b)
Alabes, plano y semiesféricoGUÍA
DE LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
EXPERIENCIA
Nº 04
a)
Medir directamente la fuerza generada por
un chorro líquido cuando impacta sobre una superficie sólida (álabe)
b)
Visualizar la forma en que es desviado el
chorro por el álabe.
a)
El equipo consta de una bomba centrífuga que impulsa el agua hacia una
tobera encerrada en un recipiente cilíndrico de acrílico transparente. Esta
tobera dirige verticalmente hacia arriba el chorro de agua que impacto sobre un
álabe de superficie plana o semiesférica, situada a una altura “h”
conocida. Ver figura.
El agua, después del impacto, se drena por la base inferior
del cilindro de acrílico hacia un depósito graduado para la determinación del
caudal volumétrico Q = "/t
El álabe está unido rígidamente a un brazo nivelable y
convenientemente graduado por una regla milimétrica, y por cuya cara superior
desliza libremente un peso conocido. El brazo está restringido en su movimiento
de vaivén por un resorte débil cuya misión es la de permitir que con la pesa
deslizante en la posición cero, el brazo se mantenga en posición horizontal
comprobado adicionalmente por un nivel de burbuja incorporado o por el pin que
cuelga libremente del extremo del brazo.
b)
Alabes, plano y semiesférico
c)
Equipo de bombeo de agua
d) Termómetro
e) Probeta
graduada de 500 ml
1.
Nivele el equipo de impacto.
2.
Mida la temperatura del agua y determine el valor de la densidad (use
tablas)
3.
Coloque el peso deslizante, 20gr en la posición cero, nivele el brazo.
4.
Haga circular un chorro de agua débil que impacte en el álabe luego
verifique su nivelación desplazando la pesa sobre el brazo pivotante. Anote el
desplazamiento DX
desde el punto de origen. La salida del chorro de agua del álabe debe ser simétrica
al eje del chorro.
5.
Mida el tiempo en llenar un recipiente graduado (500 ml) y establezca el
caudal volumétrico circulante.
6.
Ajustar con la tuerca correspondiente la tensión en el resorte de modo
que con la pesa deslizante en la posición cero el brazo pivotante se halle en
posición horizontal.
7.
Incrementar el flujo gradualmente restableciendo en cada caso el
equilibrio mediante el corrimiento de la pesa deslizante y anotando para cada
caso el desplazamiento desde el origen. Repite los pasos
5-7 hasta lograr un suficiente número de mediciones.
El
peso del álabe semiesférico es
:
Wa = 0,966 N
El
peso del álabe plano es:
Wa = 0,855 N
Diámetro
de la tobera (chorro): D = 10 mm.
Temperatura
del agua: .....ºC
j
=..... kg/m3; X = ....m;
d = ....... m
| Alabes | exp |
V(m3) |
t(seg) |
DX(m) |
Q(m3/s)
|
Vo
|
Ve
|
Fy(Newton) Experim. |
Teórico |
% error | ||
| plano
h=m |
||||||||||||
| plano
h=m |
||||||||||||
| plano
h=m |
||||||||||||
| semi esferico
H=..m |
||||||||||||
| semi esferico
H=..m |
||||||||||||
| semi esferico
H=..m |
Cálculos
a)
Determinación de la fuerza de impacto experimental:
Equilibrio inicial: S MÙ = 0
FR.d – (W + Wa) . X = 0
Þ FR.d = W.X + Wa.X
Equilibrio final:
FR.d – W (X + DX) – Wa . X + Fy.X = 0
Þ FY = W.DX/X
b)
Determinación de la fuerza de impacto teórico:
La
fuerza ejercida por el fluido sobre el álabe mostrado en la fig. (a) está dado
por:
FY
= -ρQ (Vs cos q - Ve) = ρQ (Ve – Vs cos q)....
Ec.
Cantidad de Movimiento
Donde, por lo general, la velocidad de salida es menor que
la velocidad de entrada debido a los efectos del rozamiento entre el fluido y la
superficie del álabe: Vs = K Ve, K
< 1
Þ FY = ρ Q Ve (1-K cos q)
Aplicando
la ecuación de la energía entre las posiciones (0) y (e) se tiene:
Vo²/2g
¸ Po / g
+ Zo = Ve²/2g + Pe/g
+ Ze + Ho-e
Donde:
Vo
= Q/D = 4Q/pD²; D es el diámetro del chorro
Po
= Pe = P. Atmosférica
Zo
= 0, Ze = h
ho-c
= 0 (pérdidas de energía)
Entonces:
Ve
=
Luego:
Fy = ρVe
(1-K cos q) = ρQ
(1-Kcosθ )
Para
la superficie plana fig. (b) se tiene: 0 = p/2
y cos 0 = 0, entonces:
Fy
= j
Q Ve
Para la superficie semiesférica fig. (c) se tiene: q
= p
y cos q
= -1, entonces:
Fy= j Q
(1+K)
d)
Determinación del porcentaje de error
% error = (Fteórica – Fexperim.)/Fteórica
x 100