Rugosidad y textura de superficies: Experimentos y simulaciones

In this work, some elements of fractal geometry are used to study and characterizesurface roughness. The materials under study are natural aggregates commonly used in the construction industry. Both experimental and theoretical approaches are used. In particular, we explore lacunarity analysis ¿a multi-scaled method derived from fractal geometry-used for the describing patterns and dispersion. We illustrate its application to characterize surface roughness. Limitations and advantages of this approach are also discussed.En este trabajo se aplican algunos elementos de la geometría fractal al estudio y caracterización de la rugosidad superficial. Los materiales bajo estudio consisten en agregados naturales, de amplia aplicación en la industria de la construcción. Se aplican tanto técnicas experimentales basadas en análisis de imágenes como modelos teóricos. En particular se explora el potencial de la lacunaridad –un método de análisis derivado de la geometría fractal, para describir patrones y dispersión espacial. Los resultados ilustran su aplicación en la caracterización de rugosidad superficial. Se discuten igualmente, limitaciones y ventajas de esta aproximación

Sedimentación de una esfera en un cilindro vertical con paredes de radio variable

We study both experimentally and numerically the motion of a solid sphere settling under gravity through a viscous incompressible Newtonian fluid confined within a vertical cylinder whose radius changes periodically along its length. We explore the response of a settling particle to sudden changes in the geometry of the container which due to hydrodynamic wall effects induces periodic accelerations and decelerations of the particle. Experimental observations are presented for the case where the periodic changes in cylinder radius take place abruptly as well as for the case when the change is gradual. The experimental data are obtained for Reynolds numbers of the particle in the range 1 x10^-4 to 1000. A comparison is made by solving the equation of motion of the sphere --Maxey & Riley (1983)-- with and without the history integral term. The experimental observations indicate the relevant role played by the Boussinesq-Basset force which gives a more precise prediction of the particle sedimentation velocity.El problema de evaluar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo rígido sumergido en un fluido estancado o en flujo es un problema clásico de la mecánica de fluidos. Tiene implicaciones importantes en muchas aplicaciones de ingeniería que involucran flujos multifásicos e.g., sedimentación, flujo de suspensiones, suspensiones coloidales, etc. En este trabajo se estudia experimental y computacionalmente el movimiento de una esfera sólida que se sedimenta bajo la acción de la gravedad en un fluido Newtoniano confinado dentro de un cilindro vertical cuyo radio cambia periódicamente a lo largo de su longitud. Se estudia entonces la respuesta de la esfera a los cambios súbitos de la geometría del recipiente contenedor, el cual debido a efectos hidrodinámicos de pared, induce aceleraciones y desaceleraciones periódicas de la partícula con consecuencias importantes para la fuerza de Basset. Se presentan observaciones experimentales para el caso en el que los cambios en el radio del cilindro tiene lugar abruptamente y para el caso cuando el cambio es gradual. Se comparan dichos resultados con datos de un cilindro con radio uniforme. Los datos experimentales se obtienen para en un rango de número de Reynolds de 1x10^-4 a 1000, rango en el cual se determinan la velocidad media de sedimentación y el coeficiente de arrastre y se comparan con aproximaciones teóricas y semiempíricas. Igualmente, se comparan las observaciones experimentales con las obtenidas computacionalmente aplicando la ecuación de movimiento propuesta por Maxey y Riley

Impacto inelástico de una partícula sobre una superficie

In this work, we present basic theoretical foundations on the experimental evaluation of the restitution coefficient, applying three different methods. We have study experimentally the normal collision of a sphere, without rotation on a perfectly flat surface; exploring a range of materials, impact velocities and particle sizes. The results reveal the consistency of the three methods, which yield complementary information. A simplified numerical method that reproduces the experimental observations has also been implemented.En este estudio se presentan fundamentos básicos sobre la evaluación experimental del coeficiente de restitución aplicando tres métodos de estimación diferentes. Experimentalmente se ha estudiado la colisión normal de una esfera sin rotación sobre una pared plana lisa, explorando un rango significativo de materiales, velocidades de impacto y tamaños de partícula. Los resultados muestran la consistencia de las tres metodologías, las cuales rinden información complementaria. Se ha aplicado un modelo simplificado que reproduce de manera satisfactoria las observaciones experimentales

Ambientes virtuales para la enseñanza de la mecánica de fluidos: Algunos ejemplos simplificados aplicando ANSYS

For a Virtual Learning Environments to support real learning, they must promote effective teaching--learning processes and interactions at the highest level possible. In this paper we show how a computational tool such as ANSYS can provide a Virtual Environment for the learning and/or teaching of fluid mechanics not just at the pre-graduate but also at the graduate levels. Computer simulations, --using ANSYS/FLOTRAN or any other software with equivalent capabilities--, are of greatt importance in the context of fluid mechanics teaching due to the fact that they support a very powerful simulation environment, that can be used, not only, for forming and understanding of ideas and concepts, but also as a tool for the design and optimization of processes of practical use.Para que un ambiente de enseñanza virtual pueda soportar un aprendizaje real, dichos ambientes deben proveer interacciones enseñanza-aprendizaje de alto nivel. En este artículo, se muestra como una herramienta computacional como ANSYS puede proveer un ambiente virtual para el aprendizaje de la mecánica de fluidos no sólo a nivel de pregrado si no también a niveles superiores. Las simulaciones computacionales, --aplicando ANSYS/FLOTRANCFD o cualquiera otro software de capacidades similares--, en el contexto de la enseñanza de la mecánica de fluidos son de interés fundamental dado que soportan un ambiente de simulación poderoso que puede aplicarse no sólo a la comprensión de ideas y conceptos fundamentales sino tambien al diseño y optimización de procesos de aplicación práctica

Impacto inelástico de una partícula sobre una superficie

In this work, we present basic theoretical foundations on the experimental evaluation of the restitution coefficient, applying three different methods. We have study experimentally the normal collision of a sphere, without rotation on a perfectly flat surface; exploring a range of materials, impact velocities and particle sizes. The results reveal the consistency of the three methods, which yield complementary information. A simplified numerical method that reproduces the experimental observations has also been implemented.En este estudio se presentan fundamentos básicos sobre la evaluación experimental del coeficiente de restitución aplicando tres métodos de estimación diferentes. Experimentalmente se ha estudiado la colisión normal de una esfera sin rotación sobre una pared plana lisa, explorando un rango significativo de materiales, velocidades de impacto y tamaños de partícula. Los resultados muestran la consistencia de las tres metodologías, las cuales rinden información complementaria. Se ha aplicado un modelo simplificado que reproduce de manera satisfactoria las observaciones experimentales

Impacto inelástico de una partícula sobre una superficie

En este estudio se presentan fundamentos básicos sobre la evaluación experimental del coeficiente de restitución aplicando tres métodos de estimación diferentes. Experimentalmente se ha estudiado la colisión normal de una esfera sin rotación sobre una pared plana lisa, explorando un rango significativo de materiales, velocidades de impacto y tamaños de partícula. Los resultados muestran la consistencia de las tres metodologías, las cuales rinden información complementaria. Se ha aplicado un modelo simplificado que reproduce de manera satisfactoria las observaciones experimentales

Rugosidad y textura de superficies: experimentos y simulaciones

En este trabajo se aplican algunos elementos de la geometría fractal al estudio y caracterización de la rugosidad superficial. Los materiales bajo estudio consisten en agregados naturales, de amplia aplicación en la industria de la construcción. Se aplican tanto técnicas experimentales basadas en análisis de imágenes como modelos teóricos. En particular se explora el potencial de la lacunaridad ¿un método de análisis derivado de la geometría fractal, para describir patrones y dispersión espacial. Los resultados ilustran su aplicación en la caracterización de rugosidad superficial. Se discuten igualmente, limitaciones y ventajas de esta aproximació

Rugosidad y textura de superficies: Experimentos y simulaciones

In this work, some elements of fractal geometry are used to study and characterizesurface roughness. The materials under study are natural aggregates commonly used in the construction industry. Both experimental and theoretical approaches are used. In particular, we explore lacunarity analysis ¿a multi-scaled method derived from fractal geometry-used for the describing patterns and dispersion. We illustrate its application to characterize surface roughness. Limitations and advantages of this approach are also discussed.En este trabajo se aplican algunos elementos de la geometría fractal al estudio y caracterización de la rugosidad superficial. Los materiales bajo estudio consisten en agregados naturales, de amplia aplicación en la industria de la construcción. Se aplican tanto técnicas experimentales basadas en análisis de imágenes como modelos teóricos. En particular se explora el potencial de la lacunaridad –un método de análisis derivado de la geometría fractal, para describir patrones y dispersión espacial. Los resultados ilustran su aplicación en la caracterización de rugosidad superficial. Se discuten igualmente, limitaciones y ventajas de esta aproximación

Sedimentación de una esfera en un cilindro vertical con paredes de radio variable

El problema de evaluar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo rígido sumergido en un fluido estancado o en flujo es un problema clásico de la mecánica de fluidos. Tiene implicaciones importantes en muchas aplicaciones de ingeniería que involucran flujos multifásicos e.g., sedimentación, flujo de suspensiones, suspensiones coloidales, etc. En este trabajo se estudia experimental y computacionalmente el movimiento de una esfera sólida que se sedimenta bajo la acción de la gravedad en un fluido newtoniano confinado dentro de un cilindro vertical cuyo radio cambia periódicamente a lo largo de su longitud. Se estudia entonces la respuesta de la esfera a los cambios súbitos de la geometría del recipiente contenedor, el cual, debido a efectos hidrodinámicos de pared, induce aceleraciones y desaceleraciones periódicas de la partícula con consecuencias importantes para la fuerza de Basset. Se presentan observaciones experimentales para el caso en el que los cambios en el radio del cilindro tienen lugar abruptamente y para el caso cuando el cambio es gradual. Se comparan dichos resultados con datos de un cilindro con radio uniforme. Los datos experimentales se obtienen para en un rango de número de Reynolds de 1x10-4 a 1000, rango en el cual se determinan la velocidad media de sedimentación y el coeficiente de arrastre y se comparan con aproximaciones teóricas y semiempíricas. Igualmente, se comparan las observaciones experimentales con las obtenidas computacionalmente aplicando la ecuación de movimiento propuesta por Maxey y Riley

Ambientes virtuales para la enseñanza de la mecánica de fluidos: algunos ejemplos simplificados aplicando ANSYS

Para que un ambiente de enseñanza virtual pueda apoyar un aprendizaje real, dicho ambiente debe proveer interacciones enseñanza-aprendizaje de alto nivel. En este artículo se muestra cómo una herramienta computacional como ANSYS puede proveer un ambiente virtual para el aprendizaje de la mecánica de fluidos no sólo en pregrado sino también en niveles superiores. Las simulaciones computacionales, --aplicando ANSYS/FLOTRAN-CFD o cualquier otro software de capacidades similares--, en el contexto de la enseñanza de la mecánica de fluidos son de interés fundamental dado que soportan un ambiente de simulación poderoso el cual puede aplicarse no sólo a la comprensión de ideas y conceptos fundamentales, sino también al diseño y optimización de procesos de aplicación práctica