1 El movimiento de una semilla colocada en algún punto en un

MODELADO FÍSICO DE PROCESOS METALÚRGICOS Y DE M ATERIALES
SEMESTRE 2013-1
DR. BERNARDO HERNÁNDEZ MORALES
VELOCIDAD LINEAL EN LA SUPERFICIE DE UN BAÑO LÍQUIDO CONTENIDO
EN UN MODELO FÍSICO DE PEQUEÑA ESCALA
GUION DE TRABAJO EXPERIMENTAL
INFORMACIÓN
El movimiento de una semilla colocada en algún punto en un fluido, permite coadyuvar a visualizar el patrón de flujo del mismo, siempre y cuando la densidad de la semilla
sea similar a la del fluido. En el caso de líquidos opacos (como los metales y sus aleaciones, en estado líquido) no es posible observar el movimiento de estas semillas al interior
del fluido, por lo que esta técnica se utiliza para determinar velocidades superficiales1.
En este guion se trabajará con un modelo físico de pequeña escala, con el fin de
que el estudiante se familiarice con esta técnica de medición.
OBJETIVO
¿Cuál es el nivel de agitación requerido para que una semilla alcance una velocidad lineal de 2 cm/s en la superficie de un baño líquido contenido en un modelo físico de 22 cm (largo) x 14 cm (altura) x 11 cm (profundidad), cuando se utiliza un
baño de agua de 9 cm de profundidad?
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Ver, por ejemplo, E.D. Tarapore y J.W. Evans. “Fluid Velocities in Induction Melting Furnaces: Part I.
Theory and Laboratory Experiments”, Metall. Trans. B, vol. 7B, 1976, pp. 343-351.
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MATERIALES Y EQUIPO
 Modelo físico: contenedor de vidrio de 22 cm (largo) x 14 cm (alto) x 11 cm (profundidad)
 Semilla: lentejuela de aproximadamente 4 mm de diámetro
 3 L de agua
 Pinzas o cucharilla
 Regla metálica de 30 cm, con números fácilmente distinguibles
 Soporte universal
 Pinzas para soporte universal
 Plato agitador con barra magnética
 Cámara de video
 Tripié
 Software para transferencia de video2
 Software para visualización de video
 Computadora
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Sólo si no se dispone de una cámara digital.
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PARTE I
PROCEDIMIENTO
1. Coloca el modelo físico, centrado, sobre el plato agitador.
2. Coloca la regla cerca del modelo físico a lo largo de la cara ancha del mismo, sujetándola con el soporte universal y las pinzas.
3. Vacía agua en el recipiente hasta llegar a una altura de 9 cm.
4. Coloca la videocámara de tal forma que el eje del lente coincida con un vector normal
a la superficie libre del agua, localizado en el centro del modelo físico.
5. Selecciona el nivel de agitación mínimo en el control del plato agitador3.
6. Inicia la videograbación.
7. Coloca la semilla sobre la superficie del fluido en una posición cercana al centro de
una de las caras angostas del modelo físico (aproximadamente 1 cm en dirección perpendicular a la cara).
8. Detén la videograbación cuando lo consideres adecuado.
9. Obtén esta grabación por triplicado.
10. Repite el procedimiento anterior para el nivel de agitación máximo del plato agitador.
11. Transfiere los videos a una computadora para su posterior análisis.
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En caso de que sea un plato que permita también calentar, asegúrate que esta función esté apagada.
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CUESTIONARIO
1. Describe la respuesta del sistema, esto es, el patrón de movimiento de la semilla.
2. A partir de las mediciones: ¿cómo se puede estimar la magnitud de la velocidad lineal
en la superficie del baño?
3. Estima el valor promedio de la velocidad lineal en la superficie del baño para cada uno
de los experimentos, así como su desviación estándar.
4. ¿Qué relación existe entre la velocidad lineal en la superficie del baño y el nivel de
agitación?
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PARTE II
PROCEDIMIENTO
1. Coloca el modelo físico, centrado, sobre el plato agitador.
2. Coloca la regla cerca del modelo físico a lo largo de la cara ancha del mismo, sujetándola con el soporte universal y las pinzas.
3. Vacía agua en el recipiente hasta llegar a una altura de 9 cm.
4. Coloca la videocámara de tal forma que el eje del lente coincida con un vector normal
a la superficie libre del agua, localizado en el centro del modelo físico.
5. Selecciona un nivel de agitación de interés en el control del plato agitador4.
6. Inicia la videograbación.
7. Coloca la semilla sobre la superficie del fluido en la misma posición que en la Parte
I.
8. Detén la videograbación cuando lo consideres adecuado.
9. Obtén esta grabación por triplicado.
10. Repite el procedimiento anterior para diferentes niveles de agitación.
11. Transfiere los videos a una computadora para su posterior análisis.
CUESTIONARIO
1. Grafica el valor promedio de la velocidad lineal en la superficie del baño en función del
nivel de agitación, indicando la desviación estándar.
2. ¿Cuál es el nivel de agitación requerido para que una semilla alcance una velocidad
lineal de 2 cm/s en la superficie de un baño líquido contenido en un modelo físico de
22 cm (largo) x 14 cm (altura) x 11 cm (profundidad), cuando se utiliza un baño de
agua de 9 cm de profundidad?
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En caso de que sea un plato que permita también calentar, asegúrate que esta función esté apagada
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