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MEMORIAS DEL XIX CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 25 al 27 DE SEPTIEMBRE, 2013 PACHUCA, HIDALGO, MÉXICO

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE UN FLUJO TURBULENTO DE AGUA

ADICIONÁNDOLE BURBUJAS Y SURFACTANTES

1López-Aguado Montes José Luis, 2Alonzo García Alejandro, 3Jiménez Bernal José Alfredo, 4Gutiérrez Torres

Claudia del Carmen

Instituto Politécnico Nacional LABINTHAP – SEPI – ESIME

Av. Instituto Politécnico Nacional S/N, Edif. 5, 3er Piso

Col. Lindavista, C.P. 07738, D. F. México.

Laboratorio de Ingeniería Térmica e Hidráulica Aplicada

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected],

RESUMEN.

En este artículo, se usó la técnica velocimetría

de imagen de partículas (PIV) para medir las

componentes de la velocidad en dirección nor-

mal y tangente a la pared de un canal (2cm x

10cm x 160cm), así como la reducción del arras-

tre al combinar un surfactante catiónico

(Champú sin sulfato) en concentraciones de 164,

545, 818 y 1090 ppm con burbujas (inyectadas

por electrólisis) en un flujo de agua con un

número de Reynolds (Re) de 5200. Se obtuvieron

incrementos en los niveles de reducción del

arrastre al combinar ambas técnicas (burbujas y

surfactantes) mayores que las reducciones del

arrastre obtenidas de forma independiente.

ABSTRACT.

In this paper, particle image velocimetry (PIV)

has been used for measurements of the velocity

components in the streamwise and normal

direction to the wall as well as drag reduction

with a combination of cationic surfactant

(shampoo free sulphate) with concentrations of

164, 545, 818 and 1090 ppm and bubbles

(obtained by electrolysis) in a turbulent channel

flow at a Reynolds number (Re) of 5200. These

increased levels of drag reduction with combined

drag-reducing methods were often larger than

the drag reductions obtained by the independent

methods.

NOMENCLATURA

SÍMBOLO UNIDADES.

A Área transversal del

canal

[m2]

d Diámetro de la

microburbujas [m]

DHidraulico Diámetro

Hidráulico del canal

[m]

DR% Porcentaje de

reducción del

arrastre

[%]

du/dy Gradiente de

velocidad con

respecto a la

distancia de la

pared

[1/s]

fpx equivalente de un

pixel en milímetros

[mm]

g Aceleración debido

a la gravedad

[m/s2]

mJ milijoules [mJ]

IAI Tamaño del área de

interrogación

[pix]

mm milímetros [mm]

ppm Partes por millón [--]

PIV Velocimetría de

imagen de

partículas

[--]

pix pixeles [pix]

Q Caudal o flujo

volumétrico

[m3/s]

Re Número de

Reynolds

[--]

surf 164 Surfactante en

concentración de

164 ppm

[--]


concentración de

545 ppm

[--]


concentración de

818 ppm

[--]


concentración de

1090 ppm

[--]

surfburb

164

Combinación

surfactante-burbuja

para una

[--]

ISBN 978-607-95309-9-0 Página | 1295 Derechos Reservados © 2013, SOMIM

mailto:[email protected]





concentración de

164ppm

surfburb

545

Combinación

surfactante-burbuja

para una

concentración de

545 ppm

[--]

surfburb

818

Combinación

surfactante-burbuja

para una

concentración de

818 ppm

[--]

surfburb

1090

Combinación

surfactante-burbuja

para una

concentración de

1090 ppm

[--]

surfburb Combinación

surfactante-burbuja

[--]

tajuste Tiempo entre

fotografías [

s]

u+

Velocidad

adimensional en

dirección del flujo

[--]

u Velocidad de

fricción

[--]

upromedio Valor promedio de

la velocidad en

dirección al flujo

con respecto al

tiempo

[m/s]

Umax Velocidad máxima

del flujo

[m/s]

x Coordenada

horizontal de

posición

[m]

y Coordenada vertical

de posición

[m]

y+

Distancia

adimensional en la

coordenada vertical

[--]

ALF.GRIEGO UNIDADES

Viscosidad

dinámica [N.s/m

2]

µm micras [

s]

m nanometros [m]

s nanosegundos [s]

Densidad [Kg/m3]

aditivo Esfuerzo de corte

en el flujo con

aditivos

[N/m2]

agua Esfuerzo de corte [N/m2]

en el flujo sin

aditivos

pared Esfuerzo de corte

en la pared

[N/m2]

INTRODUCCIÓN

La turbulencia es un fenómeno físico que tiene

una gran aplicación en la ingeniería mecánica.

Esto se debe a que los fluidos tienen un

comportamiento turbulento en más del 90% de

las aplicaciones industriales. La turbulencia se

define como el movimiento caótico de un fluido

en las direcciones “x”, “y” y “z” que varía con el

tiempo y también se caracteriza por fluctuaciones

aleatorias y rápidas de regiones giratorias del

fluido, llamadas remolinos, a través del flujo; por

lo que su análisis es extremadamente complicado

y a pesar de las innumerables investigaciones

realizadas, la teoría del flujo turbulento aún no se

conoce totalmente. La principal limitante que se

tiene en un estudio teórico es el hecho de que

siempre se tienen más incógnitas que ecuaciones

(closure problem). Por otra parte, los estudios

experimentales se enfocan en la medición de

diferentes características del fluido, entre los que

se tienen: campos de velocidad, esfuerzos

cortantes y de Reynolds, vorticidad, enstrofía,

etc[1].

Es aventurado tratar de definir el concepto de

flujo turbulento, pero se pueden describir sus

características más notorias es decir, aunque sus

características son impredecibles en detalle, sus

propiedades pueden ser evaluadas a lo largo del

tiempo empleando técnicas estadísticas [2].

Debido a la complejidad de la turbulencia, los

estudios experimentales se enfrentan a diferentes

limitantes dependiendo de la técnica de medición

empleada. La mayoría de las técnicas empleadas

son técnicas puntuales, esto limita la información

espacial (hilo caliente, láser Doppler). Esta

limitante se ve superada en parte por el PIV, la

cual permite visualizar las diferentes estructuras

que se tienen en un flujo turbulento en el espacio

y en el tiempo. Por otra parte, el estudio de los

flujos turbulentos se enfoca en una región muy

delgada conocida como capa límite turbulenta, el

principal obstáculo para obtener la información

completa de la misma es en ocasiones el tamaño

de la sonda (en el caso de hilo caliente) y en

otros casos la dificultad para realizar el montaje

(láser Doppler) [3].



El flujo turbulento en un canal es un problema de

considerable interés y que ha sido estudiado

experimentalmente por más de un siglo desde el

experimento clásico de Osborne Reynolds en

1880, en el cual se utilizó un tinte para visualizar

el flujo en un tubo [4]. En los últimos 15-20 años

avances en la tecnología han dado el uso de más

recursos cuantitativos en la medición del flujo.

Uno de tales avances es el PIV. Pavelyev

también estudió el flujo turbulento en un canal,

en donde reconoció los avances en las técnicas

de medición y analizó el problema de

inestabilidad en un flujo turbulento [6]. En

general, dentro de un flujo laminar las partículas

del fluido se mueven en línea recta y un simple

análisis matemático es posible. En contraste, las

trayectorias de las partículas en un flujo

turbulento son completamente irregulares y el

análisis matemático es sumamente complicado,

entonces las técnicas experimentales son

frecuentemente usadas. En un estudio de

Kameneva fue encontrado que cuando un flujo

de sangre es turbulento el rompimiento de las

células de sangre es notable en comparación a lo

que sucede cuando el flujo se encuentra bajo las

condiciones de un flujo laminar [6].

PIV es una técnica empleada para obtener

campos instantáneos de velocidad. Esto es

basado en la ecuación;

tiempo

distanciaVelocidad = (1)

En PIV se mide la distancia recorrida por un

grupo de partículas en el flujo en un intervalo de

tiempo conocido. Éstas son conocidas como

semillas o trazadores y son mezcladas

homogéneamente con el flujo. Diferentes tipos

de partículas son usadas dependiendo de la

naturaleza del flujo que va a ser investigado, las

cuales deben tener la capacidad de seguir las

líneas de trayectoria en el flujo para que sus

movimientos sean representativos en el flujo, y

esto exige que su densidad sea igual a la

densidad del fluido (de modo que sean

neutralmente flotantes) las partículas son tan

pequeñas que sus movimientos relativos al fluido

serán insignificantes. Durante la aplicación de

esta técnica es necesario que el área que se desea

investigar en el flujo sea iluminada por una hoja

de luz, la cual es usualmente generada por un

láser y un sistema de componentes ópticos. El

láser empleado con mayor frecuencia en sistemas

PIV es pulsante (no continuo) y se utiliza para

producir un efecto estroboscópico, congelando el

movimiento de las partículas. El tiempo entre los

pulsos de luz es el denominador en la ecuación

(1) [7]. La cámara empleada en este experimento

es Megaplus ES 1.0, la cual puede capturar 30

imágenes por segundo, con una resolución de

1008 x 1018 pix. El láser empleado es un

Nd:YAG, el cual produce a través de un arreglo

óptico una hoja de luz con una longitud de 532

nm (color verde) y una energía por pulso de 32

mJ (ver Figura 1).

Por otro lado, un fenómeno que tiene mucha

importancia en los flujos turbulentos sobre todo

en vehículos que se mueven a través de ellos, es

la fuerza de arrastre la cual se define como la

fuerza neta ejercida de un fluido sobre un cuerpo

en la dirección de flujo debida a los efectos

combinados de la fricción y la presión.

El arrastre debido a la fricción es la componente

de la fuerza de arrastre en la dirección del flujo,

por lo tanto depende del esfuerzo de corte en la

pared. El arrastre debido a fricción es cero para

una superficie plana normal al flujo, y máximo

para una superficie plana paralela al flujo, ya que

el arrastre debido a fricción en este caso es igual

a la fuerza de fricción total sobre la superficie

[8].

El arrastre juega un papel fundamental en los

flujos internos (tuberías, canales) por esta razón

las investigaciones y los métodos para reducirlo

se realizan desde los años 50 y a pesar de esta

gran historia muchos aspectos del problema

permanecen sin entenderse [9].

Figura 1 fotografía Instalación experimental



La presencia del arrastre provoca una

degradación de energía en varias aplicaciones de

la ingeniería tales como transporte de petróleo en

ductos, máquinas hidráulicas, y aplicaciones

marinas etc. La reducción del arrastre puede

tener beneficios ambientales y económicos que

pueden ser materializados en ahorro de dinero

[10].

Por otro lado, la producción y la forma en que se

usa energía generan un impacto ambiental en

todas las escalas, amenazando el desarrollo en el

futuro. La abundancia de energía, la falta de

conciencia sobre el impacto de su uso en el am-

biente, han facilitado por un lado, actividades

humanas, comerciales e industriales de consumo

intensivo e ineficiente de energía y por el otro, el

crecimiento desordenado de las ciudades, que

hoy en día son verdaderas máquinas de consumir

energía y producir enormes cantidades de resi-

duos que están devorando el medio natural.

Gran cantidad de sistemas se diseñan para

transportar un fluido de un lugar a otro con un

gasto, una velocidad y una diferencia de

elevación especificados, y durante este proceso

el sistema puede generar trabajo mecánico en un

turbina o puede consumir este tipo de trabajo en

una bomba o en un ventilador.

En estos sistemas no interviene la transformación

de energía nuclear, química o térmica en energía

mecánica. Así mismo, no incluye transferencia

de calor en cualquier cantidad significativa y, en

esencia, operan a temperatura constante. Los

sistemas de este tipo se pueden analizar de

manera conveniente, cuando se consideran sólo

las formas mecánicas de energía y los efectos de

fricción que hacen que se pierda la energía

mecánica (es decir, que se convierta en energía

térmica que suele no poder usarse para algún

propósito útil) [11].

Datos revelados por Wood indican que

aproximadamente el 25% de la energía

consumida en los Estados Unidos se usa para

vencer el arrastre. De la cual, el 16% recae en los

diferentes medios de transporte (vehículos

terrestres, marítimos y aéreos) [12], y el 9%

restante está relacionado con el consumo

eléctrico de los equipos de bombeo industriales y

residenciales. Es por eso que la implementación

de tecnologías de reducción del arrastre a los

distintos medios de transporte o sistemas de

bombeo, representan ahorros de miles de

millones de dólares anuales, y por ende, siendo

que el tema de la reducción del arrastre

turbulento no es nuevo, ha retomado un nuevo

auge mundial debido a la gran cantidad de dinero

que podría ser ahorrado.

DESARROLLO

Se determinaron los perfiles de velocidad

promedio en unidades del Sistema Internacional

y en unidades de la pared, así como la reducción

del arrastre y campos de vorticidad promedio

(adimensionalizada al multiplicarla por el

DHidráulico y dividirla por la upromedio) en un flujo

turbulento de agua para un número de Reynolds

Re = 5200 (el Re se obtuvo de las ecuaciones 2 y

3) adicionándole burbujas (que fueron

producidas por electrólisis y el conductor

eléctrico fue un delgado cable de cobre de 100

m de diámetro, alimentado por una fuente de

voltaje de 20 Volts de corriente directa. La

potencia suministrada al circuito se fijó en un

valor máximo de 0.354W, para evitar que los

efectos de la corrosión en el cátodo sean

considerables. El diámetro promedio de las

microburbujas de hidrógeno obtenidas de

aproximadamente 10 m ), surfactantes (champú

sin sulfato) y su combinación, para lo cual se

seleccionó el plano central horizontal de la zona

de pruebas 3 del canal que se muestra en la

Figura2.

upromedio = Q/A = 0.125m/s (2)

5200Re

HidraulicopromedioxDxu (3)

En la Figura 3. Se puede apreciar la matriz de

pruebas en la cual se indica que primero se

trabajó con agua (sin agentes externos) después

se agregaron burbujas (d = 10µm) y surfactantes

(champú sin sulfato) en concentraciones de 164,

Figura 2 Instalación experimental



545, 818 y 1090 ppm de forma independiente y

por último se hizo la combinación de ambas

técnicas.

Para estos experimentos se empleó la técnica de

velocimetría de imagen de partículas (PIV), la

cual consiste en tomar pares de fotografías a lo

largo del tiempo a la zona de pruebas (en este

caso la zona de pruebas 3) posteriormente son

correlacionadas por el software flow manager

para generar los campos de velocidad

instantánea, y el tiempo empleado entre

fotografías (tajuste) fue calculado con la distancia

del punto A (130 pix) al punto B (790 pix) del

escalón de la zona de pruebas 1 que es mostrado

en la Figura 4.

La distancia A-B es de 1cm, por lo tanto se hace

el siguiente cálculo:

10mm = 660pix

1mm =X =66pix

)u(x)f(

)I(x)25.0(x10x1=t

promediopx

AI6ajuste (4)

Donde: IAI es el tamaño del área de interrogación,

fpx es el equivalente de un pixel en milímetros,

upromedio es la velocidad promedio del flujo y el

0.25 es la distancia mínima que debe de recorrer

una partícula del área de interrogación.

Se sustituye en la ecuación (4)

ssegmx

pixxmxxxt

pxajuste 1100

)/125.0()66(

)32()001.0()25.0(101 6

De esta manera se determinó que el tiempo entre

fotografías debe ser de 1100µs. En la Figura 5 se

puede observar una fotografía de la zona de

pruebas 3.

El campo de velocidad promedio presentado en

la Figura 6 está promediado únicamente con

respecto al tiempo y en la Figura 7 se presenta

una pequeña sección (4 x 4 mm) de este mismo

campo de velocidades con la intención de que se

puedan apreciar mejor los vectores de velocidad

y en la Figura 8 se muestra promediado no úni-

camente con respecto al tiempo sino también con

respecto al espacio dando como resultado perfi-

les de velocidad promedio en la región de flujo

completamente desarrollado (zona de pruebas 3)

promediados temporalmente y espacialmente

para cada condición de trabajo.

Figura. 3 Matriz de pruebas.

Figura. 4 fotografía zona de pruebas 1

Figura.5 fotografía zona de pruebas 3



Es evidente que la velocidad aumenta o disminu-

ye dependiendo la condición de trabajo. Toman-

do como parámetro a la velocidad en el centro

del canal, la cual es la velocidad máxima (Umax)

que se puede alcanzar. Entonces, cuando se tra-

bajó únicamente con surfactantes la Umax au-

mentó 36.55, 30.79, 32.29 y 34.94 % para las

concentraciones de 164, 545, 818 y 1090 ppm

respectivamente. En el caso de las burbujas se

tiene un aumento del 33.76% y en la combina-

ción del surfactante (champú sin sulfato) con

burbujas se tienen aumentos considerables de

32.48, 32.71, 29.43 y 29.65 % para 164, 545,

818 y 1090 ppm respectivamente como queda

ilustrado en la Figura 9.

Figura 8 Perfiles de velocidad promedio en la zona de flujo

completamente desarrollado (zona de pruebas 3).

Figura 9 Variación de Umax para cada condición de trabajo

También se calcularon los esfuerzos de corte en

la pared y la velocidad de fricción para cada

condición sustituyendo los valores obtenidos de

los perfiles de velocidad en las ecuaciones 5 y 6.

pared

pareddy

du (5)

Donde µ es la viscosidad absoluta del agua (1cp),

du/dy es el gradiente de la velocidad con respec-

to a la distancia de la pared.

pared=u (6)

Donde es la densidad del solvente (agua).

Sustituyendo en la ecuación 7 el esfuerzo de

corte de la pared del agua con y sin aditivos se

obtienen los porcentajes de reducción del arras-

tre.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

X(mm)

Y(m

m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

X(mm)

Y(m

m)

05

10

15

20

0 50 100 150 200 250

Y(m

m)

U (mm/s)

Perfiles de Velocidad Promedio

Agua

burbujas

surf 164

surf 545

surf 818

surf 1090

surfbur164

surfbur 545

surbur 818

surbur 1090

0

5

10

15

20

25

30

35

40

% V

aria

cio

n U

max

Variación de Umax

Figura.7 Campo de velocidad promedio recortado zona de pruebas 3

Figura. 6 Campo de velocidad promedio zona de

pruebas 3



100X_

=%DRagua

aditivoagua

(7)

En las tablas 1 y 2 se muestran los valores de los

esfuerzos de corte, las velocidades de fricción y

los porcentajes de reducción del arrastre para

cada condición. En las cuales se muestra una

reducción del arrastre de 69.12% para burbujas,

para los surfactantes (champú sin sulfato) se

obtuvieron reducciones del arrastre para 164,

545, 818 y 1090 ppm de 11.47, 8.33, 14.86 y

49.32 % respectivamente, y en el caso donde se

combinaron ambas técnicas se tuvieron las ma-

yores reducciones del arrastre de 37.36, 76.78,

38.75 y 38.78% para 164, 545, 818 y 1090 ppm,

lo anterior queda ilustrado en la Figura 10. Sin

embargo, algo que llama fuertemente la atención

es lo que sucedió con la vorticidad promedio. En

la Figura 12, se ilustra el campo de vorticidad

promedio (adimensionalizada al multiplicarla por

el DHidraulico y dividirla por la upromedio) para la

condición sin agentes reductores del arrastre y

las condiciones donde se adicionó únicamente

surfactantes (champú sin sulfato) para 164, 545,

818 y 1090 ppm. En donde se ve que la vortici-

dad promedio aumenta considerablemente de 2 a

3 veces en la zona cercana de la pared para todas

las condiciones. Ahora en la Figura 13. Se puede

apreciar los campos de vorticidad promedio

(adimensionalizada al multiplicarla por el DHidrau-

lico y dividirla por la upromedio) para las condicio-

nes donde se adicionó burbujas y para las combi-

naciones burbujas y surfactantes (champú sin

sulfato) para las concentraciones de 164, 545,

818 y 1090 ppm, la vorticidad aumento de 3 a 4

veces.

Tabla 1.Valores del esfuerzo de corte, velocidad

de fricción y reducción del arrastre para burbu-

jas y surfactantes

(N/m2)

u*

(m/s) DR (%)

Agua 0.0914 0.0096 -

Burbujas 0.0282 0.0053 69.12

Surfactante(164ppm) 0.0809 0.0089 11.47

Surfactante(545ppm) 0.0838 0.0091 8.33

Surfactante(818ppm) 0.0778 0.0088 14.86

Surfactante(1090ppm) 0.0463 0.0068 49.32

Tabla 2.Valores del esfuerzo de corte, velocidad

de fricción y reducción del arrastre para las

combinaciones burbujas y surfactante

(N/m2)

u*

(m/s) DR (%)

Agua 0.0914 0.0096 -

Burbujas 0.0282 0.0053 69.12

SurfBurb(164ppm) 0.0573 0.0075 37.36

SurfBurb(545ppm) 0.0212 0.0046 76.78

SurfBurb(818ppm) 0.0560 0.0075 38.75

SurfBurb(1090ppm) 0.0559 0.0075 38.78

Figura. 10 Variación de la reducción del arrastre en

porcentajes para cada condición de trabajo

Sin embargo, siempre es importante

adimensionalizar con la finalidad de poder

comparar los resultados, lo cual se hizo

sustituyendo los valores de velocidad y distancia

con respecto a la pared en las ecuaciones 7 y 8.

u

u=u +

(7)

yu=y+ (8)

En la Figura 11. Se muestran los perfiles en

unidades de la pared, los perfiles que están deba-

jo del perfil de agua indican que el arrastre au-

menta y arriba que disminuye.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

%D

R



Figura. 11 Perfiles velocidad en unidades de la pared

Figura 12 Campos de vorticidad (adimensionalizada al

multiplicarla por el DHidraulico y dividirla por la upromedio) para

agua y surfactantes (champú sin sulfato) (164,545, 818 y

1090)

Figura 13 Campos de vorticidad (adimensionalizada al

multiplicarla por el DHidraulico y dividirla por la upromedio) para

burbujas y bubujas-surfactantes (164, 545, 818 y 1090 ppm)

CONCLUSIONES

Se determinaron los perfiles de velocidad pro-

medio y también los campos de vorticidad pro-

medio (adimensionalizada al multiplicarla por el

DHidraulico y dividirla por la upromedio) para cada

condición, en donde se observó que al adicionar

reductores del arrastre la velocidad y la vortici-

dad no tienen una tendencia como quedó demos-

trado en las gráficas de variación de velocidad

máxima y en los campos de vorticidad, al adicio-

nar los agentes reductores del arrastre tanto bur-

bujas, surfactantes (champú sin sulfato) y su

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 10 100

U+

Y+

PERFILES DE VELOCIDAD EN UNIDADES DE LA PARED Ley de la pared

Ley logaritmica

Agua

Burbujas

surf 164

surf 545

surf 818

surf 1090

surfburb 164

surfburb 545

surfburb 818

surfburb 1090

2 4 6 8 10 12 14 16

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

X(mm)

y(m

m)

Campo de Vorticidad Promedio Adimensionalizada (Agua)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)

Campo de Vorticidad Promedio Adimensionalizada (Surf164)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)

Campo de Vorticidad Promedio Adimensionalizada (surf545)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20


X(mm)

Y(m

m)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)


-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20


X(mm)

Y(m

m)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)

Campo de Vorticidad Promedio Adimensionalizada (Burbujas)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)

Campo de Vorticidad Promedio Adimensionalizada (surfburb 164)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)


-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20

X(mm)

Y(m

m)


-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20


X(mm)Y

(m

m)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

2 4 6 8 10 12 14 16

5

10

15

20


X(mm)

Y(m

m)

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02



combinación se aumentó la velocidad considera-

blemente de 30% a 35%, mientras la vorticidad

(adimensionalizada al multiplicarla por el DHidrau-

lico y dividirla por la upromedio) aumentó de 2 o 3

veces adicionando únicamente surfactantes

(champú sin sulfato) y cuando se uso burbujas o

sus combinaciones con las diferentes concentra-

ciones (164, 545, 818 y 1090 ppm) de surfactante

(champú sin sulfato) aumentó de 2 a 4 veces.

Cuando se utilizaron únicamente burbujas se

tuvo un aumento considerable en en la reducción

del arrastre del 70% y en la mezcla burbujas y

surfactantes (champú sin sulfato) se tuvieron los

mejores resultados en la reducción del arrastre

del 77% para la concentración de 545 ppm , por

lo que se llega a la conclusión de que hubo un

beneficio sinérgico al combinar ambas técnicas

para esta concentración, el cual consiste de que

el surfactante (champú sin sulfato) rompe la

tensión superficial y esto facilita que la inyección

de las burbujas se lleva a cabo en la subcapa de

amortiguamiento y a su vez las burbujas contri-

buyen a que las miscelas formadas por los sur-

factantes (champú sin sulfato) se transporten de

forma ordenada en una zona cercana a la pared,

por lo tanto ambas técnicas se ayudan . Pero es

necesario hacer un estudio energético ya que se

debe considerar que el adicionar burbujas (in-

yectadas por electrólisis) y surfactantes (champú

sin sulfato) consume una energía mayor que el

adicionar sólo uno y habrá que ver sí se ahorra

más energía que la que se consume, cuando se

usan ambas técnicas.

REFERENCIAS

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Gases” primera edición, México DF, Fondo de

cultura económica (2003).

(2) Van Dyke M. “An Album of Fluid Motion”

décima edición, Michigan, Cambridge (2005).

(3) Tsinober A. “An Informal Introduction to

Turbulence” primera edición, New York,

Springer Verlang (2001).

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(5) Cengel Y. “Mecànica de Fluidos” primera

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edición, New York, McGrawHill, (2006)

(7) Mathieu J. “An Introduction to Turbulent

Flow” primera edición, New York, Cambridge,

(2000).

(8) Cengel Y; Cimbala M. (2006) “Mecánica de

fluidos, fundamentos y aplicaciones” Mc Graw

Hill.

(9) Stephen B. Pope (2000) “Turbulent Flow”

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(10) J.A. Jimenez-Bernal Y.A. Hassan, C.del C.

Gutierrez-Torres, C. Estrada-Perez. (2003)

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Engineering Department

(11) White M. (2008) “Fluid Mechanics”.6TH

Edición, Ed. Prentice Hall . Ch. 7. P.P. 483-486.

(12) Wood M. (2004) “Impact of advanced aero-

dynamic technology on transport energy con-

sumption”. S.A.E


estudio experimental de un flujo …somim.org.mx/memorias/memorias2013/pdfs/a5/a5_21.pdf · ai...

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