Flotabilidad y arrastre en cuerpos sumergidos

1. fabricación de la sección de prueba de inyección de gas (ver esquema y fotografía, Fig. 2)

1. Perfore un agujero en el fondo de un recipiente de plástico amurallado alto y plano. Instalar un tabique a través de la pared, montaje a través de este agujero. Instale un empalme en reducir a una conexión de compresión de ~3.2 mm tubo en la salida de la guarnición de tabique hermético. Se trata del puerto de inyección de burbuja de la gotita.
2. Introduzca una longitud corta (~ 1 cm) de cable de goma de diámetro de 3,2 mm en la conexión de compresión y apriete la tuerca de ajuste. Con un alfiler de costura, perfore un hoyo delgado a través del cordón de caucho. Se trata de la válvula para inyectar gotas de burbujas en el recipiente de líquido.
3. Llenar el recipiente con glicerina a un nivel de ~ 25 cm. Verter la glicerina poco a poco como una película por la pared lateral del envase para ayudar a reducir el arrastre de burbujas en el recipiente. Esperar 2 horas permitir que las burbujas más grandes en el envase.
4. Montar una cámara de vídeo en un trípode frente a la vista el recipiente, con la parte superior del líquido. Montaje de una luz brillante en el otro lado del envase, frente a la cámara (retroiluminación). Inserte una hoja de difusor entre la luz y el envase para asegurar la iluminación uniforme.

2. realización de experimentos

1. Inserte una regla o un objeto plano de tamaño conocido en el recipiente de glicerina, por encima del puerto de inyección, frente a la cámara. Grabar un breve vídeo del objeto. Esto servirá una escala de a mapa de tamaño de burbuja en px y aumentando la velocidad en px s^-1 a m y m s^-1, respectivamente.
2. Utilizando una jeringa con una aguja fina (p. ej., calibre 20). Inyectar las burbujas de gas de diferentes tamaños a través de la válvula de goma en el líquido. Utilice la cámara para grabar vídeos de las burbujas de levantamiento a través del líquido.
3. Mezclar el colorante a base de aceite con aceite vegetal de soja (u otros aceite de baja viscosidad). Usando la jeringa, inyectar gotas de aceite de color de diferentes tamaños en el recipiente de la glicerina. Grabar videos de las gotitas de levantamiento.

3. Análisis

1. Utilizando software como reproductor de medios VLC, exportar las instantáneas de la imagen del video de la regla (paso 2.1). En una software de edición de imagen mide la distancia del pixel a través de una longitud conocida del dispositivo. La longitud del factor de escala puede determinarse entonces como , donde L_m es la longitud física del objeto en metros y L_px es la longitud del objeto en píxeles de la imagen.
2. Para cada burbuja o gota aumento velocidad de vídeo, extraer instantáneas de la imagen cuando las gotitas de burbujas de entrar y salir de la ventana de vista de la cámara. Medir los diámetros de gota/burbuja (horizontal) en un software (D_px) de edición de imágenes. Medir las velocidades de subida promedio (U_px) como la diferencia en la burbuja/gotas nariz posiciones divididas por transcurrido video veces entre las instantáneas de la imagen inicial y final. Convertir esos valores de pixel a valores físicos como: D = sD_px y U = sU_px.
3. Evaluar la burbuja y gotita de números de Reynolds () y coeficientes (ecuación. 2). Trazar estos valores y comparar con los resultados teóricos de la ecuación 3. Propiedades de los fluidos a temperatura ambiente (22° C) son:
   • Glicerina: ρ_f = 1300 kg m^-3, μ_f = 3,7 kg m^-1 s^-1
   • Aire: ρ_b = 1,19 kg m^-3
   • Aceite de soja: ρ_b = 920 kg m^-3

Figura 2 : esquema (a) y (b) fotografía de la instalación experimental.