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