Estudio experimental de ondas superficiales de gravedad bajo forzante armónico en fluidos pseudoplásticos

Abstract

Las ondas superficiales de gravedad son aquellas perturbaciones del equilibrio estático que se propagan a través de la superficie de un fluido y en donde predominan los efectos gravitacionales. Estas han sido ampliamente estudiadas para el caso del agua, donde su baja viscosidad permite realizar aproximaciones que facilitan el desarrollo analítico. El desarrollo analítico del caso viscoso ha sido propuesto y comprobado experimentalmente por diferentes autores, mientras que el caso no newtoniano no ha sido ampliamente desarrollado, de modo la respuesta de este tipo de fluidos en función de su posición, ante una perturbación armónica, no ha sido estudiada. Para determinar la respuesta de un fluido pseudoplástico bajo un forzante armónico, se opta por el desarrollo experimental. En este, se utiliza una mezcla de goma xanthan con agua destilada al 0,58% peso/peso, la cual presenta un comportamiento pseudoplástico a bajas tasas de deformación, incluso menores a las esperadas para este estudio. Para determinar los efectos que la viscosidad pueda tener sobre la longitud de onda, la celeridad o la atenuación, se realizan 3 campañas de experimentos, las que contemplan 50 configuraciones de amplitud (1 a 3 cm) y frecuencia (3 a 5 Hz). La instalación experimental consiste en un canal de acrílico y una paleta accionada por servomotor y controlada por Arduino. Para la medición de la deformación de la superficie se utiliza la perfilometría por transformada de Fourier (FTP). Los resultados obtenidos para la longitud de onda, celeridad y atenuación son comparados con el comportamiento teórico y experimental para el agua y glicerina al 70%. Se determina que la amplitud decae exponencialmente a lo largo del canal, de modo que el coeficiente de atenuación aumenta con la frecuencia aplicada. La longitud de onda disminuye a medida que se aumenta la frecuencia aplicada, pero aumentan a medida que la onda se propaga en función de la posición en el canal y la frecuencia aplicada. No se cuantificó la variación de la tasa de deformación angular a lo largo del canal, pero se concluye a partir de los resultados obtenidos que esta disminuye a lo largo del canal producto de la disminución de la amplitud.