ESCUELA DE INGENIERIA DE ANTIOQUIA

GUIAS DE LABORATORIO – MECÁNICA DE FLUIDOS

IMPACTO DE UN CHORRO

1. FundamentoteóricoLa segunda ley de Newton para el movimiento en un sistema puede escribirse de la forma

���� ���∀

�=�

Dónde ��∀ representa a una partícula de masa que se mueve con una velocidad V. Para

encontrar las fuerzas sobre el sistema se utiliza el método del volumen de control. Para un

instante donde el sistema coincida con el contenido del volumen de control, las fuerzas

externas sobre ambos conjuntos son iguales.

� =� ���������

Entonces aplicar la ecuación del transporte de Reynolds a la cantidad de movimiento de

un fluido través de un volumen de control se pueden determinar las fuerzas externas que

actúan sobre sistema. (Munson, Young, & Okiishi, 2003)

� = ��� � ���∀

��+� ��� ∙ ����

��

Donde el primer término representa la razón de cambio con respecto al tiempo de la

cantidad de movimiento lineal en el volumen de control y el segundo término la cantidad

de movimiento lineal a través de la superficie. Esta ecuación se conoce como la ecuación

del movimiento lineal.

2. ProcedimientoUsando el montaje Armfield F1-16, se dispara un chorro de agua vertical hacia arriba a un

deflector circular que cambia la dirección del flujo en 120° sin alterar su velocidad. El

deflector está sujeto a una un resorte para montar peso lo que lo fuerza a ir hacia abajo. El

montaje se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Esquema del Montaje. (Armfield, 2012)

Sin flujo, se usa un marcador de nivel para determinar la posición inicial de la plataforma.

Para un caudal determinado flujo golpea al deflector, lo que resultará en una fuerza hacia

arriba. Se montan pesos en la plataforma hasta que vuelva a su posición inicial y se

compense la fuerza resultante del impacto del chorro. Se realiza el mismo procedimiento

para varios caudales.

3. Preguntas

1. Dibuje el volumen de control y encuentre las fuerzas externas sobre el deflector a

través de la ecuación de la cantidad de movimiento.

2. Compare la fuerza teórica del chorro sobre el deflector con las mediciones

experimentales. Calcule el porcentaje de error.

3. Grafique el peso aplicado contra el caudal ¿Cómo sería esta gráfica si en vez de un

deflector de 120° grados se usara un deflector de 60°? ¿Si se usara aceite en vez de

agua?

4. Enumere 3 ejemplos de la vida real dónde sea importante considerar las fuerzas

resultantes del movimiento de un flujo a través de un volumen de control

(Absténgase de usar ejemplos de flujo en tuberías).

4. Referencias

Armfield. (November de 2012). Impact of a Jet - Instruction Manual F1-16. Ringwood,

Hampshire, England.

Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. (2003). Fundamentos de Mecánica de Fluidos.

México D.F.: Limusa Wiley.

Oct-2013