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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería Laboratorio de Fluidos Practica 1; “Túnel de Humo” Practica 2; “Mesa de flujo laminar o Hele-Shaw” Practica 3; “Equipo de visualización con burbujas de hidrógeno” Practica 4; “Aparato de Reynolds” Alumno: Profesor: Fecha de Entrega: 23/09/2015 Semestre:

Practica 1, 2, 3, 4

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Practicas Fluidos II

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Page 1: Practica 1, 2, 3, 4

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Fluidos

Practica 1; “Túnel de Humo”

Practica 2; “Mesa de flujo laminar o Hele-Shaw”

Practica 3; “Equipo de visualización con burbujas de hidrógeno”

Practica 4; “Aparato de Reynolds”

Alumno:

Profesor:

Fecha de Entrega:23/09/2015

Semestre:2016-1

Practica 1;

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“Túnel de Humo”

Objetivos

Conocer las características de un método de visualización de flujo de un fluido

Introducción

Un flujo siempre es constante en su línea de trayectoria siempre y cuando no se tope con un objeto de una forma Xs, cuando sucede esto se debe de analizar la modificación de esa línea con respecto al objeto y sus características del objeto como lo son la viscosidad, su capa límite y otros factores que influyen en la trayectoria de la corriente. En ésta práctica se analizarán las modificaciones que sufren las líneas de trayectoria del humo con respecto a diversos objetos de estudio en un túnel de humo.

Instrumentación y equipos

Túnel de humo Modelos del túnel de humo Parafina liquida

Resultados

Camioneta y deportivoEl primer modelo utilizado en el túnel de humo, representa el comportamiento de una camioneta y un deportivo corriendo en una pista recta. En ellos se puede apreciar la masa de aire arrastrada por el automóvil. En el punto más alto de la parte trasera presenta una turbulencia al momento de que el aire se desprende, entre mayor sea la masa de aire arrastrada es mayor la fuerza aerodinámica, por lo tanto la camioneta presenta más aerodinámica que el deportivo.

Esfera

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Este fue el segundo modelo del túnel, en este se observó que siendo completamente redondo presenta una gran masa de aire detrás de la esfera, así como el comportamiento que tiene el fluido y como este se desprende al rodear la superficie de la esfera.

CilindroEste modelo presenta una reacción parecida a la de la esfera que vimos anteriormente.

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Perfil recto con forma de gotaEn este las líneas de aire dibujan la silueta del perfil y la turbulencia es mínima, aunque está presente. Esta figura se utiliza en la alas del avión y en los alerones de autos de fórmula, ya que al aumentar el grado de ataque al choque con el fluido se pueden producir dos fuerzas, una es la de sustentación que genera una fuerza normal al perfil y por diferencias de presiones, esta empieza a elevarse y otra es la fuerza descendente que crea una fuerza normal que baja el perfil, esta fuerza es la que se busca en la industria automotriz.

Perfil con ángulo 45°Conforme el ángulo de ataque aumenta, incrementa la masa de aire en turbulencia detrás del perfil lo que genera una fuerza sobre el perfil, que es la línea transversal más corta del perfil que une el borde de ataque con el de salida.

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Placa rectangular con orificio en forma de círculoEn este modelo, se observa como al pasar el fluido por la placa tarda en ajustarse nuevamente en su dirección original en las esquinas se genera unas espirales con el fluido.

Placa rectangular con orificio en forma de ovalo recortadoEste presenta mucha oposición al paso de las líneas de flujo y genera una oposición al movimiento, en teste modelo en especial, se aprecia como en las esquinas se genera unas espirales con el fluido.

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Ducto con esquinas rectasCuando las líneas de corriente llegan a la vuelta, en las esquinas se forma una turbulencia de tal forma que casi todas las líneas se quedan estancadas parte del ducto, solo pasando menos de la mitad de las líneas que corren por el ducto.

Ducto con esquinas redondeadasAl redondear las esquinas se reducen las turbulencias y permite que pasó mejor del fluido, esto es gracias a que ya al reducir el área en donde se pueda quedar estancado el fluido.

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Practica 2; “Mesa de flujo laminar o Hele-Shaw”

Objetivos

Conocer las características de un método de visualización de flujo de un fluido

Introducción

Flujo de Hele-Shaw se define como el flujo de Stokes entre dos placas planas paralelas separadas por un infinitesimalmente pequeño hueco. Varios problemas en la mecánica de fluidos se pueden aproximar a los flujos de Hele-Shaw y por lo tanto la investigación de estos flujos es de importancia. Aproximación al flujo de Hele-Shaw es especialmente importante para los micros corrientes. Esto es debido a las técnicas de fabricación, lo que crea configuraciones planas poco profundas, y los típicamente bajos números de Reynolds de micro-flujos.

La ecuación gobernante de Hele-Shaw fluye es idéntica a la de la no viscoso flujo potencial y para el flujo de fluido a través de un medio poroso (Ley de Darcy). Por lo tanto, permite la visualización de este tipo de flujo en dos dimensiones.

Instrumentación y equipos

Tinta Diferentes perfiles Mesa Hele-Shaw

Resultados

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Practica 3; “Equipo de visualización con burbujas de hidrógeno”

Objetivos

Conocer las características de un método de visualización de flujo de un fluido

Introducción

Bajo ciertas condiciones, el flujo de un fluido a través de un cilindro circular produce estelas de vórtices de Karman, las cuales no son otra cosa que remolinos que se desprenden de forma alternada a partir de zonas opuestas del cilindro y acarreadas corriente abajo con el fluido.

Instrumentación y equipos

Mesa de burbujas de hidrogeno Distintas figuras

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Resultados

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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.

Practica 4; “Aparato de Reynolds”

Objetivos

Observar y determinar mediante el aparato de Reynolds la diferencia entre flujo laminar, transición y turbulento.

Introducción

Para visualizar las características de los flujos laminar y turbulento, Reynolds empleó un colorante inyectado en una corriente de agua. Según muestra la instalación, del interior del tanque de Reynolds (que está elevado respecto al suelo), parte un conducto transparente horizontal que, ya fuera del tanque, va conectado a una tubería descendente de desagüe. Debido al desnivel entre la superficie libre del tanque y el desagüe, por esta conducción circula agua. Al final de la tubería hay una válvula de regulación para controlar el caudal de agua desalojado.El dispositivo experimental consta de dos depósitos de cristal, de los cuales el más pequeño está contenido en el mayor. El depósito grande contiene agua que inicialmente debe estar en reposo para evitar la introducción de turbulencia en el flujo. El depósito pequeño contiene un colorante fuerte (permanganato potásico en este caso) que se inyecta en el depósito lleno de agua mediante un tubo terminado en una boquilla. Un tubo vertical de vidrio permite la visualización del hilo de colorante.

Instrumentación y equipos

Aparato de Reynolds

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Resultados

Flujo Laminar

Flujo Transitorio

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Flujo Turbulento

Laminar170ml 00:20:34 seg155ml 00:17:88 seg120ml 00:13:19 seg

2o Laminar170ml 00:20:34 seg155ml 00:17:88 seg120ml 00:13:19 seg

Transición245ml 00:10:22 seg200ml 00:09:22 seg255ml 00:11:94 seg

2ª Transición470ml 00:09:03 seg400ml 00:07:81 seg425ml 00:08:40 seg

Turbulento560ml 00:05:54 seg500ml 00:04:75 seg610ml 00:06:16 seg

2º Turbulento440ml 00:04:22 seg450ml 00:04:47 seg

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530ml 00:05:19 seg

Conclusiones Generales

Por medio de la visualización se puede observar el efecto de los fluidos sobre distintos objetos, y de esta forma tratar de mejorar el diseño de estos para ajustarlos a nuestras necesidades.Al momento de terminar el ensamblado de una nueva línea o generación de automóviles, los meten al túnel de humo para estudiar el comportamiento del automóvil tanto en su oposición al movimiento como en los efectos de fuerzas de sustentación, descenso y todos los efectos aerodinámicos en estos.

Estas prácticas me parecieron muy interesantes principalmente por el comportamiento de las líneas de corriente de un fluido, donde dependiendo de la geometría del cuerpo puede modificar en una forma sencilla o drástica las líneas de corriente. Una cosa interesante fue ver el perfil aerodinámico, ya que permiten que el fluido tenga una mayor velocidad, además de que las líneas de corriente se mantienen muy apegadas al perfil, esto se ve reflejado en la sustentación de las aeronaves.