MESA DE ANALOGIAS DE STOKES INTRODUCCION
Es de interés para el ingeniero el estudio del flujo de fluidos alrededor de álabes de turbinas, automóviles, edificios, chimeneas, pilares de puentes, tuberías submarinas, los glóbulos rojos de la sangre, aviones, balas, etc. Cuya interpretación puede hacerse desde la óptica de flujos externos. os flujos denominados de !to"es o también como flujos progresivos son a#uellos #ue ocurren para $e % & y es muy poco com'n en la práctica industrial, sin embargo tiene excepciones importantes como la lubricación en espacios muy pe#ue(os, el flujo a través de medios porosos, el comportamiento de los glóbulos rojos en el torrente sanguíneo, el flujo alrededor de pe#ue(as gotitas, etc. os flujos mas frecuentes son a#uellos #ue tienen un $e % & y para su estudio pueden dividirse en las siguientes ) categorías* +. lujo sumer sumergido gido de de lí#uidos, lí#uidos, en en cuyo cuyo ámbito ámbito están están por ejemplo ejemplo-- los álabes álabes de las las turbinas y bombas, submarinos, aviones de baja velocidad, automóviles, edificios, etc. ++. lujo lujo de lí#uido lí#uidoss con una superf superfici iciee libre como como ocurre ocurre en los barcos, barcos, un pilar pilar de puente. +++. lujos lujos de gases gases con cuerpo cuerposs viajando viajando a gran gran velocidad, velocidad, es es decir con con velocidad velocidades es mayores a // m0seg., como son los aviones, los proyectiles, cohetes, etc.
os flujos significativamente mas importantes son los flujos viscosos en las #ue 111111111 de la viscosidad no se puedes despreciar pero las 11111111111, la experiencia se ha encontrado #ue los flujos no viscosos #ue pueden modelarse son los de la clase de flujo externo, o en otras palabras los flujos alrededor de cuerpos sólidos como ocurre en los álabes de una turbina, un perfil de ala de avión. 2e existir efectos viscosos en este tipo de flujos, estos están confinados en una pe#ue(a capa delgada llamada capa 3 límite lí mite #ue se encuentra unida a la frontera del sólido.
OBJETIVOS
El objetivo fundamental de esta experiencia es la visuali4ación de los campos de las líneas de corriente #ue se forman cuando un fluido a baja velocidad pasa a través de cuerpo cuerposs sólido sólidoss inmers inmersos, os, como como por ejemp ejemplo lo perfil perfiles es hidrod hidrodiná inámic micos, os, círcul círculos, os, rectángulos, etc. 5ara esto es preciso colorear las líneas de corriente mediante gránulos
de permanganato de potasio #ue al disolverse lentamente proporcionan un medio sostenido de observación. 6tro objetivo también es la objetivi4ación de los efectos dinámicos de los fluidos en movimiento sobre los cuerpos sólidos inmersos. !i son conocidas las características del fluido, el modelo de perfil obstáculo, sus coeficientes de arrastre y de sustentación pueden determinarse las fuer4as de arrastre y de sustentación.
MATERIALES A UTILIZAR
7n frasco con permanganato de potasio.
7na paleta de punta fina para el rociado de los granos de permanganato.
5erfiles diversos como* círculos, hidrodinámicos, ángulos, etc.
pie de $ey con medidor de profundidad.
7n cronómetro.
7na cinta métrica milimetrada.
FUNDAMENTO TEÓRICO
7n cuerpo sumergido en el campo de un fluido en movimiento experimenta una fuer4a en la dirección del flujo denominado fuerza de arrastre y también a otra fuer4a #ue act'a transversalmente y normal a la dirección del flujo llamado fuerza de sustentación definidos por las siguientes expresiones*
89 Ca.:;<=8y
!9 Cs:;<=8
8 9 uer4a de arrastre en >g. ! 9 uer4a de sustentación en >g. Ca 9 Coeficiente adimensional de arrastre. Cs 9 Coeficiente adimensional de sustentación. ? 9 2ensidad del fluido en >g.seg =0m@.
< 9
PROCEDIMIENTO
hacer circular un caudal de agua por la mesa de modo #ue se tenga una profundidad menor a ) mm. B estabili4ar este flujo.
Colocar un poco de granos permanganato de potasio con la paleta a lo largo del borde de entrada.
Con la referencia de las líneas de corriente coloreadas, nivelar el e#uipo con ayuda de los @ tornillos existentes en la base hasta hacer paralelas las líneas de corriente.
+ntroducir luego los perfiles #ue se desean experimentar.
2eterminar la velocidad < del flujo por el método del flotador utili4ando para esto el cronómetro y la cinta métrica.
TOMA DE DATOS
+ED56 =
)
@FF=/
GFF/H
IFFGH
ANALISIS Y CALCULOS
2+!8C+8! 2E C85+8$+282 2 Circulo 2 $ectángulo 2 Angulo = cm
= cm
cm
