El documento describe un experimento para medir la fuerza ejercida por un chorro de agua al impactar superficies a diferentes ángulos. Se midió la fuerza sobre una superficie curva de 120° colocando pesos en una plataforma hasta equilibrar la fuerza del chorro. Los resultados mostraron que a medida que aumentaba el flujo y la velocidad del chorro, también aumentaba la fuerza medida.

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2015
Elementos de Hidráulica
Laboratorio #8
Impacto de chorro sobre superficie
120°

2. Impacto de chorro sobre superficie 120° 24 de junio
de 2015
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Objetivo
 Evaluar y medir la fuerza ejercida
sobre diferentes blancos y
comparación con las fuerzas
predichas por la teoría de la inercia.
 Evaluar y medir la fuerza ejercida
sobre una superficie plana (90°).
 Evaluar y medir la fuerza ejercida
sobre una superficie curva (120°).
 Evaluar y medir la fuerza ejercida
sobre una superficie semiesférica
(180°).
 Adquirir habilidad en el uso del
equipo.
Equipos y materiales
Introducción
Las fuerzas ejercidas por los fluidos en
movimiento conducen al diseño de bombas,
turbinas, aviones, cohetes, hélices, barcos,
etc., por lo cual, la ecuación fundamental de
la energía no es suficiente para resolver
todos los problemas que se presentan y por
lo tanto se necesita el auxilio del principio de
la cantidad de movimiento.
Para una turbina de impulso o de reacción
no existe aceleración del fluido respecto al
álabe, es decir, trabaja a velocidad constante.
En general, la energía del fluido que se
transmite a los álabes (o rotor) es convertida
en energía mecánica y ésta a su vez puede
ser transformada en energía eléctrica, como
sucede en las plantas hidroeléctricas.
Datos adicionales
 La velocidad: La velocidad es
una magnitud física de
carácter vectorial que expresa el
desplazamiento de un objeto por unidad
de tiempo.
 Las turbinas: son dispositivos que
producen energía a partir de un fluido
que pasa por ella, están constituidos por
un conjunto de álabes ajustados al eje de
la turbina recibiendo el nombre de
rodete o rotor.
 Banco hidráulico FME00
 .Equipo especifico FME0
 .Cronometro
 Probeta

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PRINCIPIO DE LA CANTIDAD
DE MOVIMIENTO
Las fuerzas ejercidas por los
fluidos en movimiento conducen al
diseño de bombas, turbinas, aviones,
cohetes, hélices, barcos, etc., por lo
cual, la ecuación fundamental de la
energía no es suficiente para resolver
todos los problemas que se presentan
y por lo tanto se necesita el auxilio del
principio de la cantidad de
movimiento.
Ecuación de momento para un
volumen de control:
Esta ecuación establece la suma de las
fuerzas (de superficie y másicas) que
actúan sobre un volumen de control
no acelerado, es igual a la relación de
cambio de momento dentro del
volumen de control, más la relación
neta de flujo de momento que sale a
través de la superficie de control.
APLICACIONES
Las turbinas son dispositivos que
producen energía a partir de un fluido
que pasa por ella, están constituidos
por un conjunto de álabes ajustados al
eje de la turbina recibiendo el nombre
de rodete o rotor.
El flujo a través de una turbo máquina
puede ser: axial, radial o mixto. La
máquina de flujo axial (turbina
Francis) maneja grandes gastos, con
alto rendimiento. Para una turbina de
impulso o de reacción (turbina Pelton)
no existe aceleración del fluido
respecto al álabe, es decir, trabaja a
velocidad constante.
En general, la energía del fluido que
se transmite a los álabes (o rotor) es
convertida en energía mecánica y ésta
a su vez puede ser transformada en
energía eléctrica, como sucede en las
plantas hidroeléctricas.

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Considere una placa simétrica
alrededor del eje y como muestra la
Un flujo de chorro a una rata de m
[kg/s] a lo largo del eje y con una
velocidad V1 [m/s] golpea la placa y
es desviado por esta un ángulo β, de
manera que el fluido deja la placa
con una velocidad V2 [m/s] a un
ángulo β respecto al eje y. Los
cambios en la elevación y en la
presión piezométrica del chorro
desde que golpea la placa hasta su
salida son despreciables para el
caso.
FUERZA PRODUCIDA POR UN
CHORRO DE AGUA
La velocidad v del fluido que sale de
la boquilla de sección A, se calcula
como: v = Qt A .
Se supone que la magnitud de la
velocidad no varía al pasar el flujo
por el deflector, cambiando sólo su
dirección. La segunda ley de Newton
aplicada al flujo una vez desviado,
proporciona:
Fy = Qmv (cos θ + 1),
Donde
• Fy es la fuerza ejercida por el
deflector sobre el fluido.
• Qm es el flujo másico. Qm = ρQt =
ρAv.
• Qt el el flujo volumétrico.
En una situación de equilibrio
estático, Fy queda compensada por la
carga aplicada W = mg, con lo
Que:
W = ρAv2 (cos θ + 1)
La pendiente s de un gráfico que
represente la fuerza W en función de v
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, es por tanto s = ρA (cos θ + 1)
Nótese que θ = 180◦ − α, dondeα es el
ángulo de deflexión.

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Procedimientos
I. Parte. EQUILIBRIO DEL SISTEMA (ángulo de 120) °:
 Retire la tapa situada encima del depósito transparente de agua y enrosque la
superficie de impacto curva (a=120°) en el eje vertical unido solidariamente
al soporte sobre el que se colocan las pesas.
 Cubra el tanque de nuevo con la tapa
 Ponga el dispositivo del banco hidráulico FME00, conectando su entrada de
agua a T1 con ayuda del conector rápido.
 Equilibre el equipo con ayuda del nivel de burbuja situado sobre la tapa del
cilindro. Para ello, regule la altura de los soportes ajustables hasta que la
burbuja se estabilice en el centro del indicador
 Ajuste el calibre hasta que se situé en el mismo nivel que la señal de la
plataforma auxiliar.
 Coloque en la plataforma un peso y anote su valor
 Cierre la VCC del FME00 o FME00B y a continuación encienda la bomba.
 Con la ayuda de la VCC regule el flujo que impacta contra la superficie para
conseguir que la señal de la plataforma este en la misma altura que la
indicación del calibre, es decir, que vuelva a la posición original.
 En esta situación de equilibrio, mida el flujo de salida a través de la boquilla.
 Para ello, cierre el desagüe del banco hidráulico y tome medidas del volumen
en un tiempo determinado, obteniendo así los litros por unidad de tiempo.
Repita los pasos anteriores aumentado las masas y flujos gradualmente.
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Cálculos y resultados
EQUILIBRIO DEL SISTEMA (ángulo de 120) °:
 Para el desarrollo de la determinación de equilibrio se llenara en este cuadro.
Datos
Masa(g) Volumen(ml) Tiempo (s) Q (caudal)(ml/s)
200 705 2.66 264.14
400 930 2.74 344.09
De la presente ecuación para la superficie a 120°
𝐹𝑦 =
2
3
𝜑𝑄𝑉 𝐹𝑚 = 𝑚𝑔 𝑉 = 𝑄
𝐴
Para masa de 200g tenemos:
𝐹𝑚 = 𝑚𝑔 =
200𝑔
1000𝑔
( 𝑘𝑔) (9.81
𝑚
𝑠2
) = 1.962 𝑁
𝑉 =
𝑄
𝐴
=
264.14
𝑚𝑙
𝑠
(
𝑚3
1000000ml
)
5.0265𝑥10−5 𝑚2
= 5.25
𝑚
𝑠
𝐹𝑦 =
3
2
𝜑𝑄𝑉 =
3
2
(998
𝑘𝑔
𝑚3
) (2.6𝑥10−4
𝑚3
𝑠
) (5.25
𝑚
𝑠
) = 2.04 𝑁
2

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Para masa de 400g tenemos.
𝐹𝑚 = 𝑚𝑔 =
400𝑔
1000𝑔
( 𝑘𝑔) (9.81
𝑚
𝑠2
) = 3.92 𝑁
𝑉 =
𝑄
𝐴
=
344.09
𝑚𝑙
𝑠
(
𝑚3
1000000ml
)
5.0265𝑥10−5 𝑚2
= 6.85
𝑚
𝑠
𝐹𝑦 =
3
2
𝜑𝑄𝑉 =
3
2
(998
𝑘𝑔
𝑚3
) (3.4𝑥10−4
𝑚3
𝑠
) (6.85
𝑚
𝑠
) = 3.49 𝑁
CUADROS Nº.1, 2, 3,4
CUADROS fuerzas por Angulo
La presentes tablas muestras resultados calculados a partir de ecuaciones para
diferente medida de ángulo, las medidas para 90° y 180° se calcularon con el
90° Masa(g) Fy (N) Fm=mg(N)
1 200 2.34 1.96
2 400 3.97 3.92
180° Masa(g) Fy (N) Fm=mg(N)
1 200 2.49 1.96
2 400 4.31 3.92
120° Masa (g) Fy (N) Fm=mg(N)
1 200 2.04 1.96
2 400 3.49 3.92
Grupo 1 laboratorio
Grupo 3 laboratorio
Grupo 2 laboratorio
Nuestro

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mismo procedimiento para el de 120°,difiriendo en su ecuación de Fy que es
distinta, los datos fueron suministrados por los grupos encargados.
Conclusiones
El impacto del chorro es útil para el aprovechamiento de la energía que trae el
agua.
En los cuadros realizados para este laboratorio se muestra como la fuerza va
aumentando a medida que pasa el tiempo con respecto a la velocidad y el flujo
másico. Dependiendo de la superficie se puede aprovechar más la energía del
fluido.
De modo que podemos conocer las fuerzas que se genera por el impacto del chorro
de agua al golpear la superficie. En los resultados podemos la similitud aproximada
entre Fm y Fy para el cálculo de 120º como resultado experimental denotamos
aproximación debido a porcentaje de error.
Recomendaciones
 Comprobar que el nivel del agua este sobre la línea para que esta
pueda ejercer la presión mínima de actuación de la bomba y así evitar
cavitación en esta.
 Cerrar totalmente las válvulas del sistema.
 Verificar el equipo a utilizar: pesas de que vamos a utilizar en este
laboratorio de 200 y 400 g. Se debe tomar la medición cuidadosamente
y al abrir la válvula debemos hacerlo de forma lentamente hasta que la
regla marque la posición medida inicialmente en el numeral.
 También es importante cerrar las válvulas pequeñas (para evitar
accidentes). Y rapidez a la hora de marcar el cronometro del tiempo
para evitar posibles errores en los cálculos.

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Anexos
Bibliografía