Fy (N)

Fm=mg(N)

1 2

200 400

2.34 3.97

1.96 3.92

180°

Masa(g)

Fy (N)

Fm=mg(N)

1 2

200

2.49

1.96

400

4.31

3.92

Grupo 1 laboratorio

Grupo 3 laboratorio

Las presentes tablas muestras resultados calculados a partir de ecuaciones para diferente medida de ángulo, las medidas para 90° y 180° se calcularon con el |

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mismo procedimiento para el de 120°, difiriendo en su ecuación de Fy que es distinta, los datos fueron suministrados por los grupos encargados.

Especificaciones 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Estudio de las fuerzas ejercidas por un chorro y demostración del principio del momento lineal Depósitos de material transparente para observar los ensayos Tobera para generar el chorro de agua Fuerza ejercida por un chorro ajustable mediante caudal 4 deflectores de formas diferentes: superficie plana, superficie oblicua, superficie semicircular, superficie cónica Medición de las fuerzas ejercidas por un chorro a través de la balanza con contrapeso Determinación de caudal

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Impacto de chorro sobre superficie 120°

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Conclusiones El impacto del chorro es útil para el aprovechamiento de la energía que trae el agua. En los cuadros realizados para este laboratorio se muestra como la fuerza va aumentando a medida que pasa el tiempo con respecto a la velocidad y el flujo másico. Dependiendo de la superficie se puede aprovechar más la energía del fluido. De modo que podemos conocer las fuerzas que se genera por el impacto del chorro de agua al golpear la superficie. En los resultados podemos ver la similitud aproximada entre Fm y Fy para el cálculo de 120º como resultado experimental denotamos aproximación debido a porcentaje de error.

Recomendaciones  Comprobar que el nivel del agua este sobre la línea para que esta pueda ejercer la presión mínima de actuación de la bomba y así evitar cavitación en esta.  Cerrar totalmente las válvulas del sistema.  Verificar el equipo a utilizar: pesas de que vamos a utilizar en este laboratorio de 200 y 400 g. Se debe tomar la medición cuidadosamente y al abrir la válvula debemos hacerlo de forma lentamente hasta que la regla marque la posición medida inicialmente en el numeral.  También es importante cerrar las válvulas pequeñas (para evitar accidentes). Y rapidez a la hora de marcar el cronometro del tiempo para evitar posibles errores en los cálculos.

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