Calibración del túnel de presión de impacto

Aerodinámica. Visualizadores de flujo. Presión viento. Manómetros

  • Enviado por: Mario Bross
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 13 páginas
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Laboratorio de Aerodinámica.

CALIBRACION DEL TÚNEL DE PRESION DE IMPACTO

Introducción

El túnel de viento es una de las herramientas de diseño mas importantes disponible para resolver un amplio rango de problemas para la ciencia aeronáutica. Hoy en día es común experimentar con un modelo a escala de puentes, edificios, barcos, automóviles, etc. Y los datos que se pueden obtener a partir de la observación generalmente son, para este tipo de experimentos, cargas estáticas Al someter un modelo de un edificio o un puente, por ejemplo a altas cargas aerodinámicas los coeficientes de arrastre y las fuerzas de presión en dichos modelos dan una visión mas amplia de que tan eficaz puede ser un diseño estructural.

Existen básicamente tres tipos de tuneles de viento. El primero llamado tubo de viento de circuito cerrado “PRANDTL”. El segundo llamado tubo de viento dde circuito abierto ”eiffel” y el tercero llamado túnel de aire comprimido o de densidad variable.

Objetivo

* Conocer algunos visualizadores de flujo como es el tubo de impacto.

* Obtener la constante de calibración del túnel de presión total marca Plint & Partners modelo TE-44.

Equipo y material

-Túnel de presión Plint & Partners modelo TE-44.

-Mecanismo de exploración transversal.

-Manómetro de 36 columnas.

-Tubo Pitot.

Consideraciones teóricas.

Descripción del túnel de viento TE-44 es de circuito abierto, la sección de prueba se encuentra a la descarga del viento, por lo que el este túnel recibe el nombre de túnel de presión de impacto o presión total al ser el valor de presión estática muy bajo o casi nulo.

En las paredes del tunel, se destaca el manómetro diferencial, instrumento que nos sirve para medir la presión diferencial de referencia (PDR) que, como se nombre lo dice, es la diferencia que existe entre la presión estática en la sección mayor y la presión estática en la sección menor.

Calibración del túnel de presión de impacto

Constante de calibración de un túnel de viento.

La constante de calibración es un numero que al ser multiplicado por la presión diferencial de la presión diferencial de referencia obtenemos el valor de la presión dinámica, pudiendo así calcular el valor de la velocidad en la sección de prueba de un tubo Pitot o algún otro instrumento de medición de velocidad del viento.

Desarrollo

1.- Determinación de las condiciones ambientales.

Se deberán de efectuar lecturas en los instrumentos barómetro, termómetro e higrómetro antes de iniciar y al finalizar las experimentos, anotando los valores en la tabla siguiente:

Iniciales

Finales

Promedio

Temperatura ambiente

21°C

24°C

22.5°C

Presión barométrica

595 mmHg

595.2 mmHg

595.1 mmHg

Humedad relativa

75 %

71 %

73 %

Con los valores promedio obtenidos se deberá calcular la densidad del aire en el laboratorio.

Densidad del aire en el laboratorio:

Corrigiendo la presión barométrica…

Calibración del túnel de presión de impacto
g

Convirtiendo la presión a unidades kgf/m2 :

Calibración del túnel de presión de impacto

La Pz o presión corregida es 8063.1772721 kgf/m2

Obteniendo la presión de saturación:

Calibración del túnel de presión de impacto

Convirtiendo la Temperatura a grados Fahrenheit °F

Calibración del túnel de presión de impacto

Convirtiendo la presión (Ps)a unidades kgf/m2 :

Calibración del túnel de presión de impacto

Obteniendo la presión de vapor:

Calibración del túnel de presión de impacto

Obteniendo la densidad…

Calibración del túnel de presión de impacto

= 0.9239910 Kg/m3 .

Determinar de la constante de calibración del túnel de viento de un TT-44.

a) Colocar el tubo Pitot en la posición 0,0 del mecanismo de explotación transversal.

b) Seleccionar un nivel de referencia en el manómetro de 36 columnas, observando que este se encuentre perfectamente nivelado y conectar dos columnas a sendas tomas de presión estática y total.

c) Accionar el tunel y ajustar las copuertas de esntrada de aire hasta que se obtenga en el manómetro inclinado una lectura de presión diferencia (PDR) igual a 5 mmH2O y proceder a medir la presión total y la presión estática, anotando los resultados los resultados en la tabla siguiente, para posteriormente continuar y repetir las mediciones para PDR's igual a 10,15 20 25 mmH2O Y PDR MÁXIMO.

RESULTADOS

En esta ocasión debido a la utilización de un manómetro inclinado, será necesario corregir las presiones medidas, dado que estas presiones se expresaron como altura de liquido manometrico (mmH2O), es suficiente multiplicar cada valor de presión por el seno del angulo de inclinación de dicho fluido (30°) para así obtener la proyección horizontal de la presión medida por el liquido. Por lo tanto los resultados son los siguientes:

Calibración del túnel de presión de impacto

Ahora. Aplicando la fórmula: Calibración del túnel de presión de impacto

Calibración del túnel de presión de impacto

Para obtener la Velocidad

V= Calibración del túnel de presión de impacto

La presión se necesita en N/m2 . Y sabemos que:

Calibración del túnel de presión de impacto

Por lo que la conversión de la presión es:

Calibración del túnel de presión de impacto

Calibración del túnel de presión de impacto

Obteniendo los datos para calcular la constante de calibracion

Calibración del túnel de presión de impacto

PDR

mmH2O

Pr

mmH2O

PE

mmH2O

q

mmH2O

V

m/s

q/PDR

5

4

-1

5

10.30387

1

10

10

-1

11

15.28311

1.1

15

15

0

15

17.84683

1

20

19

0

19

20.08595

0.95

25

26

-1

27

25.94404

1.08

PDR MÁX

43

0

43

30.21689

1.01

La constante de calibración “K”se obtiene sumando los diferentes valores q/PDR y dividiéndolos entre el numero de lecturas de PDR:

Calibración del túnel de presión de impacto

K = 1.02333

Registro Grafico

Realizando las graficas q vs. PDR y velocidad vs. PDR.

Como pudimos ver en las graficas anteriores ( Velocidad - PDR y presión dinámica - PDR), ambas muestran un cambio directamente proporcional de presión o velocidad, a un cierto aumento de la Presión Diferencial de Referencia.

Cuestionario

1.- En la practica se emplean como unidades de presión los mmH2O, pero si las columnas del manómetro hubieran tenido alcohol en lugar de agua, explique como puede obtener la equivalencia entre milímetros de alcohol y milímetros de H2O y en general como se obtiene una equivalencia entre cualquier líquido manométrico y milímetros de agua.

Con el peso especifico del agua, obtenemos la presión en Unidades Británicas o en el SI., Con esas unidades podemos hacer equivalencias entre Presión, como por ejemplo cambiar la presión de atmósferas a mmH2O, y a Pascales, o sus similares en el Sistema Británico

Con el peso especifico, o con la densidad en su defecto, podemos establecer equivalencias entre cualquier liquido manometrico y el Agua

Para el ejemplo particular del alcohol su peso especifico, según tablas de atmósfera estándar a 20ªC es de  alcohol = 7733 N / m3

Como la Presión se encuentra en mmH2O, podemos sustituir datos para 1mmde OH.

Analizándolo Dimensionalmente queda….

1 mmOH = 0.788 mm H2O = 0.788 kg / m2

2.- ¿Es posible obtener la velocidad del viento en el túnel solamente con el valor de la densidad del aire y la lectura PDR?

Las lecturas de precion estatica y diferencial pueden ser transformadas en velocidad o numero de MACH o cualquier otro dato que sea necesario utilizando las ecuaciones adecuadas. Se han desarollado una gran cantidad de metodos para determinar la velocidad del aire. Independientemente del metodo utilizado el teorema de Bernoulli es el mas usado para calcular la velocidad a partir de la precion.

H = La Precion Total…Pi

P = La precion Estatica…Pe

Sustituyendo datos Obtenemos lo deseado.

3.- ¿ Cuál es la ventaja de calibrar al túnel de viento?

Cuando se diseña y se construye un tunel de viento, este se basa en algunas propiedades físicas del aire, como son presión, temperatura, densidad, etc. En el momento en que se traslada un tunel de viento que opera en perfectas condiciones (llamemolas estandard) a un sitio donde (por ejemplo) la temperatura cambia. Este tunel ya no funcionan como deberia operar normalmente, es por ello la importancia de calibrar un tunel de viento, donde mas que alterarlo fisicamente, solo se le construye una constante que representa la desviación de las condiciones “normales” y con ello acercarlo lo mas posible a una lectura mas real.

4.- Explique un método general para calibrar a cualquier tipo de túnel de viento.

Existen diferentes artefactos de calibración ya establecidos, como el guiñómetro en el cual solo se tiene que seguir una serie de pasos concretos y concisos para poder calibrar el túnel

5.- Además de obtener la constante de calibración ¿Qué otras actividades intervienen en la calibracion del túnel?

La variación de velocidad, la densidad del aire, la temperatura y la presión atmosférica.

6.- ¿Cuáles son las características de un túnel de presión total?

Las Características generales de diseño se pueden dividir en dos grupos que son: los requerimientos de potencia y el diseño aerodinámico.

Un túnel de viento abierto consiste esencialmente de cuatro componentes básicos…ç

La sección de entrada: Esta se localiza corriente arriba de la sección de trabajo y puede contener la toma de aire y la cámara de tranquilización.

La sección de Pruebas: En esta parte se montan lo modelos para ser estudiados y donde se pueden hacer las observaciones requeridas

El difusor: La función del difusor es convertir la energía cinética del aire, a la salida de la sección de prueba, en energía de presión tan eficientemente como sea posible

La unidad Motriz: La selección del motor, invariablemente, depende de cuatro parámetros importantes que son:

  • El gasto de flujo que está en función del tamaño de la sección de prueba y de la velocidad en éste.

  • Las pérdidas de presión causadas por cada uno de los componentes del sistema como ductos, redes, panales, reducciones y obstáculos.

  • Espacio disponible y costo del motor.

  • Tipo de control, aunque éste es implícito al costo del conjunto motriz, es importante definirlo porque de éste dependen ciertas características aerodinámicas.

  • Conclusiones

    La importancia de la calibración de los túneles de viento es indiscutible, dado que la falta de ella en el túnel podría arrojar resultados lo bastante erróneos, como para perder millones en reparación de material y tiempo.

    Referencias

    • Elementos de la Mecánica de los Fluidos -Vennard- Edit continental SA - Tercera edicion

    • Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. Segunda edición, Claudio mataix. Oxford.

    • Introducción a la mecánica de los fluidos, fox.

    • Mecánica de Fluidos con aplicaciones en ingeniería 9ª Edición, Editorial McGraw-Hill

    • Tesis Profesional, Raymundo Peña Garcia—Correccion y calibración del tunel de viento del instituto de investigaciones electricas. México D.F 1985

    • www.quimica.com

    • www.uvll.com