Chorros de Agua Sobre Alabes

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

IMPACTO DE CHORRO SOBRE ÁLABE (Laboratorio Nº4) 

Integrantes:  ALVARADO ROJAS JOSUE VICTOR  CHOQUECCAHUA QUISPE ELIAS COSME  PANDURO TUPIA CRISTHIAN CARLOS  TIRADO MONSALVE CESAR AUGUSTO



Docente:  ING. ROSEL GALLEGOS TEODORO RODOLFO



Fecha de realización:

 27 / 06 / 16 

Fecha de presentación:

 04 / 07 /16 

CALLAO - PERÚ 2016

(1413120134) (1413110021) (1323120499) (1413120143)

Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Escuela Profesional de Ingeniería Eléctrica

1.- OBJETIVOS  Obtener la fuerza producida por el impacto de un chorro hidráulico proveniente de una tobera sobre una superficie (semiesférica) por los métodos del momento y del impulso respectivamente.  Estudiar el procedimiento experimental para medir la fuerza de impacto de chorro sobre una placa fija, ya sea plana o semiesférica, y ver sus resultados.  Calcular mediante la ecuación mediante la ecuación de movimiento lineal para un volumen de control, la fuerza generada por el chorro sobre la placa, y compararla con aquella medida experimentalmente.  Comprender la aplicación del principio, en las turbomáquinas 2.- FUNDAMENTO TEORICO Principio de conservación de la cantidad de movimiento. En mecánica a la cantidad de movimiento le he adecuado una importante propiedad, que poseen muy pocas magnitudes físicas, no es más que la propiedad de conservación. Este consiste en que la suma geométrica de las cantidades de movimiento de los cuerpos en interacción se conserva invariable. La suma de las cantidades de movimiento queda constante aunque las cantidades de movimiento de los cuerpos varían, ya que sobre cada cuerpo actúan las fuerzas de interacción. El principio de conservación de la cantidad de movimiento es una de de las más importante leyes de la naturaleza, demuestra la interacción de dos cuerpo. Principio de Bernoulli En dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

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Bomba hidráulica Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

Álabe Un álabe es la paleta curva de una turbomáquina o máquina de fluido rotodinámica. Forma parte del rodete y, en su caso, también del difusor o del distribuidor. Los álabes desvían el flujo de corriente, bien para la transformación entre energía cinética y energía de presión por el principio de Bernoulli, o bien para intercambiar cantidad de movimiento del fluido con un momento de fuerza en el eje.

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3.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS 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 el cual impacta 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.

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b) Alabes, plano y semiesférico. c) Equipo de bombeo de agua. d) Termómetro e) Probeta graduada de 500ml

4.- PROCEDIMIENTOS 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, 100 gr, en la posición cero. Nivele el brazo y mida la altura h entre la salida de la boquilla y el nivel de entrada del álabe. 4. Haga circular un chorro de agua muy débil que impacte en el álabe luego verifique su nivelación desplazando la pesa sobre el brazo pivotante. Anote el desplazamiento X 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 una nueva y mayor 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. Repita los pasos 5 al 7 hasta lograr un suficiente número de mediciones. Laboratorio de Mecánica de Fluidos IMPACTO DE CHORRO SOBRE ÁLABES

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5.- TABULACION DE TADOS Datos de Laboratorio El peso del alabe semiesférico es: Wa = 0,966N Diámetro de la tobera (chorro): D = 10mm. Temperatura del agua = 21°C; 𝜌 = 997,95 𝐾𝑔/𝑚3 ; X= 17.5 cm

6.- SECUENCIA DE CALCULOS Calculo de Vo y Ve sabiendo que el área es: A= A=

πxD2 4 πx0,012 4

A=7,853x10−5 m2

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Para la experiencia 1: 𝑉01 =

𝑄1 𝐴 2,321𝑥10−4

𝑉01 = 7,853𝑥10−5 𝑉01 = 2,95

𝑚 𝑠

𝑉𝑒1 = √𝑉01 2 − 2𝑔ℎ 𝑉𝑒1 = √2,932 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒1 = 2,88

𝑚 𝑠

Para la experiencia 2: 𝑉02 =

𝑄2 𝐴 2,328𝑥10−4

𝑉02 = 7,853𝑥10−5 𝑉02 = 2,96

𝑚 𝑠

𝑉𝑒1 = √𝑉01 2 − 2𝑔ℎ 𝑉𝑒1 = √2,962 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒1 = 2,89

𝑚 𝑠

Para la experiencia 3: 𝑉03 =

𝑄3 𝐴 2,616𝑥10−4

𝑉03 = 7,853𝑥10−5 𝑉03 = 3,33

𝑚 𝑠

𝑉𝑒3 = √𝑉03 2 − 2𝑔ℎ

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𝑉𝑒3 = √3,332 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒3 = 3,27

𝑚 𝑠

Para la experiencia 4: 𝑉04 =

𝑄4 𝐴 3,324𝑥10−4

𝑉04 = 7,853𝑥10−5 𝑉04 = 4,23

𝑚 𝑠

𝑉𝑒4 = √𝑉04 2 − 2𝑔ℎ 𝑉𝑒4 = √4,232 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒4 = 4,18

𝑚 𝑠

Para la experiencia 5: 𝑉05 =

𝑄5 𝐴 3,702𝑥10−4

𝑉05 = 7,853𝑥10−5 𝑉05 = 4,71

𝑚 𝑠

𝑉𝑒5 = √𝑉05 2 − 2𝑔ℎ 𝑉𝑒5 = √4,712 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒5 = 4,66

𝑚 𝑠

Para la experiencia 6: 𝑉06 =

𝑄6 𝐴 3,977𝑥10−4

𝑉06 = 7,853𝑥10−5 𝑉06 = 5,06

𝑚 𝑠

𝑉𝑒6 = √𝑉06 2 − 2𝑔ℎ

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𝑉𝑒6 = √5,062 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒6 = 5,02

𝑚 𝑠

Para la experiencia 7: 𝑉07 =

𝑄7 𝐴 4,978𝑥10−4

𝑉07 = 7,853𝑥10−5 𝑉07 = 5,95

𝑚 𝑠

𝑉𝑒7 = √𝑉07 2 − 2𝑔ℎ 𝑉𝑒7 = √5,952 − 2𝑥9,81𝑥0,02 𝑉𝑒7 = 5,91

𝑚 𝑠

Calculando la fuerza experimental y teórica para una superficie semiesférica: Para la experiencia 1: 𝐹𝑡1 = 𝜌𝑥𝑄1 𝑥𝑉𝑒1 (1 + 0,9) 𝐹𝑡1 = 1000𝑥2,321𝑥10−4 𝑥2,88(1 + 0,9) 𝐹𝑡1 = 1,27𝑁 𝐹𝑒𝑥1 = 𝐹𝑒𝑥1 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,061𝑥9,81𝑥0,135 0,175

𝐹𝑒𝑥1 = 0,46𝑁 % 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟1 =

1,27−0,46 1,27

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟1 = 63,77%

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Para la experiencia 2: 𝐹𝑡2 = 𝜌𝑥𝑄2 𝑥𝑉𝑒2 (1 + 0,9) 𝐹𝑡2 = 1000𝑥2,328𝑥10−4 𝑥2,88(1 + 0,9) 𝐹𝑡2 = 1,278𝑁 𝐹𝑒𝑥2 = 𝐹𝑒𝑥2 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,079𝑥9,81𝑥0,096 0,175

𝐹𝑒𝑥2 = 0,42𝑁 1,278−0,42

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟2 =

1,278

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟2 = 63,13% Para la experiencia 3: 𝐹𝑡3 = 𝜌𝑥𝑄3 𝑥𝑉𝑒3 (1 + 0,9) 𝐹𝑡3 = 1000𝑥2,616𝑥10−4 𝑥3,27(1 + 0,9) 𝐹𝑡3 = 1,62𝑁 𝐹𝑒𝑥3 = 𝐹𝑒𝑥3 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,079𝑥9,81𝑥0,204 0,175

𝐹𝑒𝑥3 = 0,9𝑁 1,62−0,9

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟3 =

1,62

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟3 = 44,44% Para la experiencia 4: 𝐹𝑡4 = 𝜌𝑥𝑄4 𝑥𝑉𝑒4 (1 + 0,9) 𝐹𝑡4 = 1000𝑥3,324𝑥10−4 𝑥4,18(1 + 0,9) 𝐹𝑡4 = 2,63𝑁 𝐹𝑒𝑥4 = 𝐹𝑒𝑥4 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,147𝑥9,81𝑥0,069 0,175

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𝐹𝑒𝑥4 = 0,56𝑁 2,63−0,56

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟4 =

2,63

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟4 = 78,7% Para la experiencia 5: 𝐹𝑡5 = 𝜌𝑥𝑄5 𝑥𝑉𝑒5 (1 + 0,9) 𝐹𝑡5 = 1000𝑥3,702𝑥10−4 𝑥4,66(1 + 0,9) 𝐹𝑡5 = 3,27𝑁 𝐹𝑒𝑥5 = 𝐹𝑒𝑥5 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,147𝑥9,81𝑥0,144 0,175

𝐹𝑒𝑥5 = 1,18𝑁 3,27−1,18

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟5 =

3,27

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟5 = 63,91% Para la experiencia 6: 𝐹𝑡6 = 𝜌𝑥𝑄6 𝑥𝑉𝑒6 (1 + 0,9) 𝐹𝑡6 = 1000𝑥3,977𝑥10−4 𝑥5,02(1 + 0,9) 𝐹𝑡6 = 3,79𝑁 𝐹𝑒𝑥6 = 𝐹𝑒𝑥6 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,147𝑥9,81𝑥0,2315 0,175

𝐹𝑒𝑥6 = 1,9𝑁 % 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟6 =

3,79−1,9 3,79

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟6 = 49,86%

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Para la experiencia 7: 𝐹𝑡7 = 𝜌𝑥𝑄7 𝑥𝑉𝑒7 (1 + 0,9) 𝐹𝑡7 = 1000𝑥4,678𝑥10−4 𝑥5,91(1 + 0,9) 𝐹𝑡7 = 5,25𝑁 𝐹𝑒𝑥7 = 𝐹𝑒𝑥7 =

𝑊𝑥∆𝑋 X 0,212𝑥9,81𝑥0,245 0,175

𝐹𝑒𝑥7 = 2,91𝑁 % 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟7 =

5,25−2,91 5,25

𝑥100%

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟7 = 44,57%

FUERZA vs DISTANCIA 6

5

Fuerza (N)

4

3

2

1

0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

x(m) Fexp

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Fteor

Ciclo 2016-A

1.4

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8.- RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES:  Observar antes de realizar el experimento que el equipo este funcionado correctamente.  Verificar que el alabe este nivelado.  Para obtener resultados correctos debemos de verificar que el brazo este nivelado en todas las experiencia.  Realizar correctamente las mediciones, ya que por ahí en donde se presentan los errores.  Se recomienda que en este experimento se tome en cuenta más decimales ya que en el informe requieren el porcentaje de error, y es conveniente tener como mínimo tres decimales  Hubo algunas fallas de mediciones a la hora de tomar los datos de la altura debido a que el observador no estuvo bien ubicado  Por ultimo recomendamos ser los más cuidadosos, precisos y realizar la experiencia al pie de la letra como nos indica el docente del curso, así evitaremos fallas simples en el laboratorio y obtendremos mejores resultados

9.- BIBLIOGRAFIA    

http://es.slideshare.net/laboratorio-i-de-turbomaquinas-53000294 http://www.geocities.ws/evilchezperez/lab4.html http://www.fi.uba.ar/archivos/institutos_variaciones_cantidad_mov.pdf http://es.scribd.com/doc/58526815/4impacto-de-Chorro-Sobre-Alabes#scribd

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