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PATRONES DE FLUJO: CUBA DE STOKES

I. INTRODUCCION

Durante el experimento de la cuba de Renold! ob!er"amo! como !on lo!

di#erente! tipo! de #lu$o% e!ta "e& ob!er"aremo! 'ue e! lo 'ue ocurre cuando un

#luido% #lue alrededor de un cuerpo% cu(le! !on la! #uer&a! 'ue !e ori)inan% lo!

cambio! de pre!i*n lo! #en*meno! 'ue ocurren durante e!te proce!o+

II. OBJETIVOS

Reconocer la! l,nea! de corriente de #lu$o% al ob!er"arla! en la cuba de -to.e!+

Comprender el #undamento de la cuba de -to.e!+

Reconocer lo! tipo! de #uer&a! 'ue !e ori)inan durante el #lu$o de #luidoalrededor de cuerpo! de di#erente )eometr,a+

Determinar lo! par(metro! corre!pondiente! para calcular dic/a! #uer&a!+

III. FUNDAMENTO TEORICO:

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO:

Cuando anali&amo! un #luido en

una corriente de #lu$o% e!

importante !er capace! de

determinar el car(cter del #lu$o+ Enal)una! condicione!% el #luido

parecer( 'ue #lue en capa!% de

una manera uni#orme re)ular+ -e

puede ob!er"ar e!te #en*meno cuando !e abre un )ri#o de a)ua lentamente% /a!ta

'ue el c/orro e! uni#orme e!table+ A e!te tipo de #luido !e le conoce como flujo

laminar+ -i !e abre ma! el )ri#o% permitiendo 'ue aumente la "elocidad del #lu$o% !e

alcan&ar,a un punto en el 'ue el #luido a no e! uni#orme ni re)ular+ El a)ua del

c/orro parecer( 'ue !e mue"e de una manera ba!tante ca*tica+ Al #lu$o% entonce!%

!e le conoce como flujo turbulento

-e llama #lu$o laminar o corriente laminar% al tipo de mo"imiento de un #luido

cuando 0!te e! per#ectamente ordenado% e!trati#icado% !ua"e% de manera 'ue el

#luido !e mue"e en l(mina! paralela! !in entreme&clar!e !i la corriente tiene lu)ar

entre do! plano! paralelo!% o en capa! cil,ndrica! coaxiale! como% por e$emplo la

)licerina en un tubo de !ecci*n circular+ La! capa! no !e me&clan entre !,+ El

mecani!mo de tran!porte e! exclu!i"amente molecular+ -e dice 'ue e!te #lu$o e!

INFORME N2

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!i e! el cuerpo el 'ue !e mue"e en el #luido o !i e! el #luido el 'ue !e mue"e

alrededor de un cuerpo+

ARRASTRE+ E! la #uer&a 'ue act6a !obre un cuerpo oca!ionada por el #luido 'ueopone re!i!tencia en direcci*n del mo"imiento del cuerpo+ La! aplicacione! m(!

#amiliare! 'ue re'uieren el e!tudio del arra!tre !e dan en el campo del tran!porte+

La re!i!tencia al "iento e! el t0rmino 'ue !e emplea con #recuencia para de!cribir

lo! e#ecto! del arra!tre !obre la! aerona"e!% autom*"ile!% camione! trene!+ La

#uer&a de arra!tre debe contrarre!tar!e con una #uer&a de propul!i*n en la

direcci*n opue!ta% con el #in de mantener o incrementar la "elocidad del "e/,culo+

Como la )eneraci*n de una #uer&a de propul!i*n% re'uiere 'ue !e a)re)ue

ener),a% e! de!eable minimi&ar el arra!tre+

SUSTENTACION. E! una #uer&a oca!ionada por el #luido en direcci*nperpendicular a la direcci*n del mo"imiento del cuerpo+ -u aplicaci*n e!ta en el

di!e5o an(li!i! de la! ala! de aerona"e! llamada! aeroplano!+ La )eometr,a del

aeroplano e! tal 'ue !e produce una #uer&a de !u!tentaci*n cuando el aire pa!a

!obre ba$o de 0l+ 2or !upue!to la ma)nitud de la #uer&a de !u!tentaci*n debe !er

al meno! i)ual al pe!o de la aerona"e% para 'ue e!ta !e ele"e "uele+

E! !abido 'ue !e puede cuanti#icar la ma)nitud de e!ta! #uer&a! 'ue

aparecen durante el #lu$o de #luido alrededor de un cuerpo+ -e)uidamente "emo!

la expre!i*n utili&ada para calcular la! #uer&a! de arra!tre ori)inada! en el proce!o

de!crito anteriormente:

FD=1

2 C

D

v2

A

Donde:

FD : fuerza de arrastre

CD :coeficiente de arrastre

:densidad del fluido

v :velocidad del flujo

A:area proyectadaen una superficie normala la direcciondel flujo

2ara calcular el "alor deCD % coe#iciente de arra!tre% !e utili&a la !i)uiente

relaci*n:

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CD=24

+ 6

1+

+0.4

Donde:

:numero de Reynolds

=4 Q

D, =

vD

Con e!ta! relacione! dada! e! po!ible determinar la ma)nitud de la!

#uer&a! de arra!tre% tambi0n el "alor del coe#iciente de arra!tre CD 'ue

tienen una importancia !i)ni#icati"a pue! depender( de e!te par(metro% el di!e5o

apropiado de muc/o! "e/,culo! de tran!porte% de tal manera 'ue !e pueda

minimi&ar el e#ecto de la! #uer&a! de arra!tre+

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A continuaci*n !e de!cribe detalladamente el procedimiento 'ue

!e)uiremo! para reali&ar la experiencia en la cuba de -to.e!+

Materiales y equipos:

Colorante: permanganato de potasio

Probeta de 1L.

Cronometro.

Cuerpos de vidrio de distintas geometras.

Calibrador de vernier.

Cuba de Stokes.

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Notamo! 'ue el colorante !e di!per!a en el !entido del #lu$o #ormando

l,nea! /ori&ontale!% 'ue repre!entan la!lneas e !"##$en%e.

c. Ahora colocaremos objetos de vidrio de diferentes formas y en distintas posicionespara reconocer las fueras !ue se originan y determinar los par"metros

re!ueridos.

Lamina de vidrio circular.

Lamina de

vidrio conforma de

aleta

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Podemos apreciar# gracias al colorante# de !u$ manera se comporta el fluido

al fluir alrededor de estos cuerpos de diferente forma.

V. RESULTADOS.

Calcularemo! el n6mero de Renold! para cada experiencia reali&ada+

Caracter,!tica! del #luido 3a)ua4:

!=19

=997.85"#

m3

=0.932103$ % s

m2

=0.935106m

2

s

P! L L"M#$ C%$ &%!M C#!C'L!:

&allan" el !a'al ( la )el"!$a:

=

s

m

tiempo

VolumenQ

3

%

==s

m

A

Q

rea

caudal

Calculo del (rea:

A*;+

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CD= 24

1475,968+

6

1+1475,968+0.4

CD=0,568

Calculo de la fuerza de arrastre:

2or 6ltimo% el arra!tre !e calcula mediante la ecuaci*n !i)uiente:

FD=CD'

2A(

2

FD=0,568.997,4 &(0,001034)2 .0,10606

2

FD=3,212.105

$

P! L L"M#$ C%$ &%!M D* L*+:

De la! medicione! reali&ada! en el laboratorio:

)=0.8cm&

De*=6.99 cm&

Calculo de A

A=D e* )=0.0699m0.008m=5.04104

m2

Dato para el c(lculo de "elocidad

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Es+a!$" ,- Vel"!$a,-/s;+

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Calculo del (D:

FD=12 CD v2 A

FD=1

20.7082997.85

"#

m3(0.02591

m

s)

2

5.04104

m2

FD=1&1955104

$

VI. CONCLUSIONES:

Ob!er"amo! la di!tribuci*n del colorante en la! di#erente! #orma! )eom0trica!

'ue in)re!amo! en la cuba de -to.e!% comprendimo! el moti"o de la

di!tribuci*n% la cual !e debe a la! di#erencia! de pre!i*n alrededor del cuerpo+

El /allar el numero de Renold! permite caracteri&ar la naturale&a del #lu$o%

!ea #lu$o laminar o turbulento+

Calculamo! la ma)nitud de la! #uer&a! de arra!tre% a!, como el "alor de lo!

coe#iciente! de arra!tre de la! di#erente! #orma! )eom0trica!+

1uimo! capace! de ob!er"ar la! l,nea! de corriente% con auda del colorante

permanganato de potasio# !ue nos permita visualiar la direcci)n del flujo.

VII.BIBLIO1RAFIA

MECANICA DE 1LUIDO- A2LICADA+

Robert l+ Mott+ 2rentice/all+

1UNDAMENTO- BA-ICO- DE MECANICA DE 1LUIDO-+

Filliam!% Garet/% Tercera Edici*n% Editorial Mc Gra Hill Interamericana%

M0xico

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Claudio Mataix

MECANICA DE 1LUIDO-Ir"in) H+ -/ame!% Editorial Mc Gra Hill Interamericana

VIII. ANEXOS

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Me!a Laminar

1lu$o laminar

1lu$o turbulento

1lu$o uni#orme

Me!a de -to.e!

1lu$o laminar

1lu$o turbulento

1lu$o uni#orme

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