Ensayo Hele Shaw

Ensayo Hele Shaw

I. INTRODUCCIÓN

Para visualizar el movimiento del fluido e ilustrar las líneas de corriente se utiliza la analogía de Hele Shaw que es una herramienta muy útil para demostrar el flujo potencial en la dinámica de los fluidos. Este aparato puede emplearse para simular cualquier proceso que satisfaga la ecuación de Laplace en dos dimensiones.

Se denomina flujo potencial a un flujo bidimensional estable en un líquido ideal incompresible. El aparato utilizado en este experimento no elimina la viscosidad del agua, pero si se obtiene un flujo de este tipo.

El agua que fluye por el equipo es a un número de Reynolds lo suficientemente bajo para que la inercia sea despreciable. El estudio del flujo potencial hace posible resolver problemas relativos a la distribución de la presión y velocidad si aceptamos la condición de fluido ideal. Sin embargo Prandlt demostró que el fluido en el cual se sumerge un objeto podría convenientemente dividirse en dos zonas, una zona de corriente libre en lo cual existen muy pequeños cambios de velocidad y por lo tanto se puede despreciar el esfuerzo cortante (como si fuese un fluido ideal) y otra zona, la capa laminar que rodea al objeto y donde los efectos de viscosidad son muy pronunciados.

II. OBJETIVOS

• Visualizar las líneas de corriente en un flujo uniforme.

• Visualizar las líneas de corriente a través de obstrucciones como un cuerpo cilíndrico y otros tipos de perfiles.

• Analizar las líneas de corriente y determinar los puntos posibles de falla o de máxima presión algunas estructuras simuladas.

III. MARCO TEÓRICO

Se denomina flujo potencial, a un flujo bidimensional estable de un líquido ideal incompresible. El estudio del flujo potencial hace posible resolver problemas relativos a la distribución de la presión y la velocidad, si aceptamos la condición del flujo ideal; Sin embargo Prandt, demostró que el flujo en el cual se sumerge un objeto, podría dividirse convenientemente en dos zonas una de corrientes libres en la cual existe muy pequeños cambios de velocidad y por lo tanto se puede despreciar el esfuerzo cortante (como si fuese un fluido ideal) y otra zona la capa laminar que rodea el objeto y donde los efectos de viscosidad son muy pronunciados. Esta capa laminar está influenciada por la gradiente de presión en la zona de corriente libre y especialmente un incremento de presión en la dirección del flujo con separación.

Aun cuando en un flujo potencial, no existe separación de la superficie (ya que este es un fenómeno viscoso) las zonas de gradiente de presión negativas en las corrientes libres del fluido podrán calcularse y/o demostrarse por observaciones en el aparato de

Hele-Shaw.

Fig. 1 Aparato de Helle Shaw

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

• Aparato de Hele Shaw.

• Colorante.

• Perfiles de goma.

V. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

La sección de prueba está formada por dos superficies rectangulares lisas y planas de 33 x25 cm de largo y ancho respectivamente, cercanas una de la otra con un modelo de espuma ubicado entre estas y un sello de caucho que evita fugas del aparato.

El equipo no permite la eliminación de la viscosidad del agua, pero si permite que la componente de la velocidad promedio a lo largo del equipo a lo ancho del equipo satisfagan las ecuaciones del flujo potencial. El equipo trabaja en forma de analogía, pudiéndose observar la dirección del flujo al inyectar un colorante; como el flujo es laminar las líneas de corriente son visualizadas en forma nítida.

La placa superior es removible. El agua fluye a lo largo de la sección con una velocidad lo suficientemente baja, para que las fuerzas de inercia sean despreciables. La placa inferior posee canales que están conectadas al suministro y salida de agua. Las líneas de corriente son producidas por un flujo regulado de tinta que se suministra por un conjunto de boquillas en la parte inferior de la sección de prueba, de manera que se ofrece un flujo libre de burbujas. La tinta está contenida en un recipiente para el control de su contenido. El equipo dispone de accesorios y modelos intercambiables, con fácil visualización y sencillo registro fotográfico.

VI. PROCEDIMIENTO

1. Preparar el equipo de Hele Shaw. Sacar la placa de vidrio móvil y limpiar las impurezas de las placas.

2. Colocar una obstrucción de jebe (un perfil determinado) en

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