ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA EN CIENCIAS DE LA TIERRA

"VISUALIZACIÓN DE FLUJO"

INTEGRANTES

Campodónico Alfredo González Carol Pino Jhonny Yépez Jennyffer

PROFESOR

ING.MIJAIL ARIAS

GRUPO NUMERO 10

PARALELO 1

FECHA DE REALIZACIÓN 04/08/2014

FECHA DE ENTREGA 14/08/2014Contenido

1. Resumen.................................................................................................................... 3

2.Objetivo.......................................................................................................................4

3.Introducción................................................................................................................5

4.Fundamentos teóricos.................................................................................................6

5. Materialesyequiposutilizados.....................................................................................9

6. Procedimiento experimental.....................................................................................9

7. Análisis de resultados ............................................................................................. 10

8. Conclusiones y recomendaciones ...........................................................................14

9. Referencias y bibliografía ..................................................................................... …15

INTRODUCCIÓN

Visualización de flujo en la mecánica de fluidos se utiliza para hacer los patrones de flujo visible, con el fin de obtener una información cualitativa o cuantitativa sobre ellos.

Visualización de flujo es el arte de hacer los patrones de flujo visible. La mayoría de los líquidos son transparentes, por lo que los patrones de flujo son invisibles para nosotros sin algunos métodos especiales para hacerlos visibles, Históricamente, estos métodos incluyen métodos experimentales,

Métodos de visualización

En mecánica de fluidos experimentales, los flujos son visualizados por tres métodos:

Visualización del flujo superficial: Esta revela el flujo agiliza en el límite de medida que se aproxima una superficie sólida. Aceite de color aplicado a la superficie de un modelo de túnel de viento proporciona un ejemplo.

Métodos de rastreo de partículas: las partículas, como el humo, se pueden añadir a un flujo de rastrear el movimiento del fluido. Podemos iluminar las partículas con una lámina de luz láser con el fin de visualizar una rebanada de un patrón de flujo de fluido complicado. Suponiendo que las partículas siguen fielmente las líneas de corriente del flujo, no podemos sólo visualizar el flujo, sino también medir su velocidad mediante la imagen de velocimetría de partículas o partículas métodos de seguimiento de velocimetría.

Los métodos ópticos: Algunos flujos revelan sus patrones a través de los cambios en el índice de refracción óptica. Estos son visualizados por métodos ópticos conocidos como el grafo de sombras, fotografía Schlieren, y la interferometría. Más directamente, los colorantes se pueden añadir a los flujos para medir las concentraciones, por regla general el empleo de la atenuación de la luz o de las técnicas de fluorescencia inducida por láser.

En los flujos de visualización científica se visualizan con dos métodos principales:

Los métodos de análisis, que analizan un flujo determinado y muestran propiedades como Optimiza, streaklines y trayectorias. El flujo se puede administrar ya sea en una representación finita o como una función suave.

Métodos de advección textura texturas "curva" de acuerdo con el flujo. A medida que la imagen es siempre finita, estos métodos se visualizan aproximaciones de la corriente real.

RESUMEN

En Esta práctica no se tuvo que hacer ningún tipo de cálculo fue únicamente de observación y análisis. Se utilizó un generador de humo, con el cual era posible hacer circular Kérex condensado por un túnel y de esta forma era posible observar las líneas de corriente en flujo vertical. En la pared posterior de este túnel fue posible colocar objetos de diferentes modelos con el fin de ver como cambiaban las trayectorias de las líneas de corriente con cada una de ellas.

Cada vez que se modificó el modelo, se analizó el porqué del cambio de las líneas de flujo y con esto nos percatamos de que el flujo siempre se ajustaba al modelo en forma de curvas suavizadas, muy cerca pero sin tocar al cuerpo.

Y se visualizó que en superficies de 90 grados había un punto de estancamiento justo donde se forman los 90 grados y donde la curva no era suavizada.

Se presenta además el significado de las distribuciones de las líneas de corrientes; además de una imagen para los diferentes cuerpos sometidos a observación con su análisis respectivo.

OBJETIVOS:

La observación del fenómeno de separación La distribución de las líneas de corriente mediante la esfuerzo de corte por mínimo que

sea éste.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Los fluidos se definen como aquellas sustancias que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes. Cuando sometemos un cuerpo sólido a la acción de un sistema de esfuerzos cortantes, experimenta una deformación bien definida; por el contrario, los fluidos se deforman continuamente bajo la acción de los esfuerzos cortantes. De una forma muy general, podemos clasificar los fluidos de acuerdo con la relación existente entre el esfuerzo cortante aplicado y la velocidad de deformación que se produce en el fluido en: newtonianos y no newtonianos

FLUIDOS REALES

Los fluidos reales se distinguen de los ideales en que poseen una cierta viscosidad, es decir, un rozamiento interior que origina tensiones tangenciales entre los filetes fluidos.

Podemos considerar la viscosidad como una especie de rozamiento interno en los fluidos, en virtud del cual aparecen esfuerzos cortantes sobre la superficie de un elemento de fluido en movimiento relativo respecto al resto del fluido. Tanto los líquidos como los gases presentan viscosidad, aunque los primeros son mucho más viscosos que los segundos

FLUIDO NEWTONIANO

un fluido newtoniano es un fluido con viscosidad en que las tensiones tangenciales de rozamiento son directamente proporcionales al gradiente de velocidades.

VISCOSIDAD

La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra.

LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON

1. Movimientos laminares, o de Poiseuille, que son flujos regulares en los que la masa fluida esta formada por filetes yuxtapuestos, perfectamente individualizados, en los que las superficies libres son lisas y unidas; en realidad sólo se dan en algunos casos muy particulares o en fluidos muy viscosos; el númerode Reynolds en flujos por el interior de tubos es inferior a 2.000. Debido a esas fuerzas viscosas las velocidades del fluido en una sección perpendicular a la corriente no son iguales, pues existe un rozamiento interno.

2. Movimientos turbulentos, o hidráulicos, en los que los filetes líquidos se entrecruzan no conservan su individualidad; las superficies libres son turbulentas y estriadas, y son los movimientos que con más frecuencia se presentan en la práctica.

NÚMERO DE REYNOLDS

El número el número de Reynolds (Re)establece un criterio de semejanza dinámica entre dos corrientes fluidas, es una magnitud adimensional definida como:

Cuando Re <>2000, cualquier turbulencia que se produzca ya no decae.

Dos flujos a los que corresponda un mismo valor del número de Reynolds exhibirán un mismo aspecto, en términos de las variables adimensionales, en unas escalas de longitudes y tiempo apropiadas; decimos entonces, que sus movimientos son semejantes.

FUERZAS DE ARRASTRE

La fuerza de arrastre, la que produce un fluido a un objeto en su seno, es una combinación de la fuerza de inercia y de la de rozamiento. Para número de Reynolds bajos, domina la de rozamiento y para altos, la de inercia.

Para esclarecer la configuración cualitativa del perfil de velocidades, debemos recordar que la condición de no deslizamiento requiere que la velocidad en la pared sea cero haciendo que el flujo por encima de este se mueva más lentamente. De dicha región de flujo concluimos que se puede dividir en dos regiones generales.En la región inmediatamente adyacente a la frontera sólida, se presentan esfuerzos cortantes; denominados capa límite.El tamaño de la capa límite, para una velocidad dada de la corriente libre, depende de las propiedades del flujo en particular. Línea de corriente es aquella curva tangente al vector velocidad en todo punto del flujo y son paralelas entre sí, por lo cual, la masa que fluye entre dos de estas líneas que son contiguas deben ser constantes.

En un cilindro que se encuentra en un fluido cuya línea de corriente central se divide y fluye alrededor de dicho cilindro una vez que ha incidido en él. Este punto recibe el nombre de punto de estancamiento.

Ahora se considera un elemento de fluido dentro de la capa límite en la parte posterior del cilindro. Puesto que la presión crece en la dirección del flujo, dicho elemento del fluido experimenta una fuerza de presión neta opuesta a la dirección del movimiento.

En algún punto sobre el cilindro la cantidad de movimiento del fluido dentro de la capa límite resulta insuficiente para empujar al elemento más allá dentro de la región donde crece la presión.

La separación de la capa límite da como resultado la formación de una región de presión relativamente baja detrás del cuerpo; esta región resulta deficiente también en cantidad de movimiento y se la conoce como estela.

Se tiene que pues, para flujo separado alrededor de un cuerpo existe un desbalance neto de la fuerza de presión, en la dirección del flujo dando como resultado un arrastre debido a la presión sobre el cuerpo. Cuanto mayor sea el tamaño de la estela detrás del cuerpo tanto mayor resultara el arrastre debido a la presión.

El fuselado de un cuerpo reduce la magnitud del gradiente de presión adverso (incremento de presión en la dirección del flujo) al distribuirlo sobre una mayor distancia.

El fuselado en la forma del cuerpo efectivamente retrasa al punto de separación, si bien la superficie del cuerpo expuesta al punto y, por lo tanto la fuerza cortante total que actúa sobre el cuerpo se ven incrementada, el arrastre total se ve reducido de manera significativa.

El que un flujo sea laminar o turbulento depende de las propiedades del caso. Si bien para Re>2300 el flujo suele ser turbulento y para Re<2300 el flujo es laminar, no existe en realidad un único valor del número de Reynolds para el cual cambie de laminar a turbulento.

DESCRIPCIÓN DE MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

El túnel de humo ha sido creado con el propósito de que se pueda observar las líneas de flujo. Es un aparato de construcción simple y fácil de operar, además el humo producido por la combustión del kérex no es tóxico.

La capacidad del ventilador es 1/50 HP con unas 3000 RPM.

El equipo muestra las líneas de corriente en flujo vertical (este flujo es producido por un pequeño ventilador cuya velocidad puede ser regulada) que pasa alrededor de los modelos que están sujetos a la pared posterior del túnel. Las líneas de humo son introducidas en el flujo de aire desde el generador de humo.

Los equipos utilizados son los siguientes:

Generador de humo

Túnel de humo

kerex

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Llene la botella del generador de humo con Kérex hasta 2/3 de capacidad, ajuste el nivel de la superficie del líquido a la línea correspondiente.

Conecte el túnel y el generador de humo.

Después de tres minutos el humo es producido y controlado por una abrazadera colocada en la tubería flexible.

Limpiar el Kérex condensado desde la peinilla por la bomba manual.

Ajuste la velocidad del aire y el suministro de humo a fin de dar filamentos claros de humo alrededor del modelo.

Observe la distribución de las líneas de corriente del área de separación del flujo para los siguientes modelos:

1. Cilindro.

2. Esfera

3. Placa con orificio circula

4. Ala aerodinámica.

5. Disco

6. Codo recto

7. Codo recto con deflectores.

8. Codo suavizado.

9. Conjunto de Barras

GARFICOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

ANALISIS DE RESULTADOS

Esta práctica fue de observación y análisis, es por eso que los resultados se presentan con imágenes en la cuales se explica el comportamiento que tuvo el flujo a través del modelo colocado en el túnel de humo.

CILINDRO

Las líneas de flujo cierran en un punto luego de pasar a través del cuerpo. Si el flujo no tuviera viscosidad las líneas cerraron más cerca del cuerpo y nos podemos dar cuenta que justo antes de llegar al centro del cuerpo se forma un vacio(sin líneas de flujo)

ESFERA

En la parte superior del cuerpo se puede observar que las líneas al cerrarse dejan un espacio entre ellas, este espacio es una pérdida.

Además observó la incidencia del flujo de corriente sobre la esfera con esto deducimos que el patrón de las líneas era constante hasta que llegaba al punto de estancamiento donde se separaban y provocaba que se forme una estela en la parte superior del mismo, esta depende de la velocidad del flujo.

PLACA CON ORIFICIO CIRCULAR

Las líneas de flujo rodean el cuerpo y se hacen camino para lograr llegar a la parte superior. Al chocar con el modelo se genera una perdida (justo en la parte baja del cuerpo).Y siempre buscan una via de escape que se ve en los extremos del modelo.

ALA AERODINÁMICA

En este caso se puede observar el comportamiento de las alas de los aviones como el flujo pasa a través del cuerpo y se cierran. Y justo en la punta ahí perdidas.

CODO RECTO.

El flujo trata de tomar circular según la forma del cuerpo, pero al tener este un Angulo recto hace que se genere una pérdida tanto dentro como fuera de la figura.

CODO CON DEFLECTORES.

Las líneas de flujo siguen la forma del objeto y gracias a los deflectores se observan menores pérdidas.

CODO SUAVIZADO.

Las líneas de flujo siguen la forma del cuerpo. Se puede observar que existe una pérdida al momento que el flujo se mueve hacia la derecha dentro del cuerpo.

CONJUNTO DE BARRAS

Se observo que cuando el flujo incidía en la primera fila de las barras se dividían y cuando se encontraban con la siguiente fila al no tener el suficiente lapso de tiempo para redirigir su

forma comienza a crearse turbulencia, en el área de la transferencia de calor esto es algo muy provechoso porque permite un índice mayor de transferencia.

CONCLUSIONES

Se concluye que las líneas de corrientes de un flujo van a estar relacionadas de manera directa con la forma del cuerpo en la que inciden, esto implica que mientras la forma sea más ordenada y suave no se producirá turbulencia como si se tuviera cambios bruscos de la geometría del cuerpo y también que no se pierda la velocidad del flujo debido a estos cambios.

Todo fluido sufre una deformación al aplicársele un esfuerzo cortante por mínimo que este sea.

Las pérdidas se dan en lugares donde la trayectoria cambia drásticamente o si el cuerpo es demasiado rugoso

Las líneas de flujo de un fluido nunca se juntan. Cuando se presenta un obstáculo para las líneas de flujo, estas se separan y siguen caminos distintos, y finalmente se unen al pasar completamente el obstáculo. Este es el principio que usan los alerones de los aviones para impulsarse dado que un trayecto es mayor que el otro, esto ocasiona una diferencia de presiones que impulsa el avión hacia arriba

RECOMENDACIONES

Se recomienda realizar una observación a las conexiones del equipo ya que en medio de la práctica el humo ya se había consumido y se tuvo que suministrar más, esperando que se vuelva a generar.

Se recomienda usar todos los cuerpos para observar y comprender de una forma más didáctica la visualización del flujo, a través de éstos.

Se recomienda que cada vez que las líneas de corrientes no sean apreciables se purgue el flujo para que así de una mejor resolución de las líneas.

BIBLIOGRAFIA

http://centrodeartigos.com/articulos-para-saber-mas/article_51132.html

http://ingenieros2011unefa.blogspot.com/2008/02/fluidos-reales.html

Mecanica de Fluidos, octava edicion, Victor L. Streeter/E. Benjamin Wylie, McGRAW HILL/INTERAMERICANA DE MEXICO, S.A.

Phd. Ing. Mijail Arias Hidalgo. Guía de Mecánica de fluidos