Física (plan 2002) 2022-1

Optativas, Temas Selectos de Mecánica de Fluidos I

Técnicas experimentales de Visualización de Fluidos 2022-I.

Profesores:

Carlos Echeverría Arjonilla email:carlosea1982@ciencias.unam.mx

David Porta Zepeda email: davidporta@ciencias.unam.mx

El objetivo del curso es introducir al alumno a las principales técnicas experimentales utilizadas en la mecánica de fluidos, la complejidad de las ecuaciones que describen a los fluidos pocas veces se pueden resolver de manera analítica, por lo que la visualización aporta información que ayuda a entender el comportamiento de los mismos. En el curso se dará toda la información necesaria.

Debido a la pandemia en esta ocasión el curso se impartirá de manera semipresencial, en las siguientes plataformas: Google Meet, Google Clasroom, Facebook y Whatsapp.

El semestre 2020-II, 2021-I y 2021-II tuvimos la grata experiencia de ver proyectos caseros con excelentes resultados y un gran desempeño de nuestros ahora exalumnos. Si bien es difícil hacer un experimento casero, no es imposible ni mucho menos y estamos convencidos de que es una buena oportunidad para todos ya que permite explotar la creatividad.

El curso se cubrirá en su totalidad de manera semipresencial, se tendrán sesiones en Meet para explicar actividades experimentales o prácticas (todas las sesiones de Meet serán grabadas y estarán disponibles para los alumnos), algunas clases teóricas y sesiones de dudas. Durante los experimentos los profesores y ayudantes estarán al tanto vía Telegram para asistir en las actividades, las cuales serán a la hora de clase. Se realizaran actividades en Google Classroom y Facebook y todo se entregara por estos mismos medios.

Debido a que hay técnicas que no se pueden realizar al 100% en casa, se cubrirá el temario dando un peso mayor para las técnicas de análisis utilizando Gimp, ImageJ y Matlab. Estas herramientas se utilizaran con el material generado por los alumnos en los experimentos realizados.

El curso se evaluara con tareas, exposiciones y un proyecto experimental final.

Porcentajes tentativos:

·50% Proyecto final

·30% Tareas

·20% Prácticas

Repaso de óptica geométrica

• Frentes de Onda (Plana, Esférica y Gaussiana) Lentes (convergentes, divergentes, cilíndricas, rayos paralelos)
• Lentes cilíndricas, asféricas, lentes compuestas)
• Trazado de rayos
• Color (RGB y CMYK)

Cámaras digitales

• Fotografía Analógica y Digital
• Historia
• Composición
• Distancia Focal
• Tipos de lentes (Macro, Tele-macro, gran angular)
• Diafragma
• Profundidad de campo
• Tiempo de Exposición
• Tipo de Grano (ISO)
• Balance de blanco
• Auto enfoque
• Zoom (Digital y óptico)
• Detectores (CCD y CMOS)

Fotografía de alta velocidad

• Tipos de iluminación
• Luz natural
• Luz incandescente
• Luz laser
• Luz LED

Análisis de imágenes

• Introducción a Gimp y ImageJ
• Procesos de medición

Repaso de mecánica del medio continúo

• Ecuación de continuidad
• Ecuaciones de Navier-Stokes
• Ecuación de la Energía
• Número de Reynolds y Viscosidad
• Líneas de Corriente, traza, etc
• Vorticidad
• Flujo potencial
• Análisis de orden de magnitud
• Capa límite
• Turbulencia

Técnicas de visualización cualitativas

• Pintura Sensible a la Temperatura (TSP) y Pintura Sensible a la Presión PSP
• Trazadores
• Túnel de viento
• Shadowgraph
• Ecuación de Lorenz-Lorentz
• Distribución de la intensidad de la luz
• Directo y Rayos paralelos
• Schlieren
• Arreglo con lentes
• Arreglo Z de espejos
• Toepler
• Interferometría

Técnicas de visualización cuantitativas

• Anemometría (1h teoría)
• LDA (1h teoría)
• PIV (Introducción y experimentos)
• PIVLab
• BOS Background Oriented Schlieren

Diseño y planeación de experimentos de fluidos

• Revisión de artículos y videos

Proyecto final

Referencias utilizadas en el curso:

• E. Hetch. Óptica. Edit Addison Wesley, 2000
• K. Kundu & M. Cohen. Fluid Mechanics. Edit Academic Press second edition, 2002.
• W. Fox & T. McDonald. Introduction to fluid mechanics Edit JOHN WILEY & SONS, INC 2011.M.
• T. Liu & J. P. Sullivan. Pressure and Temperature Sensitive Paints. Edit Springer, 2005.
• S. Settles. Schlieren and shadowgraph Technique, Visualizing Phenomena in Transparent Media. USA, Edit. Springer, 1949.
• J. Goldstein. Fluid Mechanics Mesurements. USA, Edit. Taylor&Francis, 1996.
• M Raffel, C. Willert & J. Kompenhans. Particle Image Velocimetry, a pratical guide. USA, Edit. Springer, second edition, 2007.
• V. D. Milton. An Album of Fluid Motion. Edit The Parabolic Press, 1982.
• M. Samimy et. al. A Gallery of Fluid Motion. Edit Cambridge University Press, 2003.
• A.J Smits, & T.T. Lim. Flow Visualization Techniques and Examples. Imperial College Press, 2000
• D. C. Baird., Experimentación., Pearson Educación., México 1991
• G. L. Squires., Practical Phisics., Cambridge,. United Kingdom 2001