Diseño y construcción del banco de medición de impacto para el laboratorio de mecánica de fluidos

Abstract

El conocimiento de las fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento es de gran importancia en el análisis y diseño de dispositivos tales como bombas, turbinas, aviones cohetes, hélices, barcos, en general cuerpos que están en movimiento, edificios y una gran cantidad de dispositivos hidráulicos. Para resolver la mayoría de estos tipos de problemas, las ecuaciones fundamentales de la energía no son suficientes, por lo que es necesario, el empleo de otro principio de la mecánica, como lo es la cantidad de movimiento. La teoría de la capa límite, introducida por Pranadtl, proporciona una base para un análisis más minucioso. Esta teoría afirma que, para un fluido en movimiento, todas las pérdidas por fricción tienen lugar en una delgada capa adyacente al contorno del sólido (en nuestro caso el deflector), y que el flujo exterior a dicha capa puede considerarse como carente de viscosidad. La distribución de velocidades en la zona próxima al contorno es influenciada por la tensión cortante en el contorno. En general, la capa límite es muy delgada en la parte de aguas arriba del contorno, y va aumentando su espesor hacia aguas abajo por la acción continuada de las tensiones cortantes. De acuerdo con lo planteado hasta ahora, se hace necesario diseñar y construir un banco de pruebas que nos permita medir la fuerza que un chorro de agua ejerce sobre un deflector, y que el mismo nos permita estudiar las diferentes variables involucradas, con el fin de mejorarlas hasta conseguir resultados óptimos. Las variables involucradas a medir son la constante de un resorte, el caudal de la bomba, el rendimiento volumétrico de la misma, la fuerza ejercida por un chorro de agua sobre un deflector. Para la construcción del banco de pruebas, se requiere diseñar el sistema hidráulico, el cual debe contener: una bomba para agua, una válvula de control (tipo bola), sensor de flujo (tipo turbina), diseño de una tobera, un deflector, acople o tuerca, un sensor que funciona por comparación como lo es el LVDT el cual es un convertidor Fuerza -Corriente o Fuerza- Voltaje, una interfase (para convertir señales analógicas en digitales), un computador y dentro de él, el programa LABVIEW.