Resumen de lo visto en el laboratorio de mecánica de fluidos y al menos un esquema de una ayuda didáctica

La universidad del valle situada en la ciudad de Cali tiene un laboratorio de Fluidos e Hidráulica que cuenta con una gran variedad de modelos a escala que son diseñados y utilizados por los mismos estudiantes para realizar sus prácticas. Se destacan proyectos como el modelo de presiones de un resalto hidráulico, modelo sometidos a flujos turbulentos, manejo de tuberías y mangueras, bombas y turbinas, modelo para pruebas con turbinas Francis y Pelton y laboratorio para estudios de suelos.

ü  Equipo de Reynolds (figura 8), experimento que consiste en un tanque de agua con una tubería de vidrio que dentro de ella se inyecta una fina corriente de tinta, así regulando el flujo con una válvula para demostrar las diferencias entre los flujos laminar y turbulento.

Figura 8. Equipo de Reynolds

El equipo tiene dos tanques, uno principal y un tanque de reservorio. Se toma el agua del tanque de reservorio y se bombea al tanque principal, este descarga en unas tuberías y las tuberías tiene unos orificios, cuando el agua sale por los orificios choca con las canicas haciendo que el flujo se suavice y no se genere turbulencias; luego que se suaviza sube por el tanque principal y se descarga en el vertedero que se encuentra en la parte superior, en seguida pasa por la tubería y llega al tanque de reservorio.

El flujo se mantiene constante y el nivel del agua mientras se realiza una prueba de laboratorio y se abre la válvula (Figura 9) para que haya paso de agua dentro de la tubería de vidrio y consecutivamente se da paso a la anilina (Figura 10), observándose que la tinta va a pasar solidariamente con el flujo de agua dentro de la tubería y se procede a determinar el número de Reynolds siguiendo la ecuación  

Figura 9. Válvula de paso de flujo

Figura 10. Anilina natural.

Cuando el número de Reynolds se encuentra <2000es flujo laminar y se puede evidenciar porque la tinta que corre dentro de la tubería no se desvanece (Figura 11), cuando se hace flujo de transición, que va entre  2000 y 4000, se observa que la tinta se difumina tratando de desordenarse. Abriéndose más el paso al flujo se ve que ya el flujo de la tinta se pierde o difumina completamente por lo tanto ya es flujo turbulento estando >4000 (Figura 12). Para determinar si el flujo es laminar o turbulento se realiza un aforo, se coloca una probeta en la tubería de descarga y se mide el tiempo; dependiendo de variables como el diámetro de la tubería, la viscosidad, la velocidad se determina el número de Reynolds. 

Figura 11. Flujo Laminar, la anilina no se desvanece.

Figura 12. Flujo Turbulento, la anilina se desvanece.

ü  El Resalto Hidráulico (figura 13), es un dispositivo en el cual se evidencia que una corriente rápida y poco profunda  se vuelve una corriente lenta y profunda, observándose en el canal un flujo uniforme hasta cuando su pendiente cambia gradualmente a causa de un resalto.

Figura 13. Resalto Hidráulico.

ü  Impresora 3D, se analiza un pieza (figura 14) impresa por una impresora 3D, esta pieza le entrara agua y seguidamente se generan unos remolinos dentro de ella al ser sumergida en el agua (Figura 15).

Figura 14. Equipo en simulación.

Figura 15. Prototipo en simulación.

Después de tener la geometría concebida y dibujada se procede a simularla analizando diferentes situaciones, a la geometría se le dan unas conexiones de bordes lo cual será sometida a una fuerza, con una velocidad y la pieza no tendrá deslizamiento siguiendo la simulación mediante un programa. Seguidamente de tener ya el diseño se procede a la construcción de la pieza con un prototipo en una impresora 3D (Figura 16), de esta forma cuando las simulaciones hayan dado los resultados esperados se imprime quedando el prototipo final como se muestra en la figura 17.

Figura 16. Impresora 3D.

Figura 17. Prototipo final.

ü  Sistema de bombeo (Figura 18), se tiene varios circuitos con sus respectivas bombas, un vertedero triangular para la medición del caudal con su relativa curva de calibramiento. Es utilizado para hallar las pérdidas de fricción, las pérdidas por accesorios y analizar el comportamiento del flujo mediante las válvulas instaladas en el sistema.

Figura 18. Sistema de bombeo.

ü  Laboratorio de suelos, este posee varios equipos e implementos utilizados para realizar estudios de suelos en los cuales los estudiantes están directamente enfocados.

Figura 19. Equipos laboratorio de suelos

ü  Modelo para pruebas con turbinas Francis y Pelton (figura 20), funciona por la fuerza dinámica del agua ya que esta actúa sobre la superficie causando un cambio en la dirección o magnitud de la velocidad del agua.

Figura 20. Modelo de turbina.