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Juan Carlos GilSilvana TapiaLuisa AchaerandioGastón GiribetFrancis VillatoroHéctor SocasIgnacio Crespovelocidad angular rotor activonúmero de reinos determinadorégimen intermedio viscosidad inerciajuan carlos gil experimentodistancia entre rotores y flujotamaño celda confinamiento experimentoparedes moldean flujo sistemaacoplamiento de giro entre rotoresdiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidosrotor pasivo contra motor activophysical review letters experimento rotorvelocidad de giro del rotor activocolor rojo corrotación como cadena bicifigura 2 panel b del artículorotor pasivo y contrarotacióncizalla del fluido en rotor activotorque y contribuciones opuestasJuan Carlos GilPhysical Review Lettersnúmero de ReynoldsJesse Ethan SmithLeif RistroffJung ZhangUniversidad de Nueva YorkNYUFigura 2
Physical Review Letters experimento rotor
Con
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Juan Carlos Gil continúa explicando detalles experimentales sobre un estudio publicado en Physical Review Letters, específicamente cómo se manipulan los parámetros del experimento para controlar el flujo de fluidos.
…los dos cilindros. Uno de estos cilindros es activo, es decir, gira con un motor a una velocidad angular perfectamente controlada y el otro es pasivo; se monta con un rozamiento lo más bajo posible de forma que pueda girar libremente si el fluido le arrastra. Y con este montaje pueden variar tres cosas de manera independiente. Primero, la velocidad angular del rotor activo que va a determinar, porque el fluido está determinado, va a determinar el número de reinos; van a trabajar siempre en un régimen intermedio donde hay competición entre viscosidad e inercia. Veremos por qué luego. La segunda cosa que pueden cambiar es la distancia entre ambos rotores y la tercera el tamaño de la celda del confinamiento. Cuánto de cerca están los rotores de las paredes, ¿por qué? Porque las paredes también van a moldear el flujo general del sistema. Así que lo que hacen es poner el rotor activo a girar y miden qué le pasa, cómo se mueve el rotor pasivo en relación al otro, lo que se llama relación de transmisión; y no creáis que hacen un experimento puntual o unos cuantos, no, no, lo que hacen es estudiar el diagrama de fases completo de este sistema. Hacen un mapa del problema con 1300 combinaciones de parámetros, o sea que se han tirado un rato en el laboratorio y analizan entonces con mucho detalle, mediante cámaras y demás, ponen burbujas, muy simpático, ponen burbujas de aire dentro del fluido para visualizarlas mejor, pues ven eso, cómo se reorganiza el fluido, cómo se crean y destruyen remolinos, cómo aparecen inestabilidades; y bueno, a la postre determinan el sentido de giro y la velocidad del rotor pasivo. ¿Y cómo gira el rotor pasivo? Pues ahí está la sorpresa, siempre tiene que haberla si no que aburrida. A veces gira en sentido contrario del motor activo, como harían dos engranajes enfrentados, pero en una zona bastante amplia del mapa de parámetros este que os he comentado, sobre todo al aumentar la velocidad de giro del rotor activo y con ello el número de reinos del sistema, el rotor pasivo gira en el mismo sentido que el activo, como si estuviesen conectados por una suerte de correa invisible. Si miréis el artículo se ve, bueno, es muy visual y muy chulo, en la figura 2, panel B del artículo, donde el color azul indica contrarotación, es decir, comportamiento tipo engranajes clásico, y el color rojo corrotación, lo que sería la cadena de la bici. y bueno, si veis el mapa de rojos y azules, desde luego es de todo menos trivial, o sea que están ocurriendo cosas simpáticas. ¿Cómo estudian esas cosas? Pues también como solemos hacer, construyendo un modelo físico y explorándolo. Lo que hacen es ultra sencillo: dividen el perímetro, la circunferencia del rotor pasivo en dos regiones, el que está enfrentado al rotor activo que va a sufrir una cizalla del fluido directa y por tanto va a tender a hacerlo girar en contrarotación como un engranoje, mientras que el lado opuesto en la cizalla va a actuar en el lado opuesto del cilindro pues en sentido contrario. Así que el sentido final del giro del rotor pasivo va a depender de estas dos contribuciones de cizalla: cuál de ellas gane el pulso del torque, porque siempre va a haber dos efectos opuestos. Estudian entonces este modelo y determinan que esta transición entre el comportamiento tipo engranaje al tipo correa no ocurre por un solo mecanismo, sino que identifican hasta tres distintos. Al primero lo llaman topológico, es el primero porque casi es el…
Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce un artículo científico publicado en Physical Review Letters sobre el acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #2acoplamiento de giro entre rotoresfluido mediando la rotaciónphysical review letters y smithnyu campus shanghai jung zhang…el contacto y según las circunstancias permitir variando algún parámetro del sistema que el chisme se comportase o bien como un engranaje invirtiendo el giro o bien como una correa manteniéndolo? Bueno, pues es ahí donde aparece, como podéis imaginar, el Artículo del que os voy a hablar, que se llama Acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido. Fue publicado el 13 de enero, hace un mes, en Physical Review Letters. Los autores son Jesse Ethan Smith, Leif Ristroff y Jung Zhang, todos de la Universidad de Nueva York, el NYU, y el último, que sonaba a chino, pues efectivamente porque está en el campus de la NYU en Shanghai. La pregunta a la que estos autores querían dar respuesta es: ¿Cómo se transmite la rotación entre objetos a través de un fluido? Porque, a ver, en realidad el artículo no trata de engranajes. Eso ha sido rollo mi clipbait. Lo que hace es estudiar eso: la interacción entre partes mecánicas mediadas por un flujo. Cómo el movimiento de un objeto reorganiza un fluido a su alrededor y cómo ese fluido puede influir en otros objetos más…
Juan Carlos Gil continúa explicando detalles experimentales sobre un estudio publicado en Physical Review Letters, específicamente cómo se manipulan los parámetros del experimento para controlar el flujo de fluidos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #1velocidad angular rotor activonúmero de reinos determinadorégimen intermedio viscosidad inerciajuan carlos gil experimentodistancia entre rotores y flujotamaño celda confinamiento experimentoparedes moldean flujo sistemaacoplamiento de giro entre rotoresdiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidosrotor pasivo contra motor activophysical review letters experimento rotorvelocidad de giro del rotor activocolor rojo corrotación como cadena bicifigura 2 panel b del artículorotor pasivo y contrarotacióncizalla del fluido en rotor activotorque y contribuciones opuestas…los dos cilindros. Uno de estos cilindros es activo, es decir, gira con un motor a una velocidad angular perfectamente controlada y el otro es pasivo; se monta con un rozamiento lo más bajo posible de forma que pueda girar libremente si el fluido le arrastra. Y con este montaje pueden variar tres cosas de manera independiente. Primero, la velocidad angular del rotor activo que va a determinar, porque el fluido está determinado, va a determinar el número de reinos; van a trabajar siempre en un régimen intermedio donde hay competición entre viscosidad e inercia. Veremos por qué luego. La segunda cosa que pueden cambiar es la distancia entre ambos rotores y la tercera el tamaño de la celda del confinamiento. Cuánto de cerca están los rotores de las paredes, ¿por qué? Porque las paredes también van a moldear el flujo general del sistema. Así que lo que hacen es poner el rotor activo a girar y miden qué le pasa, cómo se mueve el rotor pasivo en relación al otro, lo que se llama relación de transmisión; y no creáis que hacen un experimento puntual o unos cuantos, no, no, lo que hacen es estudiar el diagrama de fases completo de este sistema. Hacen un mapa del problema con 1300 combinaciones de parámetros, o sea que se han tirado un rato en el laboratorio y analizan entonces con mucho detalle, mediante cámaras y demás, ponen burbujas, muy simpático, ponen burbujas de aire dentro del fluido para visualizarlas mejor, pues ven eso, cómo se reorganiza el fluido, cómo se crean y destruyen remolinos, cómo aparecen inestabilidades; y bueno, a la postre determinan el sentido de giro y la velocidad del rotor pasivo. ¿Y cómo gira el rotor pasivo? Pues ahí está la sorpresa, siempre tiene que haberla si no que aburrida. A veces gira en sentido contrario del motor activo, como harían dos engranajes enfrentados, pero en una zona bastante amplia del mapa de parámetros este que os he comentado, sobre todo al aumentar la velocidad de giro del rotor activo y con ello el número de reinos del sistema, el rotor pasivo gira en el mismo sentido que el activo, como si estuviesen conectados por una suerte de correa invisible. Si miréis el artículo se ve, bueno, es muy visual y muy chulo, en la figura 2, panel B del artículo, donde el color azul indica contrarotación, es decir, comportamiento tipo engranajes clásico, y el color rojo corrotación, lo que sería la cadena de la bici. y bueno, si veis el mapa de rojos y azules, desde luego es de todo menos trivial, o sea que están ocurriendo cosas simpáticas. ¿Cómo estudian esas cosas? Pues también como solemos hacer, construyendo un modelo físico y explorándolo. Lo que hacen es ultra sencillo: dividen el perímetro, la circunferencia del rotor pasivo en dos regiones, el que está enfrentado al rotor activo que va a sufrir una cizalla del fluido directa y por tanto va a tender a hacerlo girar en contrarotación como un engranoje, mientras que el lado opuesto en la cizalla va a actuar en el lado opuesto del cilindro pues en sentido contrario. Así que el sentido final del giro del rotor pasivo va a depender de estas dos contribuciones de cizalla: cuál de ellas gane el pulso del torque, porque siempre va a haber dos efectos opuestos. Estudian entonces este modelo y determinan que esta transición entre el comportamiento tipo engranaje al tipo correa no ocurre por un solo mecanismo, sino que identifican hasta tres distintos. Al primero lo llaman topológico, es el primero porque casi es el…
Juan Carlos Gil describe el comportamiento experimental del acoplamiento de giro entre rotores, explicando cómo el aumento de la velocidad de giro del rotor principal provoca un efecto similar a una centrifugadora.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2acoplamiento de giro entre rotoresrotor principal y centrifugadorafigura 4 analogía mecánicaengranaje líquido fantasma…interior entre ellos, que es la que haría el efecto tipo engranaje, pues deja de ser eficaz. Ya no hay moleculitas, no se pueden formar grandes remolinos y acaba dominando el arrastre exterior de la corrotación. Y el tercero es inercial, el que decíamos en el Comportamiento experimental. Si aumentamos mucho la velocidad de giro del rotor principal, la inercia empuja el flujo hacia afuera, como si fuese una centrifugadora y al echarlo hacia afuera se escapa por detrás también del rotor pasivo y se favorece el comportamiento otra vez tipo correa. También esto se ve fenomenal en la figura 4, en la que además han hecho dibujitos como si fuese una analogía mecánica y se ven los tres comportamientos. Se puede comportar como si hubiese un engranaje líquido fantasma intermedio, como si estuviese unido por una correa debido a La geometría, o como una correa impulsada por la inercia cuando el fluido sale disparado hacia los bordes. Son los casos 1, 2 y 3 de la figura que me preocupa en contarlos en orce. Bueno pues, bastante chulo, pero no, a ver, esto no va a servir para mover…