PRCTICA 8
INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA
E.S.I.M.E. UNIDAD TICOMN
DINMICA DE FLUIDOS
PRCTICA 1: MTODOS DE VISUALIZACIN DE FLUJO DE FLUIDOS
Profesor: Ing. Antonio Medrano
Integrantes del Equipo:Martnez Gonzlez Antonio AlexisHernndez
Illescas Marco AntonioHenquel Alonso Eder Noel Said Emmanuel
Villavicencio Nava
FECHE DE ENTREGA: 27 de abril de 2015
Objetivo:Conocer las caractersticas de un mtodo de visualizacin
de flujo de fluido.Equipo y material: Tnel de humo Modelos del tnel
de humo Parafina lquidaMarco TericoLos siguientes trminos se
emplearan durante en desarrollo de la prctica:Fluido: Sustancia que
se deforma continuamente bajo la aplicacin de esfuerzos cortantes
sin importar cun pequeo sea el esfuerzo.Viscosidad: Oposicin de un
flujo a las fuerzas tangenciales.Lnea de trayectoria: Es la
trayectoria o traza delineada por una partcula de fluido en
movimiento.Lnea de corriente: Trazas dibujadas en un campo de flujo
que son tangentes a la velocidad del fluido.Capa lmite: Zona en
donde el movimiento del fluido es perturbado por la presencia de un
slido con el que est en contacto. En sta zona, la velocidad del
fluido vara del slido al fluido sin perturbar.Estela: Rastro en el
aire o en el agua que deja tras de s un objeto en movimiento, se
producen cuando hay una presin muy baja a gran altitud.Flujo
laminar: Tipo de movimiento de un fluido cuando ste es permanente y
perfectamente ordenado, estratificado, suave de manera en que el
fluido se mueve en lminas paralelas sin entremezclarse. Flujo
turbulento: Es el movimiento de un fluido que se da en forma
catica, en el que las partculas se mueven desordenadamente.
Desarrollo de la prctica:Visualizacin de flujo de aire por medio
de inyeccin de humo.Utilizar el tnel de humo para visualizar el
flujo que tiene el humo alrededor de diferentes modelos.Partes del
tnel de humo:
Modelos del tnel de humo:
Camioneta y sedn--------------- Figura 1Para el modelo nmero uno
se compar el comportamiento de las lneas de flujo en los dos
objetos, se observ que en la camioneta se formaba una gran
turbulencia en la parte trasera, mientras que en el sedn fue menor
esa turbulencia, tambin se debe a la terminacin de los automviles,
ya que una terminacin recta como la de la camioneta producir un
mayor arrastre de aire.
Esfera ---------Figura 2Debido a la geometra de la esfera se
observa una gran estela debido a que el fluido no tena una gran
viscosidad, y esto conlleva que las lneas de corriente se
desprendieran del objeto (esfera).
Cilindro -----------Figura 3En este caso se aprecia algo similar
en el comportamiento de las lneas de flujo con respecto a la
esfera, pero se nota que el arrastre del aire es un poco menor y
produce una menor estela.
Perfil con =0 -----------Figura 4Debido a la forma del perfil en
estudio se aprecia que el arrastre es mnimo y no se aprecia una
estela dentro de la parte que contiene a la seccin de prueba.
Perfil con ngulo de ataque moderado--------------Figura 5En este
modelo se aprecia que las lneas de corriente en la parte del
extrads del perfil aumentan su recorrido, mientras que en el
intrads se van juntando las lneas de corriente, en la parte que
contiene la seccin de prueba no se aprecia estela alguna.
Perfil con gran ngulo de ataque ---------Figura 6Se aprecia que
las lneas de corriente casi chocan con el intrads mientras que las
lneas en el extrads tienen un mayor recorrido, en la seccin donde
se analiza este perfil no hay estela.
Placa rectangular convexa simulando un ala ---------Figura 7Se
aprecia en los extremos tanto derecho como izquierdo en la placa a
estudiar se produca un pequeo giro en las lneas de corriente,
posteriormente recuperaban su trayectoria original.
Ducto con esquinas rectas -------------------Figura 8Se aprecia
que no todas las lneas de corriente logran pasar de una manera
perfecta principalmente en las esquinas rectangulares, donde se
produce estela, aunque entraban de una manera perfecta no se
considera de la misma forma en la salida.
Ducto con esquinas redondeadas -----------Figura 9Las lneas de
corriente fluan mejor a travs del ducto, pero aun as algunas de
estas quedaban atrapadas en la esquina de este.
Ducto con esquinas redondeadas y alineadores de flujo
-----------Figura 10Las lneas de corriente siguen su curso de
manera casi normal, ya es muy mnima la estela, y esto se debe a los
alineadores de flujo y a la forma de las esquinas, es el mejor de
estos ltimos 3 modelos en cuestiones de disminuir flujos
turbulentos y estelas.
Cuestionario1. Explique el principio de funcionamiento del
visualizador Schlieren.
El fenmeno acstico-ptico permite la observacin de campos
acsticos utilizando luz. La propagacin de un campo acstico en un
medio, provoca cambios en el ndice de refraccin del mismo, que
pueden ser detectados mediante el uso de mtodos pticos. Se utiliza
el mtodo Schlieren de reconstruccin de la fase ptica para observar
campos acsticos, en situaciones que incluyen la propagacin de
pulsos de ultrasonido en diferentes medios, el estudio del campo de
presiones generado por un transductor cilndrico, y el scattering de
ondas planas por un obstculo cilndrico, entre otras.
2. Explique tres mtodos de visualizacin de flujo diferentes a
los utilizados en esta prctica.Visualizacin y comportamiento de las
lneas de corriente alrededor de perfiles o cuerpos impermeables.Se
logra mediante la disolucin de permanganato de potasio: este
colorante da una coloracin morada al fluido (en este caso agua),
permitindonos visualizar las formas que adquieren las lneas de
flujo al chocar con los cuerpos, dependiendo de la geometra del
perfil colocado.Visualizacin por partculas.El campo de velocidad es
medido en el entorno de la parte delantera de una corriente de agua
salada en un plano vertical ubicado longitudinalmente en el centro
del canal. Los fluidos son miscibles y el nmero de Reynolds indica
que el flujo es turbulento, de modo que se produce un intenso
mezclado convectivo. En estas condiciones, el campo de velocidad en
el marco de referencia que se mueve con la corriente puede
dividirse en una parte estacionaria y otra fluctuante.A ambos
fluidos le son adicionadas partculas con una densidad prxima a la
del agua, y fluorescena de sodio al agua salada para permitir la
visualizacin del flujo. Una lmpara algena de 1kW de uso fotogrfico
con filamento lineal y una lente esfrica generan una hoja vertical
de luz de aproximadamente 5 mm de espesor a lo largo de la parte
central del tanque. Una cmara CCD fija toma las imgenes laterales
de las corrientes.Con posterioridad a la filmacin, se digitaliza y
procesa una secuencia de imgenes identificando y siguiendo a la
mayora de las partculas. Las coordenadas son desplazadas en el
sistema de referencia que se mueve con la corriente, sustrayendo la
ubicacin instantnea del frente de las posiciones de las partculas
en cada paso temporal. Se obtienen as las trayectorias de las
partculas en la regin del flujo estudiada. Sistema de visualizacin
de Armfield.El Sistema de visualizacin de flujo mediante burbujas
de hidrgeno de Armfield es autnomo. Sus principales elementos son
una mesa de flujo, una consola de generacin de burbujas de hidrgeno
y un completo juego de guas y modelos de flujo en material acrlico.
Una bomba de agua sumergida, que incorpora una unidad exclusiva de
impulsin de fluido, circula el agua sin provocar turbulencias
importantes a la seccin de trabajo de la mesa de flujo. La
profundidad del agua en la mesa de flujo es controlada por un
conjunto de represas tipo atagua. Estructura tipo honeycomb (panal
de abejas) para lograr flujo uniforme. El caudal es variable y es
controlado por la velocidad de la bomba. Una gua de luz acrlica,
que funciona segn el principio de la reflexin interna, est montada
encima del canal de flujo. Produce un haz de luz debajo de la
superficie del agua, que puede ser ajustado en sentido horizontal,
vertical o angular para optimizar las condiciones de visualizacin
en cualquier punto del canal. La gua de luz tambin incorpora una
unidad de flash electrnico y un punto de montaje para una cmara3.
Defina lnea de corriente, senda y lnea de trazaLnea de corriente:
Trazas dibujadas en un campo de flujo que son tangentes a la
velocidad del fluido.Senda: Es la curva descrita por una partcula
en su movimiento.Lnea de traza: lugar geomtrico de las partculas de
fluidos que han pasado de manera secuencial por un punto
pre-escrito en el flujo
4. Explique por que no es posible que dos o ms lneas de
corriente se corten en un punto.Porque estas son tangentes al
vector velocidad, lo que impide que estas se corten en un punto.5.
Explique cul es el objetivo de realizar una visualizacin de flujo y
comente alguna aplicacin en particular.El objetivo es analizar el
comportamiento del fluido (en este caso el humo) y de sus lneas de
corriente cuando fluyen por un cuerpo, y una aplicacin es observar
que tan currentilneo es un avin cuando se hacen pruebas en el tnel
de viento.Conclusin General:Esta prctica me pareci muy interesante
principalmente por el comportamiento de las lneas de corriente de
un fluido (en este caso el humo), donde dependiendo de la geometra
del cuerpo puede modificar en una forma sencilla o drstica las
lneas de corriente.Una cosa interesante fue ver el perfil
aerodinmico, ya que permiten que el fluido tenga una mayor
velocidad y en la prctica no se apreci estela y flujo turbulento,
adems de que las lneas de corriente se mantienen muy apegadas al
perfil, esto se ve reflejado en la sustentacin de las
aeronaves.Bibliografawww.fisicanet.com.ar/fisica/estatica_fluidos/ap03_hidroestatica.phpMecnica
de Fluidos, Merle C Potter, Thomson