LAB A
Universidad Tecnológica de Panamá
Centro regional de Chiriquí
Facultad de Ingeniería Civil
Licenciatura en Ingeniería Civil
II semestre - 2021
Hidráulica
Informe de Laboratorio N°1
IMPACTO DE CHORRO SOBRE SUPERFICIES
Profesor
Ing. César Gómez
Integrantes
Jaime Atencio 4-802-2244
Patricia L. Castillo 4-806-486
José A. Castillo 4-803-993
Abdiel Rodríguez 4-815-260
Grupo
2IC131
Fecha de Entrega
Martes 31 de agosto del 2021
,Objetivo General
• Demostrar la validez de la ecuación de impulso y cantidad de movimiento lineal en el análisis de
superficies sometidas a fuerzas debido al agua.
Objetivos Específicos
• Calcular la fuerza ejercida por un chorro sobre una superficie plana, curva y semiesférica
• Comparar los resultados teóricos y experimentales de la fuerza.
INTRODUCCIÓN
El diseño de bombas, turbinas, barcos y aviones toman en consideración las fuerzas ejercidas por fluidos
en movimiento, durante este laboratorio analizaremos como afecta el impacto de un chorro de agua a
una superficie con diversos ángulos. El equipo utilizado consiste en un cilindro transparente en el que se
inyecta agua a través de una boquilla, con el fin de evaluar la fuerza que impacta verticalmente sobre
una superficie plana, una curva y otra semiesférica; dicha fuerza será equilibrada con masas
debidamente calibradas, esto se notará cuando el indicador coincida con una marca visible reflejando el
estado de equilibrio. Este comportamiento describirá el impulso y cantidad de movimiento ejercido por
un fluido en placas con superficies variadas.
El presente laboratorio tiene como objetivo validar la ecuación de impulso y cantidad de movimiento
para superficies bajo el impacto de fluidos y busca el análisis y entendimiento del comportamiento de
este mecanismo cuando ocurre el impacto de un chorro sobre superficies.
MATERIALES
Dispositivo para prueba de impacto de un chorro
Calibres, pesas.
Masas calibradas.
Superficie plana, curva y semiesférica.
Tobera.
Depósito de agua.
Soportes ajustables.
MARCO TEÓRICO
Cuando un fluido en movimiento acelera, desacelera o cambia de dirección se produce un cambio en su
vector velocidad y, por tanto, en su impulso. Los cambios del impulso resultan en fuerzas. Las fuerzas
ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseño de bombas, turbinas, aviones, cohetes,
hélices, barcos, etc. En la práctica, las fuerzas del impulso se utilizan para convertir la energía del flujo
en trabajo, p.ej., en turbinas Pelton.
, Figura N°1. Impacto de un chorro en superficie plana curva y hemisférica.
El chorro de agua, generado mediante una tobera de diámetro d interior, lleva una velocidad V, de
manera que transporta un caudal Q = VA, donde A = π d es el área de la sección transversal del
chorro.
La velocidad V del fluido que sale de la boquilla de sección A, se calcula como: V = Qt A .
Al impactar contra la superficie, el chorro abandona ésta con una velocidad vs convertido en una lámina
de área transversal As. En condiciones estacionarias (Q = constante), y teniendo en cuenta que los
efectos viscosos son despreciables (Re = ρ v d / μ >> 1), donde ρ y μ son la densidad y viscosidad del
agua respectivamente, la aplicación de la ecuación de Bernoulli a lo largo del chorro proporciona vs = v,
de manera que la velocidad de salida es igual a la velocidad del chorro. Por tanto, la conservación de la
masa implica As = A.
Se supone que la magnitud de la velocidad no varía al pasar el flujo por el deflector, cambiando sólo su
dirección.
Al aplicar el Teorema de la cantidad de movimiento en este tema, podemos obtener la fuerza producida
por el chorro de agua que impacta en las diferentes superficies. Se supone que la magnitud de la
velocidad no varía al pasar el flujo por el deflector, cambiando sólo la dirección.
Fy=ρ QV (1−cosθ)
Con lo que para las diferentes superficies tendremos que:
Q2
Fy=ρ =ρQ (V −0) ; para una superficie de 90°
A
2
2Q V
Fy=ρ =ρQ (V − ) ; para una superficie de 120°
3A 2
2 Q2
Fy=ρ =ρQ (V +V ) ; para una superficie de 180
A
Donde:
• ρ = densidad del fluido, para el agua 1000 kg/m³
Universidad Tecnológica de Panamá
Centro regional de Chiriquí
Facultad de Ingeniería Civil
Licenciatura en Ingeniería Civil
II semestre - 2021
Hidráulica
Informe de Laboratorio N°1
IMPACTO DE CHORRO SOBRE SUPERFICIES
Profesor
Ing. César Gómez
Integrantes
Jaime Atencio 4-802-2244
Patricia L. Castillo 4-806-486
José A. Castillo 4-803-993
Abdiel Rodríguez 4-815-260
Grupo
2IC131
Fecha de Entrega
Martes 31 de agosto del 2021
,Objetivo General
• Demostrar la validez de la ecuación de impulso y cantidad de movimiento lineal en el análisis de
superficies sometidas a fuerzas debido al agua.
Objetivos Específicos
• Calcular la fuerza ejercida por un chorro sobre una superficie plana, curva y semiesférica
• Comparar los resultados teóricos y experimentales de la fuerza.
INTRODUCCIÓN
El diseño de bombas, turbinas, barcos y aviones toman en consideración las fuerzas ejercidas por fluidos
en movimiento, durante este laboratorio analizaremos como afecta el impacto de un chorro de agua a
una superficie con diversos ángulos. El equipo utilizado consiste en un cilindro transparente en el que se
inyecta agua a través de una boquilla, con el fin de evaluar la fuerza que impacta verticalmente sobre
una superficie plana, una curva y otra semiesférica; dicha fuerza será equilibrada con masas
debidamente calibradas, esto se notará cuando el indicador coincida con una marca visible reflejando el
estado de equilibrio. Este comportamiento describirá el impulso y cantidad de movimiento ejercido por
un fluido en placas con superficies variadas.
El presente laboratorio tiene como objetivo validar la ecuación de impulso y cantidad de movimiento
para superficies bajo el impacto de fluidos y busca el análisis y entendimiento del comportamiento de
este mecanismo cuando ocurre el impacto de un chorro sobre superficies.
MATERIALES
Dispositivo para prueba de impacto de un chorro
Calibres, pesas.
Masas calibradas.
Superficie plana, curva y semiesférica.
Tobera.
Depósito de agua.
Soportes ajustables.
MARCO TEÓRICO
Cuando un fluido en movimiento acelera, desacelera o cambia de dirección se produce un cambio en su
vector velocidad y, por tanto, en su impulso. Los cambios del impulso resultan en fuerzas. Las fuerzas
ejercidas por los fluidos en movimiento conducen al diseño de bombas, turbinas, aviones, cohetes,
hélices, barcos, etc. En la práctica, las fuerzas del impulso se utilizan para convertir la energía del flujo
en trabajo, p.ej., en turbinas Pelton.
, Figura N°1. Impacto de un chorro en superficie plana curva y hemisférica.
El chorro de agua, generado mediante una tobera de diámetro d interior, lleva una velocidad V, de
manera que transporta un caudal Q = VA, donde A = π d es el área de la sección transversal del
chorro.
La velocidad V del fluido que sale de la boquilla de sección A, se calcula como: V = Qt A .
Al impactar contra la superficie, el chorro abandona ésta con una velocidad vs convertido en una lámina
de área transversal As. En condiciones estacionarias (Q = constante), y teniendo en cuenta que los
efectos viscosos son despreciables (Re = ρ v d / μ >> 1), donde ρ y μ son la densidad y viscosidad del
agua respectivamente, la aplicación de la ecuación de Bernoulli a lo largo del chorro proporciona vs = v,
de manera que la velocidad de salida es igual a la velocidad del chorro. Por tanto, la conservación de la
masa implica As = A.
Se supone que la magnitud de la velocidad no varía al pasar el flujo por el deflector, cambiando sólo su
dirección.
Al aplicar el Teorema de la cantidad de movimiento en este tema, podemos obtener la fuerza producida
por el chorro de agua que impacta en las diferentes superficies. Se supone que la magnitud de la
velocidad no varía al pasar el flujo por el deflector, cambiando sólo la dirección.
Fy=ρ QV (1−cosθ)
Con lo que para las diferentes superficies tendremos que:
Q2
Fy=ρ =ρQ (V −0) ; para una superficie de 90°
A
2
2Q V
Fy=ρ =ρQ (V − ) ; para una superficie de 120°
3A 2
2 Q2
Fy=ρ =ρQ (V +V ) ; para una superficie de 180
A
Donde:
• ρ = densidad del fluido, para el agua 1000 kg/m³
