Practica 4 de mecánica de fluidos, visualización de flujo

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Laboratorio de Mecánica de Fluidos I
[Visualización de flujo.]
[27/12/2018, 2S-2018]
[Domínguez Cedeño Salim Abdala]
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)
Escue1a Superior Po1itécnica de1 Litora1 (ESPOL)
Guayaquil – Ecuador
[sadoming@espol.edu.ec]
Resumen
Se logró cumplir con el objetivo de observar y analizar las líneas de flujo que se dan mediante el
fenómeno de separación y la distribución de corriente que hay alrededor de cuerpos achatados y por
determinar si son aerodinámicos. Por medio del túnel de humo con kerex como el flujo protagonista
se llegó a la conclusión que entre la esfera, el cilindro, el disco y la ala aerodinámica, éste último es
el más aerodinámico entre los modelos, seguido del cilindro por tener una eje extra donde fluyen las
líneas de flujo, el cilindro y el peor aerodinámico el disco. La placa con orificio nos mostró como
existen turbulencias en el momento de impacto donde no hay escapatoria para el flujo y como se
adapta al orificio donde se unen las líneas de flujo. Entre los modelos de codo, en el que mejor se
adaptan las líneas de flujo es en el codo con deflectores pero no es eficiente en la vida real. Finalmente
el conjunto de barras disipa las líneas de flujo por lo que puede actuar como un intercambiador de
calor.
Palabras claves: Líneas, flujo, aerodinámico, adaptar, modelos.
Abstract
It was possible to fulfill the objective of observing and analyzing the flow lines that occur through
the phenomenon of separation and the distribution of current around flat bodies and to determine if
they are aerodynamic. By means of the smoke tunnel with kerex as the protagonist flow it was
concluded that between the sphere, the cylinder, the disc and the aerodynamic wing, the latter is the
most aerodynamic between the models, followed by the cylinder by having an extra axis where the
flow lines flow, the cylinder and the worst aerodynamic disk. The orifice plate showed us how there
are turbulences at the moment of impact where there is no escape for the flow and how it adapts to
the hole where the flow lines meet. Among the elbow models, in which the flow lines are best adapted
is in the elbow with deflectors but it is not efficient in real life. Finally, the bar assembly dissipates
the flow lines so it can act as a heat exchanger.
Keywords: Lines, flow, aerodynamic, adapt, models.
Introducción
En los fluidos, las moléculas que lo componen
pueden tener diferentes velocidades y
aceleraciones. El movimiento lo define un
campo vectorial con velocidades que
corresponden a las partículas del fluido; por
otro lado el campo escalar con presiones en
función de la posición y el tiempo en
diferentes lugares.
Las líneas de flujo corresponden a una
trayectoria que sigue un elemento de un flujo
no fijo. Éste flujo es detenido cuando pasa por
la superficie. La velocidad del flujo en la capa
limite es dependiente de la distancia que hay a

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la superficie, como existe fricción, la
velocidad con la placa es cero.
Entiéndase por capa límite a la sección donde
el movimiento del fluido cuando entra en
contacto con una superficie de un sólido es
nulo.
Luego de la capa límite, las líneas de corriente
se separan y aumenta la presión, cuando la
curva de la superficie es muy grande se
produce un flujo inverso y a continuación el
desprendimiento de la capa limite, seguido se
generará estele en la parte de atrás del cuerpo.
Ilustración 1. Flujo y desprendimiento (Gherardelli,
2007, p. 118).
Equipos, Instrumentación y
procedimiento
Banco de pruebas:
EQUIPO: Túnel de humo
MARCA: PLINT
SERIE: TESO/4106
MODELO: TESO/4106
CODIGO ESPOL: 02699
Tabla 1. Túnel de humo.
- Generador de humo.
- Kerex.
Procedimiento.
Como inicio de la práctica debemos estar
seguro de que el túnel de humo esté apagado y
el elemento que está ya instalado esté bien
asegurado. En este caso estaba configurado la
esfera. A continuación se procede a encender
el túnel de humo, regulando la velocidad de
salida del humo y bombeando para sacar el
flujo que se queda condensando. Una vez
observado, analizado y descrito lo que se
observó, se procede a quitar el elemento del
túnel de humo destapando, valga la
redundancia la tapa transparente y
asegurándose de tener bien puesta la
mascarilla por el efecto del kerex. Se asegura
el siguiente elemento, se tapa nuevamente y se
repite el mismo proceso ya descrito con el
primer objeto.
Resultados
A continuación se muestra el comportamiento
de las líneas de flujo en cada uno de los
modelos a analizar.
Modelo# 1. Esfera.

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Modelo# 2. Cilindro.
Modelo# 3. Disco.
Modelo# 4. Ala aerodinámica.
Modelo# 5. Placa con orificio.

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Modelo# 6. Codo recto.
Modelo# 7. Codo suavizado.
Modelo# 8. Codo recto con deflectores.
Modelo# 9. Conjunto de barras.
Análisis de Resultados, Conclusiones y
Recomendaciones
Existieron limitaciones que afectaron en el
objetivo de la práctica con son la falta de kerex
y el ángulo en el que se encontraba
posicionado el banco de pruebas, el cual
afectaba con el reflejo del sol y se dificultaba
apreciar el flujo.
Como primer modelo a analizar tenemos la
esfera. Las líneas de flujo se adaptan bien al
cuerpo ya que la corriente no solo sigue la
dirección X y Y sino también el eje z, por lo
que se genera una diminuta estela y la fuerza
de arrastre es mínima. Se concluye que es
aerodinámico.
El segundo modelo es el cilindro. Se observa
que las líneas de flujo solo se adaptan hasta
aproximadamente la mitad del objeto ya que
en éste no hay corriente en el eje Y por su
forma, por lo que no se llega a unir al final. Se
produce una estela más grande y existe más
fuerza de arrastre. Concluimos que es menos
aerodinámico.
El tercer modelo, el disco. Las líneas de flujo
se acoplan a la forma por los lados. Las líneas
de flujo chocan y se genera una turbulencia en
la parte inferior del objeto, flujos erráticos. Se
genera la separación de la capa limite y zonas
de vacío, zonas de baja presión. La velocidad
se convierte en presión por debajo del
elemento, la fuerza de arrastre es muy
superior, lo que hace que por encima del

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modelo la presión sea cero y se forme mayor
estela. Por lo que concluimos que es el peor
caso de aerodinámico.
El cuarto caso es el del ala aerodinámica. Este
por el nombre y la forma del objeto, hace
referencia a una de las mejores construcciones
en la ingeniería y transporte, el avión, por lo
que es uno de los casos más aerodinámicos.
Las líneas de flujo se acoplan perfectamente,
por su forma alargada hace que no se separen
de la capa límite por lo que no se produce
estela y la fuerza de arrastre es inexistente.
El quinto modelo es la placa con orificio
circular. Por los lados externos e inferiores a la
placa se producen turbulencias por el impacto,
en cambio en el agujero las líneas de flujo
tienden a unirse por lo que fluye solo en medio
y por los lados existen zonas de baja presión.
El sexto caso es el codo recto. Por este lado el
flujo se adapta de la peor manera. En el
extremo izquierdo superior las líneas de flujo
chocan y tienden a regresar, existe
turbulencias. En la esquina inferior derecha las
líneas de flujo se separan de la capa límite y
por ese lado hay turbulencias.
El séptimo modelo es el codo suavizado. El
flujo se adapta mejor, ya no hay turbulencias
en la parte superior izquierda y en la parte
inferior derecha existe aún una pequeña
separación y por lo tanto pequeñas
turbulencias pero se concluye que es mejor
que en el caso del codo recto.
El octavo modelo es el codo recto con
deflectores. Las líneas de flujo se adaptan
mucho mejor, los deflectores ayudan a que el
flujo se alinee y no exista separación de la capa
limite y por lo tanto tampoco turbulencias.
El noveno modelo es el conjunto de barra,
banca de tubos en paralelo. En este caso en
particular las líneas de flujo no llegan a
visualizarse al pasar por el conjunto de barras
porque se deforman al separarse e interactuar
entre los fluidos, existe demasiada turbulencia
por lo que se concluye que funciona como
intercambiador de calor.
Finalmente como conclusión general, tenemos
que el ala aerodinámica es el mejor modelo a
ser aerodinámico y el dodo suavizado con el
codo recto con deflectores son los que mejores
se adaptan las líneas de flujo.
Como recomendación se debe configurar el
modelo de tal manera que la forma a analizar
sea perpendicular al flujo para que no haya
mayores turbulencias.
Referencias Bibliográficas/ Fuentes de
Información
Guia de laboratorio de mecánica de fluidos 1,
practica #4, “Visualización de flujo”, término
2018-2s.
Debler, W. (1970). Mecánica de fluidos.
Mexico D.F.: Mc GRAW-HILL.
Çengel, Y, & Cimbal, J. (2016). MECANICA
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HILL/INTERAMERICANA EDITORES,
S.A. DE C.V.
White, F. (2003). F1uid mechanics. New
York: McGraw-Hi11.
Adrian. (2008). Dinámica de fluidos: línea de
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continuidad, ecuación general del movimiento
de un fluido o de Euler, ecuación de Daniel
Bernoulli y aplicaciones: teorema de Torricelli
y tubo de Venturi.. 24/12/2018, de
estudiarfisica Sitio web:
https://estudiarfisica.com/2008/12/22/fisica-
general-12-dinamica-de-fluidos-linea-de-
flujo-lineas-y-tubo-de-corriente-ecuacion-de-
continuidad-ecuacion-general-del-
movimiento-de-un-fluido-o-de-euler-
ecuacion-de-daniel-bernoulli-y/