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Laboratorio de Mecnica de Fluidos I

Visualizacin de Flujo

13/06/2016, I Trmino 2016

Gmez De La Cruz Jimmy EdisonFacultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin (FIMCP)

Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)Guayaquil - Ecuador

jimegome@espol.edu.ec

Resumen

La visualizacin de flujo es una de las primeras herramientas pedaggicas para poder comprender de

mejor forma el comportamiento de un fluido en diversas geometras, como objetivo de sta prctica

se tiene la observacin de las lneas de flujo y como cambian alrededor de cada uno de los cuerpos,

en este caso se observ lneas de flujo por conveccin forzada, ya que es ms sencillo notar sus

variaciones que cuando ste se encuentra en conveccin natural, puesto que su movimiento es mscomplejo, todo esto se logra al vaporizar el queroseno en la parte baja del equipo, luego ste humo

pasa por veinte y tres arroyos formando as lneas visibles de humo y no disperso, con lo que se puede

apreciar de mejor forma su flujo, y tiene un ventilador en la parte superior del equipo que ocasiona

la conveccin forzada del humo, en cada uno de las geometras expuestas se observ un

comportamiento diferente, en cada caso se citaba las aplicaciones que tienen cada una de ellas, como

el ala de avin, que por diferencia de presiones se eleva. Todo lo observado es un punto de partida

para dar criterios de diseo de tuberas y as disminuir las prdidas energticas, dependiendo en cada

caso la aplicacin de la misma.

Palabras Clave: Conveccin forzada, humo, lneas de flujo y visualizacin de flujo.

Abstract

The visualization of the flux is one the first pedagogic tools to understand in a better way the behavior

of the flux in different geometries, the main objective of this experiment is the observation of the

streamlines and how it changes in the surround of each one of the bodies, in this case it is observed

the streamlines with forced convection, inasmuch as is straightforward notice the variations

comparing with this is in natural convection, since its movement is more complex, all of this is

achieved vaporizing the kerosene in the bottom of the equipment, afterwards this smoke pass through

twenty tree streams forming visible lines of smoke and not scattered, with it we can visualize in a

better way its flux and it has a fan in the upper of the equipment that trigger the forced convection of

the smoke, in each one of the exposed geometries it is observed a different behavior, in each case it

was recalled its enforcement, for example the wing of the airplane, that because of the differences of

pressures it rises up. All the observed is a started point to give designs principles of pipelines anddecreases the energy loses, depending in each case the enforcement of it.

Keywords: Forced convection, smoke, streamlines and visualization of the flux.

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Introduccin

El movimiento de los fluidos puede ser descritobajo diversos criterios y por medio de

ecuaciones con una muy buena aproximacin,

pero debido a su alta complejidad, en cuanto a

resolucin de ecuaciones, existe un mtodo

sencillo para su observacin, el cul es usadopara definir criterios de diseo aerodinmico de

diferentes partes de un vehculo, aviones, entre

otros. Dado un campo de velocidades;

(,,)= + +

Se puede obtener las lneas de flujo a partir de

la siguiente expresin matemtica;

=

=

En la mayora de los casos se dificulta la

obtencin de las lneas de flujo ya que el campo

de velocidades, las expresiones que lo modelan,

son muy complejas de obtener, y se realiza deforma experimental, en sta prctica slo nos

centraremos en la observacin de las lneas de

flujo, puesto que la obtencin de las ecuacionesque gobiernan este tipo de fenmenos est fuera

de nuestro alcance.

Para la observacin del flujo se usa el vapor dequeroseno, ya que ste tipo de fluido se nota con

facilidad su movimiento en medio del aire, el

equipo est compuesto de veinte y tres ductos,

los cuales hacen que el flujo sea ms ordenado

en cuanto a su visibilidad, el queroseno al

vaporizarse se torna de color plomo, se usan

diferentes geometras para observar elcomportamiento del fluido al cruzar entre stas

superficies, para poder observar las lneas de

flujo a travs del cuerpo se usa un ventiladorque est ubicado en la parte superior, dando

lugar a la conveccin forzada, y de sta forma

se mantienen las lneas de flujo hasta alcanzar

la superficie del cuerpo en cuestin, de otra

forma, slo dejando que sea conveccinnatural, ste no sera fcilmente visible, ya que

se observara la dispersin del humo en medio

del aire sin seguir el orden por el cual es forzado

al usar el ventilador.

Equipos, Instrumentacin

y Procedimiento

Ventilador LucesCmara de Humo

Geometrade prueba

Concentradores

de humo

Reservorio de

queroseno

Generador deHumo

Perilla decontrol del

ventilador

Figura 1

Figura 2

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Equipo: Tnel de vientoMarca: PLINTSerie: TE80/4106Modelo: TE80/4106Cdigo ESPOL: 02699

Ya que slo se realizaron observaciones nofue necesario el uso de algn instrumento demedicin.

Resultados

Se visualiz las lneas de flujo en diferentes

cuerpos geomtricos y en diferentes

composiciones, el primero observado fue elcilindro;

Se observa una gran masa de aire en la

parte trasera del cilindro, adems se puedeapreciar que las lneas de flujo se unen en

la seccin mayor del cilindro.

Para el caso de las aletas, se observa uncomportamiento muy similar al cilindro, ya

que son iguales en forma, presentando una

pequea acumulacin de masa en la partetrasera del cilindro, la disposicin vara un

poco para las aletas que se encuentran en la

segunda y tercera fila, ya que al pasar elfluido por la primera fila se tornaturbulento para la segunda, acumulando

una menor cantidad de masa detrs de

stos.

Para el caso de la esfera se observa un

comportamiento muy similar al delcilindro, pero comparando las dos

geometras se tiene que la cantidad de masa

en el cilindro ser mayor que la cantidad demasa en la esfera, ya que en la esfera las

lneas de flujo rodean la geometra,

mientras que en el cilindro slo cruzan por

los costados.

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

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Para el caso de la placa plana con unacircunferencia hueca en el centro se

observa acumulaciones de masa en las

secciones planas, en el centro no existedistorsin alguna ya que el flujo no es

interrumpido, pero las secciones planas

interrumpen el flujo dando lugar a que laslneas de flujo se junten ms en losextremos.

En el caso de los ductos curvos se tiene una

mayor turbulencia, lo que conlleva aprdidas energticas del flujo, por lo

general en la mayora de diseo de tuberas

se intenta evitar este tipo de

configuraciones, en la parte baja se observauna mayor separacin de las lneas de flujo,

en cambio en la parte superior se observa

lneas de flujo ms unidas.

Para el caso de las tuberas con disposicinde codo con noventa grados se tiene que se

forma un fluido en rotacin en la parte de

la salida formando una mayor turbulencia,esto se da ya que el cambio de direccin es

muy repentino, a diferencia de otros

diseos que permiten establecer un cambiode forma gradual.

En sta configuracin se puede observarque el flujo es ms ordenado, ya que est

compuesto por pequeas metales con

seccin curva que permiten ordenar elflujo, no se genera tanta turbulencia en

comparacin a las configuraciones

anteriores.

Figura 7

Figura 8

Figura 9

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Anlisis de Resultados, Conclusiones y

Recomendaciones

En la visualizacin de flujo se tuvo ciertasdificultades, puesto que no se logr

observar con mucha claridad, ya que eltubo que conectaba la cmara con elqueroseno se encontraba con fugas, y partedel humo no pasaba y como resultado no seobservaba con claridad.

Este tipo de pruebas se realiza con muchafrecuencia a la hora de disear cualquiertipo de elemento que ser sometido a flujos,ya que con anlisis dimensional se puedeobtener resultados a escala, es decir, que seusan un prototipo, y en base a esto serealizan los diseos reales considerandocriterios de diseo al observar cmo secomporta el fluido al pasar a travs de lassuperficies del elemento a analizar.

Se puede observar que las mejoresdisposiciones de tuberas son aquellas quegeneran menos turbulencia, ya que con ellotienen menos prdidas energticas y sefacilita su flujo a travs de la misma, por lotanto se usan codos con variaciones de

direccin bruscas nicamente cuando noexiste otra forma de disponer el ducto.

Referencias Bibliogrficas/

Fuentes de Informacin

-Munson, Bruce R., Young, Donald F.,

Okiishi, Theodore H., Huebsch, Wade W.,

Fundamentals of Fluid Mechanics, SixthEdition, (2009), Wiley, Iowa USA.

-Gua de Laboratorio de Mecnica de Fluidos

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