2 Lab de Fluidos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Dpto. de Hidráulica e Hidrología

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniería Civil

Departamento Académico de Hidráulica e Hidrología

2do LABORATORIOVISUALIZACION DE FLUJOS

Curso :Mecánica de Fluidos I

Profesor :Ing.

Alumnos :

MECÁNICA DE FLUIDOS 2DO INFORME DE LABORATORIO



UNI - 2023 -II

INTRODUCCIÓN

Muchos problemas de diseño en el área de flujo de fluidos requieren un conocimiento exacto de las distribuciones de velocidad y presión, por ejemplo, el flujo sobre superficies curvas a lo largo de las alas de un aeroplano, a través de los pasos en una bomba, en un compresor, o sobre la cresta de una compuerta. El conocimiento del flujo en dos o tres dimensiones de un fluido incompresible, no viscoso ofrece una visión más amplia de muchas situaciones reales del flujo.

En esta práctica se desarrollan los principios del flujo irrotacional de un fluido ideal y se aplican a situaciones elementales. Una vez establecidas las condiciones del flujo, se definen los conceptos de potencial de velocidad y función de corriente. Finalmente se estudian situaciones de flujo en dos dimensiones.




Laboratorio N°2

1. OBJETIVOS MESA LAMINAR:

Observar el flujo uniforme Observar la superposición del flujo uniforme con la interacción de

fuentes y sumideros para simular el comportamiento que tienen los flujos alrededor de los cuerpos sólidos sumergidos.

MESA DE ANALOGÍAS DE STOKES.

Visualizar mediante un colorante las líneas de corriente Visualizar el comportamiento de las líneas de corriente alrededor de

perfiles.

CUBA DE REYNOLDS:

Ver la diferencia física existente ente un flujo laminar y un flujo turbulento.

Determinar experimentalmente el Nº de Reynolds.




2. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1. DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS

En un flujo dado la determinación experimental o teórica de las propiedades del fluido como funciones de la posición y del tiempo se considera solución del problema.

En casi todos los casos el énfasis se hace sobre la distribución espacio-temporal de las propiedades fluidas.

Existen dos puntos de vista posibles para analizar los problemas en mecánica:

El Método descriptivo euleriano, apropiado para la Mecánica de los fluidos, en este método calculamos el campo de presiones p(x, y, z, t) del flujo, y no los cambios de presión p(t) que experimenta una partícula al moverse.

En este método se identifica un punto en el espacio y podemos observar la razón de cambio de la velocidad ∂V/∂x, ∂V/∂y, ∂V/∂z, a medida que las partículas pasan por el punto, y podemos determinar si la velocidad está cambiando con el tiempo en ese punto en particular, esto es ∂V/∂t, en esta condición de análisis, en que las propiedades del flujo así como la velocidad son funciones tanto del espacio como del tiempo, esta región considerada se llama campo de flujo.

El Método de descripción Lagrangiana, muy apropiado a la mecánica de sólidos, en este método nos concentramos en observar el movimiento de una partícula como una función del tiempo su posición s(t), velocidad V(t), y su aceleración a(t) nos permite calcular las cantidades de interés, esta tarea se vuelve abrumadora en el flujo de fluidos si el número de partículas se hace extremadamente grande.




Si las cantidades de interés no dependen del tiempo V(x, y, z) se dice que es un Flujo Estable o Estacionario. En este caso todas las cantidades de flujo en un punto dado son independientes del tiempo, es decir

Por mencionar unas cuantas

Líneas de trayectoria, Lugar geométrico recorrido por una partícula dada en un campo de flujo, es una historia de las posiciones de una partícula (una fotografía de una partícula en exposiciones a intervalos regulares

Línea de traza, línea instantánea cuyos puntos están ocupados por todas las partículas que se originan en algún punto especificado, las líneas de traza nos dice donde están en este momento las partículas.

Línea de corriente, es una línea de flujo que posee las siguientes propiedades

El vector velocidad de cada partícula que ocupa un punto en la línea de corriente es tangente a la línea de corriente.

V x dr = 0 usaremos esta expresión como expresión matemática de una línea de corriente

No podemos fotografiar una línea de corriente. En el caso de un flujo inestable general, las líneas de corriente pueden inferirse de fotografías de líneas de trayectorias cortas de un gran número de partículas.

Tubo de corriente, es un tubo cuyas paredes son líneas de corriente, en donde el fluido no puede atravesar las paredes de un tubo de corriente. Por ejemplo una tubería es un tubo de corriente dado que sus paredes son líneas de corriente

En un flujo estacionario, las líneas de trayectorias, las de traza y las de corriente coinciden. Todas las partículas que pasan por un punto siguen describiendo la misma trayectoria.




2.2. CLASIFICACION DE LOS FLUJOS

Flujos uni, bi y tridimensional

En la descripción euleriana del movimiento del vector velocidad en general depende de 3 variables espaciales y del tiempo es decir V = V(x, y, z, t), un flujo así es un flujo tridimensional.

El estudio de flujos planteados de esta manera es muy difícil y rebasan el alcance de un curso introductorio, aun considerando el flujo estable (no varia en el tiempo). Una aproximación es estudiar el flujo mediante un flujo bidimensional (flujo sobre una presa ancha en el intermedio se puede considerar bidimensional, por ejemplo el vector velocidad solo depende de dos variables espaciales).


Aproximación de un flujo unidimensional y unidireccional para un ducto divergente a) Flujo bidimensional y bidirecci. Real. b) Aprox. Unidireccional y unidimensional



Un flujo unidimensional, es un flujo en el que el vector velocidad solo depende de una variable espacial, tales flujos se presentan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas, ya que solo varia con una coordenada: u = u (y), incluso si el flujo es inestable de modo que u = u(y, t), como sería la situación durante el arranque, el flujo es unidimensional

Flujos Viscosos y no viscosos

Un flujo es viscoso o no viscoso según si los efectos de la viscosidad sean significativos y no puedan despreciarse o no afecten significativo el flujo y por lo tanto no se tomen en cuenta. Experimentalmente es más difícil reproducir un flujo no viscoso, porque todos los fluidos de interés (el agua y el aire) tienen viscosidad La experiencia ha permitido observar que la principal clase de flujo que se puede modelar como flujo no viscoso son los flujos externos, o sea esos flujos que existen afuera de un cuerpo. Los flujos internos generalmente en tuberías, es donde se observa mayor presencia de los efectos viscosos.

Las regiones de flujo con gradiente de velocidades pequeño y esfuerzo cortante despreciable, como la región central del canal, se denomina flujo irrotacional (para reflejar el giro despreciable de la partícula) o no viscoso.




Flujos Laminares y turbulentos

Estos dos tipos de flujo o una combinación en mayor o menor grado de uno de los dos, es muy importante por los efectos marcadamente distintos que tienen sobre una variedad de características del flujo, incluyendo perdidas de energía, perfiles de velocidad, y mezcla de materiales transportados. Osborne Reynolds demostró en 1883 que habia dos tipos claramente diferentes de flujo, el primero Laminar o viscoso, con el movimiento relativo de partículas ocurriendo a una escala molecular, la viscosidad juega un papel significativo

El segundo tipo de flujo denominado flujo turbulento en donde las partículas muestran un movimiento irregular, en un intervalo muy breve de tiempo y una trayectoria errática de la partícula durante un intervalo mas largo de tiempo. Una característica particular de la turbulencia es su irregularidad, como en la




acción de las olas, y no tiene una configuración observable como en los grandes torbellinos. (o flujos perturbados).

Flujos Incompresibles y compresibles

Los líquidos son relativamente incompresibles, por lo que se suele tratar como flujos totalmente incompresibles, sin embargo bajo condiciones particulares donde hay poca variación de la presión, el flujo de los gases se puede considerar también como incompresible. Aunque generalmente se debe tener en cuenta los efectos de compresibilidad del gas. El número de Mach es util para decidir si un flujo de gas en particular se puede estudiar como compresible o incompresible, se define como:

Si M < 0.3 incompresible Si M > 0.3 compresible

Flujos Permanentes e impermanentes

Denominados también, estacionario o no estacionario con respecto al tiempo, Los flujos estacionarios (o no estacionarios), y uniforme (o no uniforme), pueden existir independientemente uno de otro, de tal modo que cualquiera de las cuatro combinaciones es posible. El flujo de líquido a caudal constante a través de una tubería recta y larga de diámetro constante es un flujo uniforme estacionario; el flujo de líquido a caudal constante a través de una tubería cónica es un flujo no uniforme estacionario; mientras si hay un cambio de caudal, estos casos se convierten en flujo uniforme no estacionario y flujo no uniforme no estacionario respectivamente.




Flujo Ideal

Para que el fluido se considere ideal debe de cumplirse que éste sea:- Incompresible (ρ = constante).- No viscoso (μ = 0).- Irrotacional.

La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino.

2.3. TEORIA DEL FLUJO POTENCIAL

La teoría de flujo potencial pretende describir el comportamiento cinemático de los fluidos basándose en el concepto matemático de función potencial, asegurando que el campo de velocidades (que es un campo vectorial) del flujo de un fluido es igual al gradiente de una función potencial que determina el movimiento de dicho fluido:

Con:

El signo menos en la ecuación de arriba es sólo una convención de signos sobre la definición de φ. φ puede definirse sin el signo menos y la formulación que se obtendría sería la misma.

A un fluido que se comporta según esta teoría se le denomina fluido potencial y a un flujo flujo potencial.

Una de las primeras personas en aplicar esta formulación para el flujo de un fluido fue D'Alembert. Él estudió la fuerza de resistencia producida por




un flujo de fluido sobre un cuerpo que se oponía a éste en dos dimensiones cuando este problema era completamente obscuro y Newton, a pesar de haberlo estudiado, no había llegado a conclusiones satisfactorias.

D'Alembert definió la función de corriente, ψ, para describir la trayectoria que tuviera cada partícula de un fluido a través del tiempo. Esta función corriente está determinada, en el plano, por dos variables espaciales y para cada valor de ψ la igualdad ψ = ψ(x,y) determina un lugar geométrico llamado línea de corriente.

3. ENSAYOS:

3.1. MESA DE FLUJO LAMINAR

Este ensayo consiste en visualizar el flujo potencial haciendo uso de fuentes y sumideros en un campo de flujos paralelos (flujo uniforme)

3.1.1. DESCRIPCION DEL EQUIPO

El mueble, íntegramente de acero y la zona mojada de fibra de vidrio, conforman una construcción robusta que puede ser nivelada mediante 4 tornillos. Tiene una poza aspiradora a la entrada y a la salida del agua por un vertedero rectangular de arista viva que se usa para la cuantificación del caudal.

El flujo laminar está conformado entre dos laminas de vidrio paralelas siendo el inferior cuadriculado con fines de referencia, los flujos se hacen evidentes con la inyección de un colorante por intermedio de agujas hipodérmicas.




Los diferentes patrones de flujo se logran activando unos orificios ubicados en el vidrio inferior que pueden actuar ya sea como fuentes o sumideros según se utilicen las válvulas correspondientes que estén instalados conformando bancos de válvulas convenientemente identificados.

3.1.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se abren los vertederos. Se inyectó fluroceina (colorante) por intermedio de agujas hipodérmicas

para que el flujo sea evidente. Para la obtención del ovalo de Rankine, se abren las perillas 1 y 7, que

actúan como fuente y sumidero respectivamente.


MESA DE FLUJO LAMINAR



3.2. MESA DE ANALOGIAS DE STOKES

Este ensayo permite visualizar mediante un colorante las líneas de corriente, además nos permite visualizar el comportamiento de dichas líneas alrededor de perfiles.


Construido íntegramente en plexiglass, calidad cristal cero de 13 mm. de espesor unido con pegamento y tornillos que los hacen resistente a los impactos y con guarniciones de bronces cromados.

Tiene incorporado una cantidad aproximada de 900 bolitas de vidrio que actúan como disipadores, filtro y uniformizador de flujo.

Está equipado con una válvula esférica de 3/8” para el suministro de agua de la fuente externa y dos válvulas esféricas de 1/2” para el desagüe.

Está equipado con una cámara de salida para recoger el agua que sale de la mesa para su evacuación.




Dimensiones:

Altura 170 mm. Ancho 440 mm.Largo 1150 mm.Espesor de las planchas 13 mm.Peso neto 26.6 Kg.Peso bruto 37.0 Kg



MESA DE ANALOGIAS DE STOKES



El equipo está concebido para generar flujos planos bidimensionales en régimen laminar de apenas 3 mm. de espesor.

Posee una cámara de disipación de la energía de la fuente de suministro de agua mediante bolitas de vidrio, pasando luego a una cámara de reposo a través de una serie de orificios de donde sale finalmente por rebosamientos a la mesa de observación consistente en un vidrio plano de 8 mm. de espesor cuadriculado y pavonado.

Puede nivelarse mediante 4 tornillos instalados en la base y 2 niveles de burbuja instalados transversalmente.

La visualización de las líneas de corriente se logra mediante la disolución de gránulos de permanganato de potasio.

3.3. CUBA DE REYNOLDS

Este ensayo permite ver la diferencia física existente ente un flujo laminar y un flujo turbulento. También nos permite determinar experimentalmente el Nº de Reynolds.


El equipo está concebido, con fines de facilidad de transporte en dos piezas (La cuba de Reynolds y la mesa de soporte)

La cuba tiene las siguientes dimensiones:

Largo 1250 mm.Ancho 510 mm.Altura 580 mm.Peso neto 160 Kg.

La mesa de soporte fabricado con estructura tubular, remata en su parte superior en un marco de perfil angular de 2” x 2” x 1/4” y tiene las siguientes dimensiones:

Largo 1160 mm.Ancho 690 mm.




Altura 1040 mm.Peso neto 34.5 Kg.

Las válvulas de control y regulación son de bronce tipo compuerta distribuidos en:

2 de 3/4” para control de niveles1 de 1/2” para control de agua de ingreso1 de 3/6” para el control de la salida del agua de la cuba.


El tanque de observación posee un sistema disipador de energía del agua de suministro de modo que el nivel sube sin perturbaciones hasta encontrar el rebose que se encarga de mantener siempre constante la carga sobre la salida durante la experiencia.

El sistema de inyección del colorante para la visualización de la vena fluida, consiste en dos tanques pequeños conectados en serie: Uno superior de 1500 cc. es el tanque de almacenamiento del colorante, otra inferior de 150 cc. Está provista de 2 válvulas de agua de 1/4” que permiten la dosificación necesaria del colorante para cada experiencia y posee un agujero de ventilación para darle carga y una mayor fluidez a la inyección del colorante.

La inyección del colorante se efectúa mediante un inyector de 0.5 mm. de diámetro, directamente sobre el eje de un tubo de vidrio transparente de 11 mm. de diámetro inferior que es donde se visualiza regímenes del flujo resultante.


CUBA DE REYNOLDS



4. CUADRO DE MEDICIONES EFECTUADAS

Los ensayos realizados consistieron básicamente en visualizar, observar, sin embargo en el tercer ensayo se efectuó una serie de mediciones para comprobar que lo determinado en la clasificación de flujos (laminares y turbulentas) a través de lo visualizado coincida con lo determinado experimentalmente por el Nº de Reynolds.

MEDICION OBSERVACION VOLUMEN (ml) TIEMPO (s)1 Laminar 278 15.252 Transición 394 11.593 Turbulento 980 13.19

5. RESULTADOS

El número de Reynolds queda determinada por la siguiente expresión:

Donde L y V son una longitud y velocidad características, respectivamente, y es

la viscosidad cinemática. Para T=20ºc: = m2/s

diámetro (m) 0.011viscosidad

(m2/s)0.000001

MEDICION

VOLUMEN (ml) TIEMPO (s) Q (m3/s)

V=Q/A (m/s) Re

1 278 15,25 1,82295E-05 0,192 2.110,048252 394 11,59 3,39948E-05 0,358 3.934,868473 980 13,19 7,42987E-05 0,782 8.600,00520

Si e l < 2000, entonces el flujo es laminarSi el 2000< < 12000, entonces el flujo se llama transición (intermitente)Si el > 12000, entonces se trata de un flujo turbulento.Con los datos obtenidos experimentalmente en la medición realizada de 1, se llega a la conclusión de que el flujo es de Transición, de tal manera que no coincide con lo observado.De la misma manera, con la medicion 3 se llega a la conclusión de que el flujo tratado es de transición (flujo intermitente), nuevamente no coincide con lo observado en el ensayo.El caso de la medición 2 se llega a determinar que el flujo es de transición, y coincide con lo observado en




el ensayo. Sin embargo esto se da, ya que siempre existirá perturbaciones, y en tales condiciones será difícil observar un flujo como lo observado.CUESTIONARIO

5.1. MESA DE FLUJO LAMINAR

1. Defina los conceptos teóricos y el procedimiento a seguir para obtener los siguientes flujos, además de graficarlos.

a) Flujo uniformeEs aquel con profundidad y velocidad constantes. Es el equivalente de un flujo en un canal abierto en tuberías, totalmente desarrollado. El flujo uniforme sólo puede ocurrir en un canal prismático recto, con una pendiente constante en el fondo. Cuando el líquido entra al área del canal, existe una región de desarrollo de flujo gradualmente variado, llamada zona transitoria; la fuerza de gravedad excede la de la pared y el flujo se acelera. La mayor velocidad aumenta el esfuerzo cortante en la pared. Si el canal es lo suficientemente largo, al final se presenta una condición de equilibrio entre la fuerza de gravedad y la fuerza de la pared, y el flujo se vuelve uniforme.

Obtención:

En un flujo uniforme ( ), tiene derivadas nulas, por tanto, satisface la

condición de irrotacionalidad y la ecuación de continuidad. Supóngase primero que el flujo es unidireccional en la dirección del eje x; las funciones potencial (φ) y de corriente (ψ) resultantes son:

Integrando se obtiene:

Las constantes de integración C1 y C2 no afectan ni a las velocidades ni a las presiones, por tanto, se pueden ignorar.




Estas funciones se han representado en la figura siguiente

b) Flujo fuente

Una fuente o un sumidero de algún fluido tiene la particularidad de que el flujo sólo sale o entra, lo que implica que el vector velocidad para cada punto del flujo será colineal al origen para ambos casos. Es mucho más sencillo hallar esta función potencial usando coordenadas polares. Así:

vθ = 0

Donde Q es el caudal que sale si es positivo o entra si es negativo. Para hallar la función potencial integramos:


FIG. 1. ESQUEMA DE UN FLUJO POTENCIAL. CORRIENTE HORIZONTAL Y OBLICUO



Como la velocidad en θ es igual a cero sólo queda una constante de integración la cual podemos hacer cero; entonces

Para obtener la función corriente podemos realizar un procedimiento análogo considerando la forma del operador gradiente en coordenadas polares:

entonces:


http://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_polares

http://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_polares

http://es.wikipedia.org/wiki/Gradiente



c) Flujo sumidero

El sumidero bidimensional es análogo a la carga lineal negativa de electrostática. Del patrón de líneas de corriente y de la simetría de la función corriente inmediatamente se deduce que este fluido absorbe desde el origen, por consiguiente se llega a un flujo radialmente hacia adentro.

Obtención:

Supóngase ahora un tubo delgado situado en el eje z, que estuviese perforado y emitiese transversalmente un caudal uniforme a lo largo de su longitud. Mirando a lo largo del eje z, se vería un flujo radial como se muestra esquemáticamente en la figura. En flujo estacionario, la cantidad de fluido que atraviesa una superficie cilíndrica, de radio r cualquiera y longitud b, es constante:

Donde,

m es una constante y se le conoce como “intensidad” de la fuente o del sumidero. Si m es positivo se tiene una línea de fuente bidimensional, y si m es negativo un sumidero bidimensional. Obviamente las líneas de corriente (Ψ) de las fuentes apuntan hacia fuera como en la figura 2, con una velocidad tangencial (vθ) cero. En el caso de que la intensidad “m” fuera negativa, las líneas de corriente apuntarían hacia adentro




Por simplicidad, se obtener Ψ y Φ en coordenadas polares

Integrando, se obtienen las funciones de corriente y potencial para las fuentes (+m), o los sumideros (-m)

d) Ovalo Rankine

Ocurre cuando la línea de corriente es una curva cerrada y se puede reemplazar por una superficie sólida, y tiene la forma de una elipse pero algo más achatado. Es la suma o superposición de un flujo sumidero, un flujo fuente y un flujo rectilíneo.

Cuando una fuente y un sumidero se alinean en la dirección de una corriente uniforme, como en la figura 3a, se obtiene una forma elíptica denominada óvalo de Rankine, de longitud mayor a su anchura. La función de corriente del conjunto es:


FIG.2. Esquema de un flujo producido por una fuente.

a) líneas de corriente. B) líneas equipotenciales




Fig 3. Flujo de rankine. a) corriente uniforme y una fuente.

c) corriente uniforme y un sumidero



5.2. MESA DE ANALOGIAS DE STOKES

2. Con respecto a la Mesa de Analogías de Stokes, describa si es posible realizar los siguientes experimentos y detalle el proceso que se debería seguir para lograrlo

a) Visualización y cuantificación de Flujo Permanente.

b)

Sí es posible visualizar el flujo permanente, ya que tendríamos el caudal constante, y además el área es conocida (nos proporcionan las medidas de la mesa), la velocidad resulta ser constante obteniéndose así un flujo permanente.


Figura 5. Ovalo de Rankine. Resultado de sumar una fuente y un sumidero a una corriente libre.



c) Visualización y comportamiento de las líneas de corriente alrededor de perfiles o cuerpos impermeables.

Se logra mediante la disolución de permanganato de potasio: este colorante da una coloración morada al fluido (en este caso agua), permitiéndonos visualizar las formas que adquieren las líneas de flujo al chocar con los cuerpos, dependiendo de la geometría del perfil colocado.

d) Visualización y perturbación del paso de un flujo uniforme a través de una serie de tuberías de eje perpendicular al plano del flujo.

Sí, es posible visualizar esta perturbación, ya que cada vez que se cambia el perfil, se puede ver el comportamiento del flujo; todo depende de la geometría de los perfiles. Fuera de la superficie las líneas son paralelas, en la franja el fluido se comporta de forma ideal (capa límite).




e) Visualización de un doblete.

El doblete nace de la superposición de un flujo fuente y un sumidero, ambos con intensidad de corriente infinita. Se genera un flujo sobre un cilindro circular que se va desvaneciendo, haciendo que (intensidad de flujo) aumente sin límite conforme “a” (espaciamiento) disminuye a cero. En otras palabras, el producto permanece constante, generando un doblete.

f) Determinación del Número de Reynolds

Se podría determinar el número de Reynolds, usando un termómetro, verificando el caudal, teniendo el área y la longitud; sin embargo, es algo complicado, así que no fue calculado en la Mesa de Analogías de Stokes, siendo más fácil su cálculo en la Cuba de Reynolds.

3. Uno de los fenómenos que se produce en la Mesa de Analogías de Stokes era la separación de las líneas de corriente del flujo uniforme de las paredes del cuerpo, exponga su acuerdo o desacuerdo acerca de las siguientes afirmaciones, citando conceptos y bibliografía revisada.

a) Se debe a la influencia de las paredes del cuerpo.

En desacuerdo. Se debe a la geometría del perfil que se coloque sobre la mesa y la orientación en que se coloquen.

b) La zona descolorida toma el nombre de capa límite.

De acuerdo. La zona entre el objeto y la línea de corriente se llama capa límite. Las siguientes características de la capa límite son muy importantes:La capa límite es delgada ( es mucho menor que x).




El espesor de la capa límite aumenta en dirección corriente abajo, pero /x siempre es pequeño.El perfil de la velocidad en la capa límite satisface la condición de no deslizamiento en la pared y emerge suavemente hasta la velocidad de la corriente libre en el borde de la capa.Existe un esfuerzo cortante en la pared.Las líneas de corriente del flujo en la capa límite son aproximadamente paralelas a la superficie.

c) Dentro de la zona descolorida el flujo es nulo.

En desacuerdo. Se puede apreciar que ese flujo posee una velocidad, por lo tanto, no es un flujo estacionario.

d) Para realizar el análisis de flujo dentro de la zona descolorida se debe considerar la viscosidad.

En flujos con altos números de Reynolds, los efectos de la viscosidad del fluido y la rotación se confinan en una región delgada cerca de las superficies sólidas o de las líneas de discontinuidad, tales como las estelas.

5.3. MESA LAMINAR Y MESA DE ANALOGIA DE STOKES

Responda las siguientes preguntas en forma clara y precisa.

1. ¿Es posible apreciar el conocimiento de las líneas de un flujo uniforme alrededor de un cuerpo hidrodinámica por medio de la Mesa Laminar?Sí es posible apreciar las líneas del flujo uniforme, ya que con los objetos hidrodinámicos (regiones de estelas muy pequeñas) las características de arrastre se deben a las fuerzas tangenciales viscosas que se ejercen sobre la superficie.




2. ¿Es posible visualizar un flujo uniforme en la Mesa Laminar? ¿Porque? Si fuera posible describa el procedimiento a seguir.

Sí es posible y se hace de la siguiente manera: se nivela la mesa de modo que no haya ninguna burbuja, se llena la cámara de agua a una velocidad constante y se inyecta la tinta fuorescente mediante las agujas hipodérmicas.

3. Se puede ver el patrón de flujo alrededor de Cuerpos Cilíndricos en la Mesa de Stokes.

Sí, mediante el colorante que se agrega se hace más sencillo ver el flujo que generan los diferentes cuerpos.

4. Defina si las líneas de corriente son impermeables y como puede ser comprobada en cada una de las mesas en el laboratorio.

Sí, las líneas de corriente son impermeables ya que en ninguna de las pruebas realizadas en el laboratorio se cruzaban las líneas de corriente.

5. ¿Es posible observar los flujos básicos en laboratorio? Elabore un cuadro con los flujos básicos y diga cuales son capaces de realizarse en cada mesa




Mesa Laminar Flujo laminar

Mesa de Stokes Flujo laminar y Flujo turbulento

Cuba de ReynoldsFlujo laminar, Flujo turbulento y Flujo

Transicional

6. CONCLUSIONES

a) La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento.

b) Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en túneles de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos túneles diferentes.

c) Gradientes de presión adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrás el flujo y a medida que se desplazan hacia delante lo "arrancan".

d) Calentamiento de la superficie por el fluido, asociado y derivado del concepto de entropía, si la superficie de contacto está muy caliente, transmitirá esa energía al fluido y si esta transferencia es lo suficientemente grande se pasará a flujo turbulento.

e) Los resultados obtenidos coinciden a la perfección con las observaciones realizadas durante la práctica, donde una delgada línea de violeta de genciana en el tubo denotaba un flujo laminar, mientras que vórtices de violeta de genciana indicaban un régimen turbulento.




f) Como era de esperarse, al aumentar la velocidad de flujo se pasa de un régimen laminar a uno turbulento, y como consecuencia aumenta el número de Reynolds y se observa la formación de vórtices.

g) Los objetivos fueron satisfechos, pues no solo se obtuvieron resultados adecuados, sino que se comprendió adecuadamente la relación de la velocidad con el régimen de flujo y los efectos en el número de Reynolds.

h) BIBLIOGRAFIA

Merle C. Potter David C.C Wigger, mecánica de materiales, tercera edición

http://fic.uni.edu.pe/dahh/Experimenta.htm

http://www.cps.unizar.es/~jblasco/AFT-P4.pdf


http://www.cps.unizar.es/~jblasco/AFT-P4.pdf

http://fic.uni.edu.pe/dahh/Experimenta.htm

2 Lab de Fluidos

Documents

Transcript of 2 Lab de Fluidos