PRÁCTICA 1 MÉTODOS DE VISUALIZACIÓN DE FLUJO DE FLUIDOS
ALVAREZ HERNANDEZ ALEJANDRO
BELTRAN PROVISOR ARTURO BUSTOS BUSTOS URIEL ALBERTO MONROY SALAZAR JESSICA GRUPO: 4AX1
Fecha de elaboración: 06/03/2012 Fecha de entrega: 13/03/2012
Objetivo: Visualizar las líneas de flujo. Equipo y material:
Túnel de humo. Modelos del túnel de humo. Parafina liquida.
Desarrollo: Visualización de flujo por medio de inyección de humo. 1. Camioneta y sedan
Observación: De acuerdo con lo observado en el túnel de humo, se concluye que un auto tipo sedan produce una menor cantidad de arrastre en comparación con una camioneta, por lo cual la camioneta genera una mayor resistencia al avance.
2. Esfera
Observación: Los cuerpos con una geometría esférica producen menor cantidad de arrastre. 3. Cilindro
Observación: Tiene un comportamiento similar al de una esfera, y se aprecia el comportamiento del flujo de una sección transversal de la esfera, con el fin de detallar la misma.
4. Perfil con α=0
Observación: Siempre se producirá arrastre cuando un objeto se desplacé en un fluido (aire), aun que con un perfil aerodinámico esto se puede minimizar. 5. Perfil con ángulo de ataque moderado.
Observación: Al aumentar el ángulo de ataque del perfil se produce mayor arrastre, pero a su vez más líneas de flujo golpean a intradós.
6. Perfil con gran ángulo de ataque.
Observación: Existe un mayor desprendimiento de las líneas de flujo que pasan sobre el extradós produciendo una gran cantidad de arrastre, aumentando la resistencia al avance. 7. Placa rectangular convexa simulando un ala.
Observación: Las líneas de flujo que pasan en los extremos del ala tiene un comportamiento peculiar o distinto al del resto del ala, estas líneas de flujo en los extremos producen un fenómeno llamado vórtices de ala, estas líneas forman una especie de espiral que en ocasiones se pueden observar en las estelas que dejan los aviones en condiciones especificas.
8. Ducto con esquinas rectas.
Observación: Al conducir un fluido (aire) por un ducto también se producirán desprendimiento de líneas ocasionado que en las esquinas el fluido se quede estancado y no estaría circulando dentro del sistema, lo que podría ocasionar daños a un sistema de ductos de ventilación por mencionar un ejemplo. 9. Ducto con esquinas redondeadas.
Observación: Al redondear las esquinas del ducto se minimiza el estancamiento de fluido pero no del todo.
10. Ducto con esquinas redondeadas y alineador de flujo.
Observación: Al colocar un alineador de flujo se evita que el fluido quede estancado, pero el efecto secundario de los alineadores es que reducirá la velocidad del fluido.
CUESTIONARIO 1.- Explique el principio de funcionamiento del visualizador Schlieren. Consiste en un sistema óptico en el cual el fenómeno se desarrolla sin la presencia directa del observador, este método registra las variaciones en el índice de refracción de fluido de cambios de densidad del medio en estudio, debido a la alta velocidad del fluido que es perturbado por el objeto a estudiar. 2.- explique tres métodos de visualización de flujo diferentes a los utilizados en esta práctica. HELE-SHAW Desarrollo una técnica mediante la cual un flujo viscoso y laminar, entre dos placas paralelas muy próximas, simulan el flujo potencial cuando se observa en dirección transversal a las placas. Cuando se colocan obstáculos entre ellas, las líneas de corriente, visualizadas médiate trazas de colorante, coinciden con las del flujo potencial alrededor de los mismos. El aparato de Hele-Shaw permite hacer representaciones excelentes de las formas de flujos potenciales. EXPERIENCIA REYNOLDS Consiste en variar el caudal saliente del dispositivo y con ello variar el numero de Reynolds para visualizar los diferentes regímenes de flujo que experimenta el agua que circula por el tubo de vidrio del dispositivo experimental. Se dispone de una válvula cuya mayor o menos apertura permite controlar el caudal circulante por la instalación. Es necesario establecer una velocidad de circulación de agua en el experimento, de manera suave y progresiva aumentando la apertura de la válvula, para luego empezar a inyectar el colorante y visualizar. BURBUJAS DE HIDROGENO El sistema de visualización de flujo mediante burbujas de hidrogeno fue diseñado para comprender las complejas modalidades de flujos asociados con el agua que pasa alrededor de cuerpos sólidos y sus vecindades por medio de la visualización. La técnica de la burbuja de hidrogeno es muy útil para laboratorios mostrando de forma directa el recorrido del agua en su camino. Pequeñas burbujas de hidrogeno se mezclan con el agua creando trazas que permiten detectar toso los cambios y perturbaciones que experimenta en su recorrido.
3.- Defina línea de corriente, senda y línea de traza. Línea de corriente: es una curva que conecta una serie de puntos en el espacio en un instante dado, de tal forma que todas las partículas que están sobre la curva en ese instante tienen velocidades cuyos vectores son tangentes a la misma. Senda: es el camino que recorre una partícula de fluido, a lo largo se su trayectoria. Línea de traza: es el lugar geométrico de las partículas del fluido que han pasado de manera secuencial por un punto prescrito en el flujo. 4.- Explique por qué no es posible que 2 o más líneas de corriente se corten en un punto. Debido a que todas las líneas de corriente sin tengenciales a la curva, por lo que no es posible que se corten en un punto. 5.- Explique cuál es el objetivo de realizar una visualización de flujo y comente alguna aplicación en particular. Es observar y comprender el comportamiento el fluido en distintas situaciones de reposo o perturbaciones debidas a cuerpos sólidos y así como alterar su comportamiento para mejorar el desempeño del fluido sin ocasionar mayor problema. Una aplicación es observar las líneas de corriente en un automóvil de formula y mejorar el diseño aerodinámico y modificando el diseño del automóvil. CONCLUCION: Todo cuerpo en movimiento al atravesar un fluido, que en el caso analizamos el aire, produce un cierto nivel de arrastre, dependiendo de la geometría de los cuerpos será la variación de resistencia al avance, por lo cual por medio de la experimentación se observo que los cuerpos con geometrías similares a las de un ovoide o semielipse producen menor arrastre, también depende del ángulo de ataque con el que el cuerpo reciba al fluido. El comportamiento de fluidos dentro de ductos también presentan desprendimientos de líneas de flujo ocasionado que no circulen adecuadamente por el sistema de ductos, para evitar este problema se puede colocar alineadores de flujo en la entra y esquina del ó los ductos, de esta forma logrando una distribución uniforme evitando los desprendimientos, pero como consecuencia de los alineadores, el flujo perderá velocidad debido al alineamiento forzado.