Ramírez Rojas Oscar Esteban
4AM1
Practica No.1 MÉTODO DE VISUALIZACIÓN DE FLUJO DE FLUIDOS
Equipo y material.
1. Túnel de humo.
2. Modelos del túnel de humo.
3. Parafina Líquida.
Primer Modelo: Camioneta y sedan.
El primer modelo a observar fue esta comparación de
dos vehículos, el sedan por el lado izquierdo y una
camioneta por el lado derecho.
Se observó que debido al perfil del automóvil, éste
generara menor o mayor fuerza arrastre, es decir, en el
caso del sedan el área base de la parte trasera es
menor al área base de la parte trasera de la camioneta
por lo que la camioneta tendrá una mayor fuerza de
arrastre que el sedan, siendo el sedan un vehículo más
eficiente por su perfil.
Segundo Modelo: Esfera.
El segundo modelo a observar fue una esfera y como
principal observación podemos decir que una esfera
experimenta una resistencia aerodinámica media.
Observamos que después de cierta distancia se hace una
estela donde se interceptan los fluidos, así como se
observó que las líneas de fluido se desprenden
aproximadamente en la mitad de la esfera, teniendo
menos área base y por consecuente menor fuerza de
arrastre.
Se hizo una comparación de esta esfera con una pelota
de golf, ya que la pelota de golf por su forma reducirá el área de
desprendimiento teniendo menor fuerza de arrastre que la esfera, por lo que al
ser lanzadas ambas al mismo tiempo, la pelota de golf llegará más lejos.
Tercer Modelo: Cilindro
Este modelo presenta un comportamiento similar al que se
observó en la esfera pero con la gran diferencia que por su
estructura y al presentar una altura, los fluidos se observan
en diferentes ciclos.
Cuarto Modelo: Perfil con a=0
El cuarto modelo a observar fue un perfil con un ángulo de
ataque igual a cero, debido a esta condición específica del
perfil se presentará una menor fuerza de arrastre.
Quinto Modelo: Perfil con ángulo de ataque moderado.
A diferencia del modelo anterior, este ya presenta un ángulo de
ataque moderado por lo que se provoca que la fuerza de
arrastre empiece a aumentar.
Al ser así, el extradós presenta disminución de presión y
aumento de velocidad mientras que en el intradós lo contrario.
Sexto Modelo: Perfil con gran ángulo de ataque.
En el perfil con gran ángulo de ataque ya podemos
observar que se tiene una gran resistencia al avance así
como el aumento de la fuerza de arrastre, la cual es
producida por el recorrido del flujo a través de la zona del
extradós.
La ventaja que se tiene con este perfil con gran ángulo de
ataque es una mayor fuerza de elevación.
Séptimo Modelo: Placa rectangular convexa simulando un ala
En este modelo podemos observar los vórtices de
punta de ala los cuales son debido a que los flujos
conectan generando una fuerza o vórtices de punto de
ala.
En este perfil tenemos una fuerza de arrastre debido a
la oposición al paso de las líneas de corriente.
Octavo Modelo: Ducto con esquinas rectas
El octavo a modelar fue un ducto con esquinas rectas
donde se observó que al tener dichas esquinas se tiene
un cambio de dirección muy drastico de los fluidos.
Podemos observarlo en las esquinas interiores donde se
presenta una turbulencia que no permite el paso eficaz
del flujo.
Noveno Modelo: Ducto con esquinas redondeadas
En este modelo ya se presenta una mejora en la
distribución del flujo aunque el problema presentado
con las esquinas rectas sigue presente, provocando
en el ducto las esquinas redondeadas una disminución
del problema pero no del todo.
Décimo modelo: Ducto esquinas redondeadas y alineadores de flujo
El modelo del ducto ya con esquinas redondeadas además de
tener alineadores de flujo, reduce de una manera más
apreciable el problema del estancamiento del fluido, sin
embargo, se pierde velocidad del fluido por lo que se tendría
que aumentar la velocidad.
Cuestionario.
1. Explique el principio de funcionamiento del visualizador Schlieren.
Se utiliza para visualizar flujos cuando las diferencias de densidad se modifican
natural o artificialmente. 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.
El visualizador Schlieren está basado en el principio de la deflexión de la luz,
por el gradiente del índice refractivo, este índice de gradiente está directamente
relacionado con el gradiente de densidad del fluido. La luz reflectada es
comparada con una que no es reflectada en una pantalla. Este patrón de
sombra es una representación de la intensidad de la luz de las expansiones
(regiones de baja densidad) y compresiones (regiones de alta densidad) que
caracterizan al fluido
2. Explique 3 métodos de visualización de flujo diferentes al utilizado en
esta práctica.
Partículas trazadoras con flotabilidad neutra: los trazadores son aditivos
agregados al fluido que permiten observar los patrones de flujo. Un trazador
efectivo no altera el patrón de flujo, sino que es transportado por el flujo y es
fácil de observar. Es importante que los trazadores no se vean afectados por
fuerzas gravitacionales o centrífugas que produzcan diferencias de densidad.
Además su tamaño deberá ser por lo menos de un orden de magnitud mas
pequeño que la escala de longitud del campo de flujo.
Visualizador de Flujo por Experimento de Reynolds: Consiste en variar el
caudal saliente del dispositivo y con ello variar el número 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.
Visualización de Flujo de Burbujas de Hidrógeno: Fue diseñado para
comprender las complejas modalidades de flujos asociadas con el agua que
pasa alrededor de cuerpos sólidos y sus vecindades por medio de la
visualización. La técnica de burbujas de hidrogeno se basa en la generación de
pequeñas burbujas de hidrogeno en un cátodo de alambre fino, situado en el
flujo de fluido y perpendicular al mismo. Estas burbujas son barridas del
alambre y debido a su pequeño tamaño, siguen con precisión el patrón de flujo.
Entre las diferentes técnicas de visualización de flujo, la técnica de
visualización de flujo por burbujas de hidrógeno permite estudiar la
visualización del flujo en dos dimensiones, lo cual resulta fundamental para
poder comprender los problemas de mecánica de fluidos. Pero su aplicación
más importante es que a partir de una técnica puramente visual se pueden
obtener datos cuantitativos del flujo, además de las ventajas que presenta
frente a otras técnicas.
3. Defina línea de corriente, senda y línea de traza.
Línea de corriente: Una línea de corriente es una línea continua trazada a
través de un fluido siguiendo la dirección del vector velocidad en cada punto.
Así, el vector velocidad es tangente a la línea de corriente en todos los puntos
del flujo
Senda: La senda de una partícula fluida es el lugar geométrico de los puntos
recorridos por la partícula.
Línea de traza: Línea instantánea cuyos puntos están ocupados por todas las
partículas que se originan un punto específico del campo de flujo.
4. Explique por qué no es posible que dos o más líneas de corriente se
corten en un punto.
Puesto a que las líneas de corriente son imaginarias que describen la dirección
y sentido del fluido, siendo el vector velocidad tangente a la línea de corriente
en todos los puntos del flujo, por lo que no existe alguna posibilidad de que
estas corten en algún punto.
5. Explique cuál es el objetivo de hacer una visualización de flujo y
comente alguna aplicación en particular.
El objetivo principal es observar y estudiar el comportamiento del fluido el cual
es muy importante dependiendo la situación que se quiera estudiar u objeto por
fabricar. Por ejemplo en los vehículos, se busca un perfil donde el fluido no
genere una fuerza de arrastre muy grande con tal de tener un vehículo muy
eficaz. Justo como lo que hacen en fórmula 1 donde hacen una visualización
de flujo en túneles de viento de ciertos automóviles para ver que tan eficaz
podría ser.
Bibliografía.
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https://www.diariomotor.com/tecmovia/2011/11/27/enemigos-de-laeficiencia-la-resistencia-aerodinamica/
https://alasdeplomo.com/aerodinamica
http://www.asifunciona.com/aviacion/af_avion/af_avion6.htm
http://discoverarmfield.com/es/products/view/f14/sistema-devisualizacion-de-flujo-de-burbujas-de-hidrogeno
http://fcm.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/FLUJOS.htm