OPERACIONES UNITARIAS I Trabajo Práctico Nº2

Departamento de Ingeniería Química
1er. Cuatrimestre – 2007
OPERACIONES UNITARIAS I
Trabajo Práctico Nº2
Prof. Dra. Ing. Susana Larrondo
Tco. Qco. Alejandro Sonnet
TRABAJO PRÁCTICO
“IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA SOBRE UNA SUPERFICIE”
INTRODUCCIÓN
La mecánica de fluidos es una disciplina analítica que aplica las leyes de la estática,
dinámica y termodinámica a situaciones en la cuales un medio fluido puede ser considerado
como medio continuo.
Las leyes físicas involucradas en estos análisis son la ley de conservación de la masa,
de la energía y de la cantidad de movimiento lineal y angular.
En la práctica que nos proponemos realizar se hace impactar un chorro de agua
sobre una superficie montada sobre un eje a lo largo del cual puede deslizar. Sobre la parte
superior del dispositivo se colocan pesas hasta lograr que la superficie vuelva al nivel inicial
antes de producirse el impacto del chorro.
OBJETIVOS
Investigar las fuerzas de reacción producidas por el cambio en la cantidad de movimiento de
un flujo de fluido. Establecer un modelo simplificado. Plantear la ecuaciones matemáticas
que representen dicho modelo.
MÉTODO
Se determina la fuerza externa necesaria para compensar el impacto del chorro de fluido
sobre superficies que producen diferentes ángulos de deflección.
EQUIPAMIENTO
Para la demostración completa se necesita
1) Banco hidráulico
2) Accesorio de Impacto
3) Cuatro deflectores con ángulos de 30, 90, 120 y 180 grados.
4) Cronómetro para determinar el caudal de agua
DATOS TÉCNICOS
Diámetro del orificio de salida (“nozzle”) 0,008 m
DESARROLLO TEÓRICO PREVIO
Antes de realizar el TP, realice un esquema del dispositivo analizando su
funcionamiento.
Elabore un modelo simplificado de lo que ocurre cuando el chorro de agua impacta
sobre un disco plano.
Establezca una ecuación que le permita relacionar la masa de la pesa que se coloca para
equilibrar el disco, con el caudal de agua medido.
Analice cómo se modifican las expresiones anteriores si el fluido luego de la interacción
con el deflector se mueve en una dirección con un ángulo θ respecto de la dirección del
chorro inicial.
PROCEDIMIENTO (check list)
Verifique que el módulo de impacto esté correctamente conectado y nivelado.
Verifique que el deflector rompe olas esté correctamente colocado.
Observe que en el panel frontal del banco hidráulico.
o Los comandos estén secos (de lo contrario seque con papel absorbente)
o El nivel de agua esté en el cero de la escala graduada
o La válvula se encuentra totalmente cerrada
Asegúrese que la marca en el plato se encuentra nivelada con el indicador.
Corrobore que la posición es correcta haciendo oscilar suavemente el disco (Debe volver
a alinerase con el indicador).
Coloque una masa de aproximadamente 0,4 kg sobre el diso.
Conecte el equipo a la fuente de tensión.
Active las llaves termomagnéticas del panel frontal.
Encienda la bomba oprimiendo el botón de encendido (botón rojo)
Abra lentamente la válvula del panel frontal dejando que un caudal bajo de agua fluya
por la boquilla.
Deje salir todas las burbujas de aire que puedan estar contenidas en el sistema de
bombeo.
Ajuste lentamente el caudal hasta lograr que nuevamente se encuentren alineados la
marca en el disco con el indicador de nivel.
Corrobore haciendo oscilar levemente el disco.
Observe y anote las características del flujo durante los ensayos.
Ahora proceda a medir el caudal utilizando el tanque volumétrico. Para este fin, cierre
la válvula del tanque (tapón esférico con cadena y accionador a distancia). Mida con
cronómetro el tiempo para que se acumule un volumen de 30 dm3 en el tanque. Este
volumen se observa en el indicador de nivel que se encuentra en el panel frontal.
Repita las mediciones 2 veces más para corroborar la consistencia y luego promedie
las lecturas registradas.
Baje el caudal
Repita todo los procedimientos anteriores para diferentes masas.
Haga un análisis de los resultados y relaciones con el modelo teórico. Extraiga
conlcusiones
TABLA DE DATOS
Diámetro
boquilla
d
(m)
Tipo de
Deflector
(θ )
Volumen
Colectado
V
(dm3)
30
0,008
30
30
30
0,008
30
30
30
0,008
30
30
30
0,008
30
30
Masa
Aplicada
M
(kg)
Peso
Aplicado
F
(N)
Tiempo
t
(s)
Tiempo
promedio
T
(s)
Caudal
Q
(m3/s)
Caudal
másico
Qm
(kg/s)
Velocidad
v
(m/s)