Mesa de Analogias de Stokes

INTRODUCCION
El estudio de los flujos es de particular importancia para los ingenieros, debido a que un adecuado
análisis de ello, permite el diseño de estructuras que se adecuen al paso del flujo y la deposición de
sedimentos. Para la su correcta disposición de los álabes de turbinas, automóviles, edificios,
chimeneas, pilares de puentes, tuberías submarinas, los glóbulos rojos de la sangre, aviones, balas,
etc.
Para poder realizar un análisis de estos flujos se tiene que considerar flujos con números de Reynolds
altos (mayores a 1000), los cuales se adecuan más a los problemas de ingeniería. Las experiencias
que se realizan permitirán la descripción de los flujos en distintas condiciones.
También Los flujos denominados de Stokes o flujos progresivos son aquellos que ocurren para Re <
5 y es muy poco común en la práctica industrial, sin embargo, tiene excepciones importantes como la
lubricación en espacios muy pequeños, el flujo a través de medios porosos, el comportamiento de los
glóbulos rojos en el torrente sanguíneo, el flujo alrededor de pequeñas gotitas, etc.
OBJETIVOS
EXPERIENCIA II: MESA DE ANALOGÍAS DE STOKES
•Observar y describir los flujos que se presentan para cada tipo de perfil.
MESA DE ANALOGÍAS DE STOKES
La experiencia permite visualizar las líneas de corrientes mediante la implementación de un colorante
y, además, permite visualizar los distintos patrones de flujos alrededor de perfiles.
Se usará como suministro de agua una fuente doméstica.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Un cuerpo sumergido en el campo de un fluido en movimiento experimenta una fuerza en la dirección
del flujo denominado fuerza de arrastre y también a otra fuerza que actúa transversalmente y normal
a la dirección del flujo llamado fuerza de sustentación definidos por las siguientes expresiones:
FA= Ca.½ρV2Ay FS= Cs½ρV2A
FA = Fuerza de arrastre en Kg.

FS = Fuerza de sustentación en Kg.
Ca = Coeficiente adimensional de arrastre.
Cs = Coeficiente adimensional de sustentación.
Ρ = Densidad del fluido en Kg.seg2/m4.
V = Velocidad media del flujo en m/seg.
A = Área proyectada del perfil sobre un plano normal a la dirección del flujo.
DESCRIPCIÓN
 El equipo está concebido para generar flujos planos bidimensionales en régimen laminar de
apenas 3 mm de espesor.
 Posee una cámara de disipación de la energía de la fuente de suministro de agua mediante
una cámara compuesta por bolitas de vidrio, pasando luego a una cámara de reposo a través
de una serie de orificios de donde sale finalmente por rebosamientos a la mesa de observación
consistente en un vidrio plano de 8 mm de espesor cuadriculado y pavonado.
 Puede nivelarse mediante 4 tornillos instalados en la base y 2 niveles de burbuja instalados
transversalmente.
 La visualización de las líneas de corriente se logra mediante la disolución de gránulos de
permanganato de potasio.
MATERIALES
 Construido íntegramente en plexiglás, calidad cristal cero de 13 mm de espesor unido con
pegamento y tornillos que los hacen resistente a los impactos y con guarniciones de bronces
cromados.
 Tiene incorporado una cantidad aproximada de 900 bolitas de vidrio que actúan como
disipadores, filtro y uniformizador de flujo.
 Está equipado con una válvula esférica de 3/8” para el suministro de agua de la fuente externa
y dos válvulas esféricas de 1/2” para el desagüe.
 Está equipado con una cámara de salida para recoger el agua que sale de la mesa para su
evacuación.
 Un juego de perfiles como: círculos, hidrodinámicos, ángulos, etc.
 Un frasco con permanganato de potasio.
 Una paleta de punta fina para el rociado de los granos de permanganato.
FIGURA N° 1, Mesa de analogías de Stokes

FIGURA N° 2, Perfiles
PROCEDIMIENTO
 Antes de comenzar con la visualización de la experiencia se realiza un reconocimiento de
equipo.
 Se nivela el equipo de tal manera que allá un desnivel entre el alimentador y el vertedero.
 Se coloca los gránulos de permanganato de potasio al comienzo de la placa de vidrio, para
poder visualizar las líneas de corrientes, y se abre el suministro de agua.
 Se cuenta con un conjunto de perfiles los cuales se irán colocando en la placa de vidrio,
interrumpiendo el flujo uniforme, y se procederá a visualizar y realizar las descripciones
correspondientes.
 Se procederá a repetir el paso anterior con uno o más perfiles.
FIGURA N° 3; Perfil circular, flujo uniforme en los extremos

CUESTIONARIO Nº 02: MESA DE ANALOGÍAS DE STOKES
2. Con respecto a la Mesa de Analogías de Stokes, describa si es posible realizar los siguientes
experimentos y detalle el proceso que se debería seguir para lograrlo:
a) Visualización y cuantificación de Flujo Permanente.

La observación de la experiencia sin usar los perfiles y sin variar el caudal del suministro muestra un
flujo permanente, ya que las condiciones de velocidad no varían con el tiempo y, si lo hacen, las
variaciones son tan pequeñas con respecto a los valores medios.
b) Visualización y comportamiento de las líneas de corriente alrededor de perfiles o

cuerpos impermeables.
Se puede realizar la visualización de las líneas de corrientes con solo adicionar colorantes o como se
hiso en la experiencia con permanganato de potasio.
c) Visualización de un doblete
Si, usando dos perfiles consecutivos longitudinalmente, en sus extremos podremos conseguir una
interacción semejante a la de una fuente y un sumidero.
d) Determinación del Número de Reynolds.

Si colocamos una sección circular hueca (tubo), con diámetro conocido y realizando la medición del
caudal que se usa en la experiencia, sería posible determinar el número de Reynolds.
3. Uno de los fenómenos que se produce en la Mesa de Analogías de Stokes era la separación de las
líneas de corriente del flujo uniforme de las paredes del cuerpo, exponga su acuerdo o desacuerdo
acerca de las siguientes afirmaciones, citando conceptos y bibliografía revisada.
a) Se debe a la influencia de las paredes del cuerpo

Si, el choque de las partículas con las paredes del cuerpo las obliga a cambiar de dirección, separando
las líneas de corrientes en el flujo.
b) La zona descolorida toma el nombre de capa límite.

“En el estudio de flujos externos con numero Reynolds alto se observó que los efectos viscosos
quedan confinados a una delgada capa de fluido, una capa limite, próxima al cuerpo y a la estela
corriente abajo del cuerpo…” (Potter, 2008).
La zona descolorida toma el nombre de capa límite debido a que es una zona aislada debido a los
efectos viscosos.
c) Dentro de la zona descolorida el flujo es nulo.

No, debido a que no toda la zona presenta velocidad nula, solo la parte donde hay estancamiento.
d) Para realizar el análisis de flujo dentro de la zona descolorida se debe considerar la

viscosidad.
Si, por que esta zona corresponde a un flujo turbulento.
CONCLUSIONES
MESA DE STOKES
La forma y ubicación de los perfiles muestra distintos comportamientos de las líneas de corrientes.
BIBLIOGRAFIA
- http://www.iim.unam.mx/zenit/fluidos2/capitulo_5_DF.pdf. (s.f.).
DD.AA.HH.HH. (s.f.). Guía práctica de laboratorio HH-223. Lima.
Potter, M. C. (2008). MECÁNICA DE FLUIDOS (Tercera ed.). Ciencias Ingenierias.

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INTRODUCCION

FA= Ca.½ρV2Ay FS= Cs½ρV2A

FA = Fuerza de arrastre en Kg.

FIGURA N° 1, Mesa de analogías de Stokes

FIGURA N° 3; Perfil circular, flujo uniforme en los extremos

a) Visualización y cuantificación de Flujo Permanente.

b) Visualización y comportamiento de las líneas de corriente alrededor de perfiles o

d) Determinación del Número de Reynolds.

a) Se debe a la influencia de las paredes del cuerpo

b) La zona descolorida toma el nombre de capa límite.

c) Dentro de la zona descolorida el flujo es nulo.

d) Para realizar el análisis de flujo dentro de la zona descolorida se debe considerar la

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