Trabajo Práctico Nº 1 Movimiento en un fluido viscoso.

Mecánica de Fluidos – 67.18
Trabajo Práctico Nº 1 Movimiento en un fluido viscoso.
Objetivo de la experiencia
-Observación del rol de las propiedades del fluido (tales como viscosidad y densidad) sobre
el movimiento de un objeto al interior del mismo.
Elementos a utilizar
-2 recipientes cilíndricos de gran altura conteniendo agua y una mezcla de agua y glicerina
respectivamente
-esferas de distinto tamaño y peso (cada grupo usara distintas esferas)
-cronómetros,
-perchas para retirar las esferas del fondo de los tubos.
Descripción de la experiencia
•
La experiencia permite analizar la influencia de las propiedades físicas del
fluido tales como la viscosidad y la densidad sobre la caída de diferentes esferas
al interior de tubos que contienen líquidos de viscosidades muy diferentes
(mezcla de glicerina con agua y agua).
• Observación 1 : Análisis de la viscosidad
Se deja caer una esfera (ver cual en la página siguiente) en el interior del recipiente
que contiene glicerina y con la ayuda del cronómetro se registra el intervalo de
tiempo que tarda en cubrir 10cm a diferentes niveles de altura, por ejemplo:
∆h
(cm)
70-80
80-90
∆t
(seg.)
9.66
11
Se repite el procedimiento para el recipiente que contiene agua.
Observar las características de la caída en ambos casos y del movimiento que
impone al fluido la esfera cuando cae.
Observación: Al retirar las esferas se deberá tener precaución de no intercambiar las
perchas.
• Observación 2: Análisis de la densidad
Se dejan caer 4 esferas (ver cual en la página siguiente) en el interior del recipiente
que contiene glicerina. Registra las diferencias que observe en el movimiento entre
las esferas.
Se repite el procedimiento en agua.
1
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Explotación de los resultados
1) Describir el tipo de movimiento de la bolita en agua y en glicerina respectivamente para
una misma esfera. ¿Por que le parece que son diferentes? Si se dejase una esfera quieta
y al fluido se le impusiese la velocidad de la caída de la esfera ¿ el movimiento del
fluido en las cercanías de la esfera le parece que sería el mismo que el que observó?.
2) Graficar la velocidad en función de la altura. Comparar los resultados con la velocidad
de la esfera en caída libre en el vacío. ¿Puede estimarse extrapolando un valor de
velocidad límite?
3) Como se puede determinar la densidad de la glicerina con las observaciones realizadas
en la segunda experiencia y los datos que se consignan aquí abajo. Cual esfera le parece
que le permite tener una estimación más adecuada. Cual de los dos fluidos tiene mayor
densidad.
Datos a utilizar
Número
de esfera
1
2
3
4
5
6
7
9
peso (grf)
Diámetro (mm)
28,2
24,8
29,6
16,6
5,4
5,6
4,8
5,4
33
33
33
29
20
20
20
20
Grupo 1
Análisis de la viscosidad
Análisis de la densidad
Esfera nº
1
4,5 ;7, 9
Grupo 2
Análisis de la viscosidad
Análisis de la densidad
2
4,5 ;7, 9
Grupo 3
Análisis de la viscosidad
Análisis de la densidad
6
4,5 ;7, 9
2
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Trabajo Práctico Nº 2 Trayectorias- Líneas de Corriente- Líneas de
Emisión.
Objetivo de la experiencia
-Familiarización con las técnicas de visualización de escurrimientos para el caso de flujos
de aire contorneando distintos cuerpos.
Dispositivos a utilizar
-1 Tú nel de viento de bajo nivel de turbulencia-Velocidad=0-15m/s-Sección de prueba
0.45x0.45m2.
-1 Generador de humo de kerosene
-Objetos considerados: Cilindro-Placa plana-Perfil alar
Descripción de la experiencia
•
•
•
La experiencia permite observar solo líneas de emisión. Su coincidencia con las
trayectorias de las partículas fluidas o con las líneas de corriente sólo es
aceptable en el caso estacionario.
Se podrá observar asimismo la influencia de la relación velocidad de airevelocidad del humo inyectado sobre la calidad de las técnicas de inyección de
humo.
Experiencia 1 : Análisis sobre un cilindro transversalmente dispuesto al flujo de
aire.
Se dispone un cilindro transversalmente al flujo de aire y se observan las líneas de
emisión producidas por 26 inyectores de
## de diámetro y espaciados
verticalmente 1cm.
Observar las líneas de emisión aguas arriba y aguas abajo del cilindro.
•
Experiencia 2: Análisis sobre una placa
Se dispone en el tú nel de viento una placa plana orientada inicialmente en forma
horizontal y se observan las líneas de emisión producidas por el dispositivo de inyección
descripto en la experiencia 1. Se cambia el ángulo de ataque de la placa y se repiten las
observaciones.
•
Experiencia 3: Análisis sobre un perfil alar.
Se dispone en el tú nel de viento un perfil alar orientada inicialmente en forma
horizontal y se observan las líneas de emisión producidas por el dispositivo de inyección
3
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descripto en la experiencia 1. Se cambia el ángulo de ataque de la placa y se repiten las
observaciones.
Experiencia 4: Análisis de las diferencias de velocidad entre humo inyectado y flujo
principal
Se retiran los cuerpos de la sección de prueba y se aumenta lentamente la velocidad
del ventilador del tú nel de viento para observar su efecto sobre las líneas de emisión. Las
velocidades del flujo son leídas a partir de la velocidad de giro de las aspas del ventilador.
Curva del tú nel de Viento
Velocidad del aire
7
Velocidad (m/seg)
6
5
4
3
2
1
0
0
50
100 150 200 250 300 350 400
Lectura Tester (mV)
4
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Explotación de los resultados
4) Para la experiencia 1: graficar en dos instantes sucesivos las líneas de emisión ¿en qué
zonas cree que coinciden las líneas de corriente-líneas de emisión y trayectorias?.
5) Comparar el movimiento aguas abajo del cilindro con el de la esfera del primer trabajo
práctico. ¿ Qué similitudes encuentra con el caso de la esfera cayendo en glicerina y
cayendo en agua?
6) En la experiencia de la placa y del perfil alar : Graficar las líneas de emisión para 3
ángulos de ataques diferentes.
7) ¿A partir de que ángulo las líneas de emisión pierden su carácter estacionario?.
Comparar ambos valores para la placa y el perfil.
8) ¿A qué le parece que se deben los cambios que aparecen en las características de los
filetes?
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Trabajo Práctico Nº 3: Sustentación en perfiles alares.
Objetivo de la experiencia
-Determinación del coeficiente de sustentación para distintos angulos de ataque para un
perfil alar.
Instalación
-1 Tú nel de viento de sección abierta-Velocidad=0-30m/s-Sección de prueba circular
R=0,60 mts.
Dispositivos a utilizar
-1 Perfil alar con dispositivo de resorte de torsión antagónico
-1 Tubo Pitot
-1 Manometro diferencial con salida de tensión
Descripción de la experiencia
•
Se dispone en el tú nel de viento el perfil alar orientado inicialmente de forma
tal que el ángulo de ataque sea – 10º.
El perfil estará montado sobre la base por medio de dos tornillos que lo fijan a la
misma. Se tomará una distancia de referencia por ejemplo del borde de la base
hasta el borde de ataque del perfil (L1).
Para este valor de L1 se irá variando la velocidad del flujo del aire a través del
diafragma del tunel de viento. La lectura del voltímetro será directamente
proporcional al cuadrado de la velocidad .
La escala de 1 a 5 volts corresponde a valores de presión dinámica
comprendidos entre 0 y 1 pulgada de agua (1’’ Wc = 249,089 Pa)
Se completará el siguiente cuadro
L1 =
U(Volts)
U0 (m/seg)
CUADRO l
θ(grados)
6
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•
Se repetirán las mediciones hechas anteriormente (para distintos valores de U0
se tomarán los correspondientes θ), pero variando la posición del perfil en la
base, es decir la distancia L1.
Se confeccionará el cuadro 2.
Con los valores de θ, tendremos el momento de restitución del resorte debido a la
fuerza de sustentación. Dicha fuerza se ubica sobre el centro de presión del perfil,
que es función de la configuración de presiones sobre el mismo. Con los datos de la
experiencia no es directa la obtención de la fuerza sino que debemos realizar unos
cálculos previos basados en el siguiente sistema de ecuaciones:
FL1⋅ d 1 = k⋅ θ
FL2⋅ d 2 = k⋅ θ
d 1 − d 2 = ∆L
FL2
FL1
2
=
U02
2
U01
Las primeras dos ecuaciones corresponden al planteo del equilibrio de momentos
del cuerpo con respecto al centro de giro (d1 es la distancia del centro de presión al
centro de giro)
La tercera es una expresión de la distancia entre dos centros de presión ,cada una de
ellas para un distinto L(una distancia de referencia por ejemplo del borde de la base
hasta el borde de ataque del perfil ). Cabe recordar que L se medía sobre la cuerda
del perfil y es por eso que su diferencia coincide.
La ú ltima ecuación proviene de considerar que el coeficiente de sustentación es
función principalmente del ángulo de ataque y tiene una dependecia muy leve con
el nú mero de Reynolds considerado
El valor del coeficiente de sustentación lo consideraremos solo función de θ , por lo
que una pareja de valores a distinta velocidad pero con el mismo ángulo tendran el
mismo coeficente de sustentación.
La expresión para el coeficiente de sustentación es : C L1 :=
1
Donde S es la superficie característica
S= largo de cuerda x envergadura del ala
F L1
2
⋅ρ ⋅U ⋅S
2 a 01
Entonces el camino de obtención de la fuerza y el coeficiente de sustentación en
función del ángulo θ es el siguiente:
- Se traza una curva de velocidad en función del ángulo de ataque para cada Li
- Se determinan, para un mismo θ, la velocidad y la distancia Li correspondientes.
- Se resuelve el sistema.
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