Impacto De Chorro De Agua Sobre Alabes

IMPACTO DE CHORRO SOBRE ALABES

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 turbomaquinas. Es mediante las turbomaquinas, que se realiza la realización de un trabajo a partir de la energía que trae un fluido, como también la aplicación de un trabajo a un fluido, para agregarle una energía mayor.

En el siguiente informe se realizara el estudio de dos situaciones sencillas, pero que dan una idea de cómo la energía que puede traer un fluido puede ser aprovechada para realizar un trabajo cualquiera, además de tener otros criterios como la eficiencia.

Por ello nos enfocaremos en determinar la fuerza de reacción que se genera por un impacto de chorro a una superficie, sea plana o semicircular.

OBJETIVO

General:

Estudiar el procedimiento experimental para medir la fuerza de impacto de un chorro sobre una placa fija, ya sea plana o semiesférica, y comparar sus resultados.

Específicos:

1. Obtener la fuerza producida por el impacto de un chorro hidráulico proveniente de una tobera sobre una superficie (plana y semiesférica) por los métodos del momentos y del impulso respectivamente.

2. Comparar las fuerzas tanto en la superficie plana ó semiesférica producida por el impacto de un chorro hidráulico para diferentes flujos másicos.

3. Determinar cual de las dos superficies (planas ó semiesféricas) tiene mayor eficiencia para la generación de potencia.

II. MARCO TEORICO

Una manera de producir trabajo mecánico por medio de un fluido bajo presión es la de utilizar la presión para acelerar el fluido a una velocidad alta en un chorro dirigido sobre los alabes instalados en el perímetro de una rueda. Un motor de reacción es una turbina la cual gira por las fuerzas generadas en los alabes debido al cambio de momento o impulso que tiene lugar cuando el agua golpea las alabes. Las turbinas que trabajan con este principio de impulso han sido construidas con potencias del orden de 100.000 KW y eficiencias mayores que el 90%.

Considerando la segunda ley de Newton:

Externas = m * a =

Donde (m * V) es el momento del volumen de control. Considerando el Teorema del Transporte de Reynolds se obtiene el Teorema de Cantidad de Movimiento:

Externas =

Para este experimento, la fuerza generada por un chorro de agua cuando golpea una placa plana o la taza hemisférica, puede medirse y puede compararse con la tasa de flujo de momento en el chorro.

Cuando el contrapeso es movido una distancia (y) en metros desde la posición cero, la fuerza correspondiente (F) en N sobre el plato (placa) puede obtenerse tomando momentos respecto al pivote.

El flujo es medido como:

m = (kg/s) Caudal en masa.

La velocidad de salida del chorro en la boquilla es:

V = (m/s)

La velocidad Vo del chorro que es desviada por la placa o por la copa es menor que la velocidad (V) en la salida de la boquilla por la desaceleración de la gravedad y se puede calcular con la siguiente expresión:

Vo2 = V2 – (2g) (s)

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.

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.

APLICACIONES

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 turbomáquina 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

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