INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIALCurso: Flujo de Fluidos y PartículasSemestre 2015-1

LABORATORIO N° 03

EFECTO COANDA

1. OBJETIVOS

Verificar experimentalmente la existencia de la capa límite a través del efecto Coanda

2. ASPECTOS TEORICOS

Supóngase que se tiene una esfera suspenda de un hilo, a la cual se le vierte un material árido. Por ejemplo, arena. Se podría observar como la arena rebota en la bola. Si la arena es cambiada por agua, se observaría un efecto diferente, se observaría que ésta en vez de rebotar sobre la superficie de la esfera, más bien fluiría pegada a la superficie de la esfera. A este fenómeno se le denomina efecto Coanda, el cual tiene diversas aplicaciones en la vida diaria.

Figura 01: Efecto Coanda

El efecto Coanda consiste en que una corriente de fluido adyacente a una superficie, tiende a ser atraída por la superficie. Esto se debe a que la presión alrededor de la corriente disminuye. En el caso del lado expuesto a la atmosfera la presión es restablecida por la atmosfera, mientras que del lado de la superficie no hay forma de restablecer la presión y por tanto el fluido es empujado hacia la superficie. Esto se puede observar en la figura 02:

Figura 02: Efecto Coanda (Fuente: http://www.quinielaf1.com/news/160.php)

Otra forma de interpretar el fenómeno sería la siguiente: cuando un fluido pasa sobre una superficie, existe una fricción entre ambas. Esta resistencia al flujo provoca que el fluido se quede pegado a la superficie. La zona en la que los efectos de la fricción, debida a la viscosidad del fluido, se le denomina capa límite. La figura 03 muestra un modelo por computadora en el que se observa como la capa límite está adherida a una superficie al menos en un tramo de la superficie curva.

Figura 03: Modelo de la capa límite fluyendo a través de una superficie curva debido al efecto Coanda (fuente: https://www.academia.edu/4065461/Mathematical_Modeling_of_Coanda_Effect)

El efecto Coanda tiene mútiples aplicaciones. Por ejemplo, es util izado en la Fórmula 1 para aumentar la adherencia de la parte trasera de los autos (figura 04), durante la instalación de sistemas de aire acondicionado para distribuir mejor el aire frío en la habitación donde va a ser instalado (figura 05). En la

aeronáutica, en aviones preparados para despegues y aterrizajes cortos (STOL - figura 06)

Figura 04: Flujo de los gases de escape hacia el difusor trasero debido al efecto Coanda (Fuente: www.f1technical.net)

Figura 04: Distribución de temperatura en una habitación con aire acondicionado sin y con aplicación del efecto Coanda (http://nergiza.com/el-efecto-coanda-el-amigo-del-aire-acondicionado/)

Figura 05: Antonov An-72. Avión preparado para despegues y aterrizajes cortos (nótese la posición de los turborreactores) (Fuente: http://www.network54.com)

3. EQUIPOS Y MATERIALES

Equipos y materiales necesarios:

- Esfera de tecnopor de 2 pulgadas de diámetro

- Hilo y aguja

- Soporte universal

- Arena

- Agua seca

- Recipiente para contener la arena

- Pelotas de ping pong

- Soplador de aire o secador de cabello

- Vaso de precipitado de 500 mL

- Sorbetes, de los que se pueden ser doblados

- Anemómetro

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. Primera parte: Efecto de un material árido vs un líquido cuando colisiona con otro cuerpo sólido

Armar un sistema como el de la figura 06

Figura 06: Diagrama para el primer experimento

Con mucho cuidado, echar la arena de forma fluida sobre la superficie de la esfera. Observar qué ocurre

Repetir el paso anterior pero esta vez con agua. Observar lo que ocurre con la pelota.

4.2. Segunda parte: Verificación de la existencia de la capa límite y del efecto Coanda

Doblar un sorbete, colocar una pelota de pingpong al final del sorbete, soplar e intentar mantenerla en equilibrio ¿Es posible realizar esto?

Replicar la misma experiencia anterior; pero en vez de usar un sorbete util ice el soplador de aire o secador de pelo. Observe qué es lo que ocurre.

En ambos casos, medir el caudal de viento que pasa por la pelota de pingpong

5. CUESTIONARIO

5.1. Responder, para el primer experimento:

¿Qué pasó cuando se le echó la arena a la bola de tecnopor?

¿Ocurrió lo mismo cuando se le echó el agua?

5.2. Responder, para el segundo experimento:

¿De qué podría depender la altura que alcanza la pelota de pingpong respecto al sorbete o al soplador de aire?

¿Se podría calcular la fuerza que realiza el aire para mantener flotando la pelota de pingpong? ¿Necesitaría algún dato adicional?

¿Cómo podría describir el fenómeno observado en el experimento?

En base a esta experiencia, ¿Cómo podría explicar la razón por la cual la velocidad terminal de un paracaidista es de aproximadamente 200 km/h y no sigue la ecuación cinemática de caída libre?

5.3. Explicar como se manifiesta el efecto Coanda en estas situaciones:

La instalación de un sistema de aire acondicionado

El uso del efecto Coanda en el Campeonato Mundial de Fórmula 1en el 2012.

El despegue de aviones de despegue y aterrizaje corto (STOL)

Rúbrica

LABORATORIO N° 1

COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DE LOS FLUIDOS

Resultado: Los estudiantes realizan experimentos para determinar experimentalmente la viscosidad de dos fluidos newtonianos y su relación con la temperatura

Criterio de desempeño :

Informe de laboratorio.

Curso: FLUJO DE FLUIDOS Y PARTICULAS Ciclo: VII

Actividad:Laboratorio 01: Comportamiento de Reológico de los

FluidosSesión:

Apellidos de los alumnos:

Periodo:

Sección: Fecha: Docente:

Documentos de Evaluación

Hoja de Trabajo: Informe: X Proyecto: Otros:

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Excelente BuenoRequiere Mejora

No aceptable

El informe cuenta con una carátula donde se indica el nombre completo de los integrantes, la fecha de realización y el nombre del

experimento.0,5 0 0 0

Indica claramente el objetivo u objetivos del laboratorio, los cuales pueden ser diferentes a los que se indican en la guía.

0,25 0 0 0

Incluye una breve introducción alusiva al tema, la cual es original y no excede las 15 líneas de texto. De ser posible, incluye algún

gráfico o foto.0,75 0,5 0,25 0

Expresa adecuadamente el procedimiento realizado con un esquema, el cual no debe ser superior a una página. Para ello menciona las variables determinadas, incluye tablas y gráficos.

1,5 0,75 0,25 0

Explica cada uno de los experimentos, utilizando sus apuntes del cuaderno de laboratorio. Da explicaciones usando información técnica. Resuelve el Cuestionario.

2,5 1,25 0,5 0

Establece claramente las conclusiones del experimento, en función a los objetivos del laboratorio.

1 0,5 0 0

Utiliza adecuadamente la bibliografía a lo largo del informe y la referencia de acuerdo al formato propuesto. La bibliografía es mayor

que dos fuentes y se trata de materiales actuales.0,5 0 0 0

Puntaje Total

Comentarios:

DESCRIPCIÓN DE LA EVALUACIÓN

Excelente Completo entendimiento y realización de la actividad, cumpliendo todos los requerimientos

Bueno Entiende y realiza la actividad cumpliendo la mayoría de los requerimientos

Requiere mejora

Bajo entendimiento de la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos

No Aceptable No demuestra entendimiento de la actividad