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Tema: Maquetas de dinámica de fluídos

  1. #1
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    Maquetas de dinámica de fluídos

    Estaba yo el otro día viendo un documental sobre la construcción de la Barrera de Maeslant, y pusieron las imágenes de la maqueta de la presa, algo así como esto:

    http://www.youtube.com/watch?v=OYBGqn4mhtE#

    Y me surgió una duda, que no sé si sabré expresar.

    En la maqueta todo está escalado: el tamaño, las fuerzas,... pero lo que no escala es el comportamiento del agua. Por ejemplo la velocidad de las olas en la maqueta son mucho mayores, relativas al tamaño, que las que habría en la realidad. O también la frecuencia de oscilación de las barreras será mucho mayor en la maqueta. Mi duda es ¿cómo se tiene eso en cuenta, si es que se hace?
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  2. #2
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    No es lo único que variará. Si haces una evaluación dimensional del sistema te encontrarás que no te valen las relaciones directas en tamaño. Un ejemplo de esto es lo que pasa en los túneles de viento, para un tamaño del objeto 5 veces menor, la velocidad del viento ha de ser 25 veces menor. Igual me equivoco en los rangos, lo que importa en lo que te quiero decir es que las magnitudes varían de forma diferente, unas directamente y otras no. Por ejemplo, y volviendo al ejemplo del viento, la velocidad del viento es lineal, pero la superficie sobre la que influye varía según el cuadrado de la longitud base, el volumen (y por tanto la masa) del objeto lo hará según el cubo de la misma,...

    Ese tipo de maquetas no se realizan para ver la resistencia, sino que son meramente funcionales (para ver su funcionamiento).

  3. #3
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    El teorema Pi de Buckinham probablemente te despeje las dudas.

  4. #4
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    Esas maquetas deben cumplir las llamadas leyes de semejanza, que son de tres tipos (perdón por la brutal simplificación de conceptos):

    1- Semejanza geométrica: Básicamente que todas las medidas estén escaladas en la misma proporción que la realidad.
    2- Semejanza cinemática: Básicamente que el campo de velocidades (vectorial) es semejante (escalado) a la realidad.
    3- Semejanza Dinámica: Que los cinco números fundamentales de la mecánica de fluidos (Strouhal, Euler, Reynolds, Froude y Mach), sean iguales en el modelo y en la realidad.

    Dependiendo del tipo de modelo, se usarán todos o sólo algunos de los números anteriormente indicados y normalmente los modelos sólo consiguen el punto 2 para determinadas condiciones de operación. Por eso una misma maqueta puede que sólo refleje con precisión ciertas condiciones de flujo que hay que determinar cuidadosamente.

    "Encuentra una tendencia cuya premisa sea falsa, y apuesta tu dinero contra ella".
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    "En teoría no hay diferencia entre la teoría y la práctica. En la práctica si la hay".
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  5. #5
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    Cita Iniciado por JCas
    Ese tipo de maquetas no se realizan para ver la resistencia, sino que son meramente funcionales (para ver su funcionamiento).
    ¿Eso qué quiere decir? ¿que no se realizan para ver si la estructura aguanta el esfuerzo, por ejemplo? No entiendo a qué te refieres. Yo creo que sí se usan para comprobar que las cálculos teóricos son correctos... pero no sé.

    Cita Iniciado por cometo
    1- Semejanza geométrica: Básicamente que todas las medidas estén escaladas en la misma proporción que la realidad.
    2- Semejanza cinemática: Básicamente que el campo de velocidades (vectorial) es semejante (escalado) a la realidad.
    3- Semejanza Dinámica: Que los cinco números fundamentales de la mecánica de fluidos (Strouhal, Euler, Reynolds, Froude y Mach), sean iguales en el modelo y en la realidad.
    Sí, es a eso a lo que me refiero. Lo que estuve pensando es que seguramente habría que cambiar las condiciones de fluído de la maqueta para que se comporte en la escala pequeña como el agua a mayor escala. Yo pensé que seguramente le añadan aditivos para cambiar la densidad y las viscosidad, de manera que cambie el número de Reynolds y los otros importantes. ¿Puede ser?
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  6. #6
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    Cita Iniciado por Ontureño
    Yo pensé que seguramente le añadan aditivos para cambiar la densidad y las viscosidad, de manera que cambie el número de Reynolds y los otros importantes. ¿Puede ser?
    No es mala idea, pero en general creo que con lo que juegan es con la rugosidad, la velocidad del fluido y las presiones. Tocando estos creo que no haría falta tocar la densidad del fluido.


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  7. #7
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    Cita Iniciado por Ontureño
    ¿Eso qué quiere decir? ¿que no se realizan para ver si la estructura aguanta el esfuerzo, por ejemplo? No entiendo a qué te refieres. Yo creo que sí se usan para comprobar que las cálculos teóricos son correctos... pero no sé.
    Exactamente. Ese tipo de maquetas son explicativas del sistema, no para hacer pruebas. En concreto, en la que aparece en el vídeo es muy claro su objetivo. Si no fuese así, verías sensores en muchos sitios que, obviamente, no están.

    La explicación de Cometo ha sido mucho más completa que la mía.

  8. #8
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    Bueno, realmente sí se hacen muchas maquetas con fines calculísticos y probatorios, aunque luego acaben todas como reliquias didácticas o curiosidades. Son muy habituales los modelos a escala de vertederos de presas y de cuencos amortiguadores, y de muchas obras singulares.

    Respecto a la de la foto, un modelo a escala fue empleado para simular el comportamiento de la barrera al ser fondeada, e intentar conocer cómo se comportaban los sedimentos del fondo conforme al agua pasaba cada vez más cerca de ellos al descender la barrera. De resultas del primer ensayo (creo que no se trata del de la foto, porque lo he visto y no lo recuerdo ni remotamente parecido) decidieron modificar el perfil de la parte baja del la barrera para crear mas turbulencia y removilizar los sedimentos más rápido, de manera que la barrera quedara menos tiempo a merced de las olas, y se apoyara más rápido en suelo firme.

    Para este ensayo por ejemplo, los sedimentos pueden ser del mismo tamaño que los originales, en vez de muchas veces más pequeños, puesto que la 'arrastrabilidad' (la del ábaco de shields) de éstos no depende casi del tamaño, y las arenas del modelo no se comportan como si fueran 'rocas' en la realidad, frente al campo de velocidades sí 'escalado', sino prácticamente igual que las arenas de la realidad.


  9. #9
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    Lo de los modelos a escala en mecanica de fluidos tengo entendido, son "probatorios" en muchos casos (como el modelo mareomotriz de la rance), pero no sé si en los tuneles de viento donde se estudia la aerodinamica más que la resistencia estructural del modelo, y lo que se hace es lo que menciona cometo con las consideraciones pertinentes que arroje el análisis dimensional...respecto de lo que dice Ontureño, alguna vez un profesor que hizo su especialidad allá en el ICAI (ojala tuvieramos algo aca en México como eso) mencionaba lo de los cambios de densidades y sustancias, toda vez que es imposible escalar las moléculas de agua o aire y los campos gravitatorios, incluso la arena que como menciona shihiro los granos harian las veces de rocas!
    La crisis viene provocada por los valores ninja, ya que el turrón fué un invento árabe en la España medieval y vendían la piel del oso antes de matarlo..."Entro"



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  10. #10
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    Re: Maquetas de dinámica de fluídos

    El hecho de que las moléculas de fluido sean más grandes comparadas con el modelo, no influye nada. Podríamos hacer el modelo aún más pequeño y seguiría sin influir. Esto es así por que una molécula es tan ínfima que el hecho de que un modelo sea escala 1:10 ó 1:100 no le afecdta en nada. Un fluido se consideradiría como transmisor de cantidad de movimiento y energía contínuo. De ehecho en las ecuaciones no aparece el tamaño de las moléculas, por que esto no influye.

    Otra cosa es que a partir de cierta reducción aparecen efectos de capilaridad que distorsionan los resultados. En ese caso si que podría usar algún tensoactivo u otro producto químico que nos quite este problema.

    Por otra parte, naturalmente que cuando se hace un modelo reducido (ése es el nombre técnico) se escala (en la medida de lo posible) la granulometría de las arenas y se juega con la rugosidad de las paredes del modelo para que se ajusten a la realidad, en función de los parámetros de escala.

    Recomiendo que busqueis en google sobre modelos reducidos. Hay bastante para hacerse una idea. En su día me lo explicaron en la carrera y me pareció fascinante. Una pena que luego profesionalmente no haya tocado nada de esto.

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