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. 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