CURSO: MECNICA DE FLUIDOS DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ
ARANDA
Prctica N2: MESA DE ANALOGIAS DE STOKES
1. IntroduccinEs de especial inters para el ingeniero el estudio
de flujo de fluidos alrededor de labes de turbina, tuberas,
automviles, edificios, chimeneas, pilares de puentes, tuberas
submarinas, los glbulos rojos de la sangre, aviones, balas, etc.
cuya interpretacin puede hacerse desde la ptica de flujos
externos.
Los flujos denominados Stokes o tambin como flujos progresivos
son aquellos que ocurre par Re 5 y para su estudio puede dividirse
en las siguientes tres categoras.
I. Flujo sumergido en lquidos, en cuyo mbito estn por ejemplo
los labes de las turbinas y bombas, submarinos, aviones de baja
velocidad, automviles, edificios, etc.II. Flujo de lquidos con una
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 los aviones, los
proyectiles, cohetes, etc.
Los Flujos significativamente ms importantes son los flujos
viscosos en la que los efectos de la 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 slidos como ocurre en los labes de una turbina, un perfil
de ala de avin. De existir efectos viscosos de este tipo de flujos,
estos estn confinados en una pequea capa delgada llamada capalimite
que se encuentra unida a la frontera del slido.
2. Objetivos El objetivo fundamental de la experiencia es la
visualizacin de los campos de las lneas de corriente que se forma
cuando un fluido a baja velocidad pasa a travs de cuerpos slidos
inmersos por ejemplo perfiles hidrodinmicos, crculos, rectngulos,
ngulos, etc. Para esto es preciso colorear las lneas de corriente
mediante grnulos de permanganato de potasio que al disolverse
lentamente proporcionan un medio sostenido de observacin.
Otro objetivo tambin es la objetivizacin de los efectos dinmicos
de los fluidos en movimiento sobre los cuerpos salidos inmersos. Si
son conocidos caractersticas del fluido, el modelo de perfil
obstculo, sus coeficientes de arrastre y de suspensin pueden
determinarse las fuerzas de arrastre y de sustentacin.
3. Fundamento tericoUn cuerpo sumergido en el campo de un fluido
en movimiento experimenta una fuerza en la direccin del flujo
denominado fuerza de arrastre y tambin a otra fuerza que acta
transversalmente y normal a la direccin del flujo llamado fuerza de
sustentacin, definido por las siguientes expresiones: Donde:FA =
Fuerza de arrastre (Kg)FS =Fuerza de sustentacin (kg)Ca
=Coeficiente adimensional de arrastreCs = Coeficiente adimensional
de sustentacin= Densidad del fluido en Kg s2 /m4 ()V= velocidad
media del flujo (m/s)A=Area proyectada del perfil sobre un plano
normal a la direccin del flujo (m2)
4. Materiales e instrumentosMATERIALESCARACTERISTICA
/CANTIDAD
INSTRUMENTOCARACTERISTICA / PRECISION
5. Procedimiento experimentalEl procedimiento experimental a
seguir es como se indica a continuacin:
Hacer circular un caudal de agua por la mesa de modo que se
tenga una profundidad menor de 3 mm y estabilizar este flujo.
Colocar algunos grnulos de permanganato de potasio con la paleta a
los largo del borde de entrada. Con la referencia de las lneas de
corriente coloreadas, nivelar el equipo con ayuda de los cuatro
tornillos existentes en la base hasta hacer paralelas las lneas de
corriente. Introducir luego los perfiles que se desea experimentar.
Determinar la velocidad V del flujo por el mtodo del flotador
utilizando para los papeles diminutos, el cronometro y una cinta
mtrica.
6. Anlisis y clculosDatos inciales Coeficientes: Ca=Cs=Datos
experimentalesPerfil
Capa lmite
Calculo de la velocidad (mtodo del flotador)
TramoTiempo de sustentacin t (s)DistanciaD (cm)VelocidadV
(m/s)
TramoTiempo de arrastre t (s)DistanciaD (cm)VelocidadV (m/s)
Clculos:
7. Resultados
Coeficiente de arrastre CaDensidad (Kg s2 /m4
)VelocidadV(m/s)rea proyectada del perfilA(m2)Fuerza de arrastreFA
(Kg)
Coeficiente de sustentacinCsDensidad (Kg s2 /m4
)VelocidadV(m/s)rea proyectada del perfilA(m2)Fuerza de
sustentacinFS (Kg)
8. Cuestionario Demostrar cuantitativamente la impermeabilidad
de las lneas de corriente.
Demostrar la continuidad del flujo en una canal de
corriente.
Cuantificar la fuerza de arrastre sobre en un perfil rectangular
usando el coeficiente de arrastre Ca=1.2.. Calcular el N de
Reynolds del flujo por la mesa...
Para un disco colocado en el campo de flujo observar la variacin
de las lneas de corriente y explicar porque aparece aguas arriba
una zona incolora y hacia aguas abajo una zona intensamente
coloreada.
9. Conclusiones
10. Recomendaciones..
11. Bibliografa
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