Informe de Mesa Analogica de Stokes

 

 

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

Práctica Nº2: MESA DE ANALOGIAS DE STOKES

1.  Introducción Es de especial interés para el ingeniero el estudio de flujo de fluidos alrededor alrededor de álabes de turbina, tuberías, automóviles, edificios, chimeneas, pilares de puentes, tuberías submarinas, los glóbulos rojos de la sangre, aviones, balas, etc. cuya interpretación puede hacerse desde la óptica de flujos externos.

Los flujos denominados Stokes o también como flujos progresivos son aquellos que ocurre par Re 5 y para su estudio puede dividirse en las siguientes tres categorías.

I. 

Flujo sumergido en líquidos, en cuyo ámbito están por ejemplo los álabes de las

turbinas y bombas, submarinos, aviones de baja

velocidad, automóviles, edificios, etc.

1

 

 

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II. 

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Flujo de líquidos con una superficie superficie libre como en los barcos, un pilar de puente.

III. 

Flujo de gases con cuerpos viajando a gran velocidad, es decir con velocidades mayores a 100 m/s, como son son los aviones, los proyectiles proyectiles,, cohetes, etc.

Los Flujos significativamente más importantes son los flujos viscosos en la que los efectos de la viscosidad viscosidad no se puede despreciar pero en base

a la

experiencia se ha encontrado que los flujos no viscosos que pueden modelarse son los de la clase de flujos externos, o en otras palabras los flujos alrededor de cuerpos sólidos como ocurre en los álabes de una turbina, un perfil de ala de avión. De existir efectos viscosos de este tipo de flujos, estos están  –

confinados en una pequeña capa delgada llamada capa limite que se encuentra unida a la frontera del sólido.

2.  Objetivos -

El objetivo fundamental de la experiencia es la visualización de los campos de las líneas de corriente que se forma cuando un fluido a baja velocidad pasa a través de cuerpos cuerpos

sólidos inmersos por ejemplo ejemplo perfiles perfiles

hidrodinámicos, círculos, rectángulos, ángulos, etc. Para esto es preciso colorear las líneas de corriente mediante gránulos de permanganato de

potasio que al disolverse lentamente proporcionan un medio sostenido de observación.

-

Otro objetivo también es la objetivación de los efectos dinámicos de los

fluidos en movimiento sobre los cuerpos salidos inmersos. Si son conocidos características del fluido, el modelo de perfil obstáculo, sus coeficientes de arrastre y de suspensión pueden determinarse las fuerzas de arrastre arrastre y de sustentación.

2

 

 

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3.  Fundamento teórico Un cuerpo sumergido en el campo de un fluido en movimiento experimenta una fuerza en la dirección del flujo denominado fuerza de arrastre y también a otra fuerza que actúa transversalmente y normal a la dirección del flujo llamado fuerza de sustentación, definido por las siguientes expresiones :

 = 

1⁄ 2  2  

 = 

1⁄ 2  2  

Donde: FA = Fuerza de arrastre (Kg) FS =Fuerza de sustentación (kg) Ca =Coeficiente adimensional de arrastre Cs = Coeficiente adimensional de sustentación  = Densidad del fluido en Kg s  /m   () 2

4

V= velocidad media del flujo (m/s) A=Area proyectada del perfil sobre un plano normal a la dirección del flujo (m 2)

4.  Materiales e instrumentos

MATERIALES

CARACTERISTICA /CANTIDAD

Permanganato de potasio

Púrpura / Variable

Perfiles

Circular, rectangular y aerodinámica

Agua potable

CARACTERISTICA / PRECISION

INSTRUMENTO 3

 

 

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0,01s

Cronómetro

0.1 cm Regla 60 cm Mesa analógica de Stokes

5.  Procedimiento experimental El procedimiento experimental a seguir es como se indica a continuación:

-

Hacer circular un caudal de agua por la mesa de modo que se tenga una profundidad menor de 3 mm y estabilizar e stabilizar este flujo.

-

Colocar algunos gránulos de permanganato de potasio con la paleta a los largo del borde de entrada.

-

Con la referencia de las líneas de corriente coloreadas, nivelar el equipo con ayuda de los cuatro tornillos existentes en la base hasta hacer paralelas las líneas de corriente.

-

Introducir luego los perfiles que se desea experimentar.

4

 

 

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Determinar la velocidad V del flujo por el método del flotador utilizando para los papeles diminutos, el cronometro y una cinta métrica.

6.  Análisis y cálculos Datos iníciales Coeficientes: Ca= 2 Datos experimentales

Perfil Capa límite

Circular

Rectangular 1

2 cm

1.8 cm

Calculo de la velocidad (método del flotador) 5

Cs= 0.5

Rectangular 2 1.9 cm

Hidrodinámico 1.5 cm

 

 

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Tiempo de

Distancia

Tramo

sustentación t (s)

D (cm)

1

10.04

60

2

10.50

60

3

10.72

60

4

11.00

60

5

10.97

60

Tapa de plástico

Velocidad V (m/s)

0.0597 0.0571 0.560 0.0545 0.0547

Trozos de papel

Tiempo de arrastre

Distancia

Velocidad

t (s)

D (cm)

V (m/s)

1

5.52

20

0.0362

2

9.04

20

0.0221

3

12.62

20

0.0158

Tramo

Cálculos:

6

 

 

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7.  Resultados Coeficiente

Densidad

Velocidad

Área proyectada

Fuerza de arrastre

de arrastre Ca

 (Kg s2 /m4 )

V(m/s)

del perfil

FA (Kg)

A(m2) 2 2 2 2

2

1000

0.0597

1000

0.0571

1000

0.0560

1000

0.0545

1000

0.0547

0.006

0.030

0.006

0.028

0.006

0.027

0.006

0.025

0.006

0.025

Fuerza de Coeficiente de

Densidad

sustentación

 

Velocidad

perfil

Cs

(Kg s2 /m4 )

V(m/s)

A(m2)

1000 

0.0362

1000 

0.0221

1000 

0.0158

0.5 0.5 0.5

Área proyectada del

8.  Cuestionario 7

0.002 0.002 0.002

sustentación FS (Kg)

1.85 x 10-3  6.91 x 10-3  3.53 x 10-3 

 

 

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Demostrar cuantitativamente la imperme impermeabilidad abilidad de las líneas de corriente. Se logra mostrar la devolución del

Permanganato de Potasio, Potasio,

ayudando un color lila que se puede analizar en el agua, las formas que adquieren las líneas del flujo al llegar a los perfiles.

-

Demostrar la continuidad del flujo en una canal de corriente. El fluido fluye con velocidades constantes, y la cantidad de fluido no aumenta ni disminuye, ni en la sección A y A. Entonces: A1 V1 = A2 V2; a1 = a2 a2

-

Cuantificar la fuerza de arrastre sobre en un perfil rectangular usando el coeficiente de arrastre Ca=1.2

Coeficiente

Densidad

Velocidad

Área proyectada

Fuerza de arrastre

de arrastre Ca

 (Kg s2 /m4 )

V(m/s)

del perfil

FA (Kg)

A(m2) 1.2 1.2

1.2 1.2

1.2

-

1000

0.0597

1000

0.0571

1000

0.0560

1000

0.0545

1000

0.0547

0.006

0.3924

0.006

0.3753

0.006

0.3680

0.006

0.3582

0.006

Calcular el Nº de Reynolds del flujo por la mesa. 8

0.3595

 

 

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V = 0,0564 m/s A = 0,24 m2 (área de la mesa) Q = V.A Q = (0,0564 * 0,24) Q = 0,013536

Para un disco colocado en el campo de flujo observar la variación de

-

las líneas de corriente y explicar porque aparece aguas arriba una zona incolora y hacia aguas abajo una zona intensamente coloreada. El fenómeno se da porque en la parte principal del disco donde se cortan las aguas y sus separados, se genera una agua incolora, esta ocurre además un todo el permito del disco siendo menor en la parte inicial de la capa limite muestras que agua abajo se genera turbulencia porque los arios se vuelven a encontrar o unir.

9.  Conclusiones   Se logró determinar la medida de las capas límites de cada uno de los



perfiles que se utilizaron en laboratorio, con ayuda del permanganato de potasio que facilitó la distinción de dichas capas.

  Se observó los efectos dinámicos del fluido en movimiento sobre los



perfiles; determinando los coeficientes de arrastre y suspensión, así como las fuerzas de arrastre y de sustentación de cada modelo de perfil.

10.  Recomendaciones Se recomienda tener la mayor precisión para determinar los datos que serán utilizados durante el desarrollo de la práctica de laboratorio.

11. Bibliografía -

https://es.scribd.com/document/159297012/Informe-de-Mecanicade-Fluidos

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”. Escuela

profesional de ingeniería civil. 2013  9