Cumplimiento de las Condiciones de Diseño

Ya en la etapa final de nuestro proyecto es necesario revisar si han cumplido con las condiciones de diseño que fueron establecidas a comienzos de semestre.

Viendo nuestros costos vemos que nuestro dispositivo cumple perfectamente con la condición de no superar los $20.000 para su construcción, es mas sobra para preocuparnos ahora de mejorar su estética.

Nuestro dispositivo esta construido en su mayoría de madera, material muy fuerte y resistente, solo tiene una plancha de vidrio pero que va pegada encima de una plancha de madera por lo cual no será frágil y si llegase a romperse por cualquier motivo no se dispersaran los vidrios, por lo tanto nuestro prototipo es muy seguro y resistente.

El prototipo es de fácil manipulación tan solo hay que retirar un tapón para que este funcione, por lo que es muy adecuado para niños además de proporcionar información sobre un fenómeno que se puede ver co muchos fluidos cotidianos, por lo cual es muy educativo y didáctico.

Costos y Diseño Preliminar

Lista Materiales:

1. 1 metro Costanera Pino 1x2 pulgadas. $900

2. 1 metro Madera Pino 12x1 pulgadas. $3500

3. 1 Vidrio 1cm grosor (30x30) cm. $1500

4. Contenedor de plástico. $1000

5. Embudo plástico con abertura 0.8 cm diámetro. $1000

6. 50 cm Alambre 0.6 cm diámetro. $2500

7. 2 Litros Jabón Glicerina. $3000

8. Pegamento Agorex. $1200

Total $14600

El diseño consiste básicamente en un cajón hecho de madera de pino con una inclinación como muestra la figura 1. Encima de esta superficie inclinada se pega un vidrio delgado, por el cual se deslizará el líquido viscoso (jabon). Una costanera de 65 o 70 cm de largo se clava a la parte posterior del cajón. Esta costanera hace de poste y sostendrá el embudo que irá soltando gradualmente el chorro de líquido viscoso. El embudo se sostendrá con un alambre grueso que atravesará la costanera a través de pequeño agujeros, tomando una forma circular. Finalmente se pone un recipiente plástico pequeño que hará de colector de líquido viscoso. De esta manera se reutiliza el líquido viscoso.

Ensayos

Para el ensayo del prototipo procedimos a ocupar una base de vidrio y varios tipos de fluidos como shampoo, Quix, jabón de glicerina y miel. Ocupamos diferentes tipos de fluidos para así determinar si habían diferencias entre ellos en relación al efecto Kaye.

El primer ensayo fue hecho de la siguiente manera, pusimos la base de vidrio inclinada aproximadamente 60º y la bañamos con una capa del fluido que íbamos a ocupar para después de una altura aproximada de 25 cm dejar caer un chorro constante de fluido. Con esto pudimos comprobar que tanto como el shampoo y el jabón fueron muy buenos en mostrar el efecto Kaye ya que no demoro mas de 1 segundo en aparecer un chorro ascendente constante y con una muy buena distancia, el quix fue el que le siguió a estos dos con un chorro con menor distancia y como ultimo quedo la miel que no resulto un chorro constante, mas bien uno intermitente no muy largo. Después de esta prueba nos quedo claro que nuestro candidato para el prototipo tenia que ser el shampoo o el jabón y por cosa de costos elegimos el jabón.

El segundo ensayo que hicimos fue para determinar el mejor ángulo que debía estar la base de vidrio y la mejor altura del jabón. Para esto fuimos probando diferentes alturas y ángulos hasta que concluimos que con un ángulo aprox. de 45º y una altura de 20 cm era la mejor combinación, ya que se conseguía un chorro constante con una altura y longitud muy buena de aproximadamente 15 cm y en ocasiones era posible ver que el chorro rebotaba mas abajo en el vidrio creando otro chorro más.

En conclusión los ensayos fueron todo un éxito porque nos demostró en vivo el efecto Kaye y nos ayudo a hacer importantes modificaciones al diseño del prototipo final antes de la competencia.

Efecto Elegido

EFECTO KAYE

El efecto Kaye, es una extraña propiedad de los líquidos complejos. Lo que sucede es que mientras se vierte uno de estos líquidos sobre una superficie, ésta devuelve un chorro ascendente que tiende a combinarse con el choro que cae.
Para entenderlo mejor, lo explicaremos con más detalles. Supongamos que dejamos caer un chorro de un líquido viscoso sobre una superficie inclinada (bañada en el mismo líquido viscoso previamente). Debido al movimiento que se genera del fluido, la superficie se vuelve más líquida y el chorro resbala, devolviendo otro chorro ascendente. Este chorro que sale disparado hacia arriba tiende a combinarse con el que estaba cayendo.

Este efecto se da en fluidos tixotrópicos o con viscosidad variable como lo son el, barro, champú, miel, jabón de mano, pinturas, etc. Estas sustancias son también conocidas como no-newtonianos. El fluido tixotrópico al encontrarse en reposo contará con cierta viscosidad pero si golpeas lentamente su viscosidad disminuye.

Entender este fenómeno de fluidos no-newtonianos es importante cuando se extrae o transforma petróleo o algún líquido orgánico, como la sangre.

Un sorprendente fenómeno que se observa es que el chorro de salida de diámetro es considerablemente más grande que el diámetro del chorro que cae, indicando una menor velocidad en el líquido que salta. Las velocidades de entrada y salida de la reacción, V entrada y Vsalida, se mide por el seguimiento de microburbujas que figuran en el líquido transparente. Se cumple la ecuación de continuidad Ventrada Rentrada 2 = Vsalida Rsalida 2
Para este efecto se puede diseñar un dispositivo bien sencillo que consiste básicamente en lo que sale en la figura 1. Hay que poner un recipiente a 20 o 30 cm de altura lleno de líquido viscoso. Este recipiente tendrá un pequeño tapón que al sacar deja caer un chorro sobre una superficie inclinada que ya se encuentra previamente mojado de fluido por una propia bomba que se lo genera. Al pasar el rato de caer chorro debería dispararse un chorro hacia arriba. Todo el líquido caerá sobre un colector para así reutilizar el fluido.

¿POR QUÉ ELEGIMOS ESTE EFECTO?

Elegimos el efecto Kaye, por ser un efecto muy poco conocido. En general, se conocen muchos efectos de los fluidos, pero este es particularmente extraño y no se puede explicar por qué sucede, más que por ser una propiedad del fluido.

Por otro lado, pensando en los otros efectos que habíamos considerado; el efecto Weissenberg es muy conocido y muchos otros grupos también los estaban estudiando y, el efecto suelo, es muy complejo, costoso y difícil de mostrar. El efecto Kaye resultó ser el más original frente a los otros dos.

Otra cosa que encontramos interesante sobre este efecto, es que está presente en fluidos tixotrópicos. Esta propiedad la poseen muchos líquidos no-newtonianos muy comunes y cotidianos que se encuentran en todas las casas, como por ejemplo; jabón líquido, champúes, pinturas, miel, barro, ketchup, etc. Por lo tanto, es probable que la mayoría de la gente haya presenciado este fenómeno más de alguna vez sin haberle dado crédito alguno o sin haberse dado cuenta de la extrañeza de lo sucedido. Nos resultó fascinante como puede ser a la vez cotidiano, pero muy extraño.