Impacto de las condiciones de contorno en el comportamiento de fluidos no Newtonianos en flujos turbulentos un estudio experimental y numérico.
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Date
2025-09
Authors
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Publisher
Ecuador : La Maná Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC)
Abstract
Este estudio abordó la influencia de las condiciones de contorno en el comportamiento de fluidos no newtonianos bajo flujos turbulentos, utilizando métodos experimentales y numéricos. El objetivo fue determinar cómo variaciones en la rugosidad del conducto y la temperatura afectaron las propiedades de transporte y la estructura del flujo. En la metodología, se realizaron ensayos en túneles de flujo equipados con sensores de velocidad y tensión de corte, junto con simulaciones numéricas mediante modelos CFD que incorporaron leyes de viscosidad como Carreau y Herschel‑Bulkley. Los resultados mostraron que la rugosidad aumentó las pérdidas de energía en hasta un 30 %, especialmente en fluidos dilatantes, mientras que la temperatura redujo significativamente la viscosidad y aumentó la velocidad promedio del flujo. Se observaron también perfiles de velocidad más uniformes en conductos lisos y menor generación de turbulencia a temperaturas más altas. En conclusión, tanto la rugosidad superficial como la temperatura tuvieron un impacto relevante en el comportamiento de fluidos no newtonianos en flujo turbulento. Los hallazgos demostraron que el uso combinado de datos experimentales y simulaciones CFD permitió validar los modelos numéricos con márgenes de error inferiores al 3 %, ofreciendo herramientas prácticas para optimizar sistemas industriales.
Description
This study addressed the influence of boundary conditions on the behavior of non-Newtonian fluids under turbulent flows, using experimental and numerical methods. The objective was to determine how variations in duct roughness and temperature affected the transport properties and flow structure. In the methodology, tests were conducted in flow tunnels equipped with velocity and shear stress sensors, along with numerical simulations using CFD models that incorporated viscosity laws such as Carreau and Herschel-Bulkley. The results showed that roughness increased energy losses by up to 30%, especially in dilatant fluids, while temperature significantly reduced viscosity and increased the average flow velocity. More uniform velocity profiles were also observed in smooth ducts and less turbulence generation at higher temperatures. In conclusion, both surface roughness and temperature had a significant impact on the behavior of non-Newtonian fluids in turbulent flow. The findings demonstrated that the combined use of experimental data and CFD simulations allowed for the validation of numerical models with error margins below 3%, providing practical tools to optimize industrial systems.
Keywords
FLUIDOS NO NEWTONIANOS, FLUJO TURBULENTO, CONDICIONES DE CONTORNO, DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL, SIMULACIÓN NUMÉRICA
Citation
Gallo , C. E., et al. (2025). Impacto de las condiciones de contorno en el comportamiento de fluidos no Newtonianos en flujos turbulentos un estudio experimental y numérico.. Ingenio Global, 4(4), 291–300. https://doi.org/10.62943/rig.v4n2.2025.317