MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS A TRAVÉS DE UN FLUIDO (VELOCIDAD TERMINAL)

MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS A TRAVÉS DE UN FLUIDO (VELOCIDAD TERMINAL)

Daniel Estupiñán (1842367), Sandra Giraldo (1942461), Andrés Alzate (1940315)

Ingeniería de Alimentos, Universidad del Valle, Cali (Colombia)

RESUMEN- Esta práctica determinó la velocidad terminal de los alimentos como la lenteja,la uchuva, y las esferas de icopor, en un fluido conocido como aire y agua.  Se procede a colocar una pequeña cantidad de los dos alimentos nombrados anteriormente, en la base del tubo vertical instalado en el túnel de viento, por donde estaba pasando una corriente de aire, a medida que pasa el tiempo se fue aumentando la intensidad de la corriente del aire hasta que los alimentos quedaron en un punto medido. Además también se determinó la velocidad terminal en agua, donde se procedió a soltar la uchuva en agua, en caída libre midiendo cada 10 cm. Se obtienen velocidades en crecimiento para partículas (alimentos) pequeños desde 19,64 hasta 5,85 para las partículas en aire y una velocidad terminal para la uchuva en agua de 0,0664.

1. INTRODUCCIÓN

La velocidad terminal o límite de un objeto es la velocidad máxima que alcanza un objeto, debido a las fuerzas de fricción o resistencia del aire hacen que esta velocidad no pueda aumentar sin algún límite. Así  que cuando  aumenta la velocidad de un objeto, aumenta la resistencia que actúa sobre el objeto debido al material por el que pasa, puede ser por ejemplo como el aire o el agua. A bajas velocidades, la fuerza de resistencia será igual a la fuerza de gravedad sobre el objeto. En este punto, el objeto deja de acelerar y continúa cayendo a una velocidad constante que es conocida también como  velocidad terminal. El objetivo de esta práctica es obtener la velocidad terminal y el coeficiente de arrastre de partículas de un alimento que pasan a través de un fluido (Perez, 2010).

1. MATERIALES Y MÉTODOS

1. Túnel de viento con flujo de aire ajustable
2. Equipo para la medida de la velocidad de aire
3. Balanza, calibrador pie de rey, y cronómetro.

En esta práctica se utilizó lentejas, uchuvas, y esferas de icopor para alcanzar el objetivo de esta práctica; se inició tomando los datos de las dimensiones de estos alimentos, como el peso, el tamaño y la densidad, con estos se determinó el diámetro y la esfericidad.

Para hallar la velocidad terminal en Aire, se procedió a colocar una capa del material en el fondo de la malla del tubo vertical y se fue aumentando el voltaje, y así el flujo de aire también aumentará , y así hacer que el alimento se quedará suspendido en el aire. Se procedió a tomar 3 velocidades diferentes con ayuda del anemómetro, se promedió, y después se encontró la velocidad terminal de cada uno de los alimentos.

Además también se determina la velocidad terminal en agua, donde se procedió a lanzar en agua, en caída libre, la uchuva dentro del agua introducida en el tubo vertical graduado. Se procedió a registrar los tiempos que toma este alimento en recorrer 10 cm en la columna de agua, y se calculó la velocidad terminal en el agua con los datos anteriores.

Para calcular el diámetro equivalente de los materiales, se utilizó la siguiente ecuación, donde de, es el diámetro equivalente de partícula, y , son las dimensiones de partícula, diámetros mayor, medio y menor (Machado,2001), [pic 1]

      [pic 2]

                                        Ec.1

Para hallar el Área proyectada de partícula, se utiliza la siguiente ecuación, (Machado,2001),

                        Ec.2[pic 3]

Para hallar el volumen de partícula se determinó con la siguiente ecuación, (Levenpiel,1993)

                        Ec.3[pic 4]

Y para calcular la densidad, donde Pp es la densidad de la partícula, y m es la masa del material, (Machado,2001),

                                Ec.4[pic 5]

con la ayuda de todos los datos anteriores, se procedió a calcular el número de Reynolds para cada material, y se utilizó la siguiente ecuación, donde Re, es el número de Reynolds, V, es la velocidad, y  es la viscosidad del medio (Aire o Agua), (Machado,2001),[pic 6]

                                        Ec.5[pic 7]

Para hallar el coeficiente de arrastre, se utilizó la siguiente ecuación, (Weber,1979),

                        Ec.6[pic 8]

Para hallar la velocidad terminal se utilizó la siguiente ecuación, donde Vt, es la velocidad terminal, g, es la gravedad, y Pf es la densidad del fluido (Manchado,2001),

                                Ec.7[pic 9]

Y por último la esfericidad (Rubio,2010),  

                                        Ec.8[pic 10]

1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

Se determinan el número de reynolds, coeficiente de arrastre y la velocidad terminal por medio de los datos obtenidos para cada partícula estudiada (lenteja, arveja, pelota 1 y pelota 2), todas sometidas a un fluido compuesto por aire.

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