Vaciado de Botellas: Un Ejercicio de Mecánica de Fluidos y Mediciones para Estudiantes de Pregrado en Ingeniería
Autores: Mayer, Hans C.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Vaciado de Botellas: Un Ejercicio de Mecánica de Fluidos y Mediciones para Estudiantes de Pregrado en Ingeniería
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Ejercicio
Audiencia de ingeniería
Mecánica de fluidos
Botella
Datos
Estadísticas
Análisis dimensional
Tiempo de vaciado
Volumen
Análisis de regresión
Correlación
Diámetro del cuello
Modelos analíticos
Literatura
Grupos adimensionales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta un ejercicio integral, adecuado para una audiencia de ingeniería de pregrado que estudia mecánica de fluidos, en el que se pidió a los participantes vaciar una botella. Esa simple solicitud generó datos recopilados por estudiantes y el autor para N = 454 botellas comercialmente disponibles, abarcando casi cuatro órdenes de magnitud para el volumen V, y representando el conjunto de datos experimentales más grande disponible en la literatura. Se utilizan estadísticas fundamentales para describir el tiempo de vaciado, T¯e, para cualquier botella individual. Se emplea análisis dimensional para transformar los datos en bruto y obtener una tendencia predictiva, y se realiza un método de análisis de regresión de mínimos cuadrados para encontrar una correlación empírica que relacione el tiempo adimensional T¯eg/d y el volumen adimensional V/d3. Encontramos que el volumen, V, y el diámetro del cuello, d, pueden usarse para estimar el tiempo de vaciado de cualquier botella, aunque los datos sugieren que la forma del cuello juega un papel. Además, dos modelos analíticos básicos encontrados en la literatura se comparan favorablemente con nuestros datos y correlación empírica cuando se reformulan utilizando nuestros grupos adimensionales. El ejercicio documentado brinda a los estudiantes la oportunidad de utilizar estadísticas básicas de ingeniería y ver la utilidad del análisis dimensional.
Descripción
Se presenta un ejercicio integral, adecuado para una audiencia de ingeniería de pregrado que estudia mecánica de fluidos, en el que se pidió a los participantes vaciar una botella. Esa simple solicitud generó datos recopilados por estudiantes y el autor para N = 454 botellas comercialmente disponibles, abarcando casi cuatro órdenes de magnitud para el volumen V, y representando el conjunto de datos experimentales más grande disponible en la literatura. Se utilizan estadísticas fundamentales para describir el tiempo de vaciado, T¯e, para cualquier botella individual. Se emplea análisis dimensional para transformar los datos en bruto y obtener una tendencia predictiva, y se realiza un método de análisis de regresión de mínimos cuadrados para encontrar una correlación empírica que relacione el tiempo adimensional T¯eg/d y el volumen adimensional V/d3. Encontramos que el volumen, V, y el diámetro del cuello, d, pueden usarse para estimar el tiempo de vaciado de cualquier botella, aunque los datos sugieren que la forma del cuello juega un papel. Además, dos modelos analíticos básicos encontrados en la literatura se comparan favorablemente con nuestros datos y correlación empírica cuando se reformulan utilizando nuestros grupos adimensionales. El ejercicio documentado brinda a los estudiantes la oportunidad de utilizar estadísticas básicas de ingeniería y ver la utilidad del análisis dimensional.