• Author / Uploaded
• jimmy0821

• Categories
• Túnel de viento
• Velocidad del viento
• Presión
• Atmósfera de tierra
• Mecánica de fluidos

Citation preview

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN “INGENIERIA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES”

LABORATORIO DE AERODINAMICAT-M

DINAMICA DE FLUIDOS "PRACTICA No. 4" - "CALIBRACION DE UN TUBO DE IMPACTO" NOMBRE PROFESOR LABORATORIO: NOMBRE PROFESOR DE TEORIA: CAMACHO CORONA GRUPO: 3SM1 TURNO: MATUTINO

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

 Aguilar Hernández Carlos Xavier  Cervantes Inzunza César Omar  Damián Olvera Rogelio  Faustino Álvarez Bertín Gibran

WE DALE FORMATO A ESTA PRÁCTICA, AQUÍ ESTA LA BLIBLIOGRAFIAS

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 Y SI PUEDES TERMINAR CON LAS GRÁFICAS Y LAS CONCLUSIONES, Y CHECA BIEN EL MARCO TEÓRICO Y LA IMAGEN NO MAMES JA ESA ERA DE IMPACTO Y LA QUE NECESITAMOS ES DE UN TUNEL DE VIENTO DE SUCCIÓN :D

Objetivo: 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 Introducción Un túnel de viento es esencialmente un Venturi. Se trata de un conducto de sección variable en el que el fluido se acelera en la parte convergente (donde la sección disminuye) y se decelera en la región divergente (aumento de sección). El tubo Venturi es un buen ejemplo del principio de Bernoulli que relaciona presión y velocidad en un fluido que no sufre aporte de energía. Al aumentar la velocidad se produce una disminución de la presión estática, que se mide en dirección perpendicular al flujo. La presión total, que es la suma de estática y dinámica, permanece constante y se mide en la dirección del flujo. La densidad y la temperatura se mantienen esencialmente constantes en un túnel sub-sónico (Velocidad en la cámara por debajo de 0.6 veces la velocidad local del sonido). Esto no ocurrirá en un túnel transónico (Mach entre 0.6 y 1.5 típicamente).Existen diferentes formas para los túneles aerodinámicos, se pueden agrupar en: Túnel de circuito cerrado, “Prandtl”. Túnel de circuito abierto, “Eiffel”.

Túnel de aire comprimido o de densidad variable. El túnel utilizado para la práctica es de circuito abierto, la sección de prueba se encuentra a la descarga del viento, por lo que este túnel recibe el nombre de túnel de presión de impacto opresión total al ser el valor de presión estática muy bajo o casi nulo. Para entender un poco más de esta herramienta, el túnel de viento es una instalación experimental que sirve para estudiar cómo actúa el viento al incidir sobre objetos de distintas formas y naturaleza. Estos estudios permiten predecir las fuerzas generadas cuando estos cuerpos se desplazan en el seno del aire (cohetes, aviones, automóviles, motocicletas) o por la acción del viento sobre cuerpos estacionarios (edificios, antenas). Túnel de viento subsónico TE 44 Plint & Partners. Túnel cuya sección de trabajo cerrada es de 457 x 457 cm. La salida del flujo es directa hacia la atmósfera. La velocidad del flujo es variable, alcanzándose un máximo de 33 m/s. Posee una balanza electrónica de tres componentes y la amplia gama de modelos e instrumentos disponibles para efectuar diferentes ensayos.

.

Constante de calibración de un túnel de viento. La constante de calibración es un número 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. 1.- Determinación de las condiciones ambientales. Se deberán de efectuar lecturas en los instrumentos barómetro, termómetro e higrómetro antes de iniciar y al finalizar los experimentos, anotando los valores en la tabla siguiente:

INICIALES

FINALES

PROMEDIO

Temperatura Ambiente

24.6

27.4°C

26°C

Presión Barométrica

590 mmHg

590 mmHg

590 mmHg

Humedad Relativa

68 %

66 %

67 %

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

(

)

(

)

=589.9036mmHg

Convertimos unidades a Kgf/m² = 11.4099 lb/in²

=8022.1432 kgf/m²

PZ= 8022.1432Kgf/m² Obtenemos la presión de saturación:

Ps=

( )

Convertimos la Temperatura a grados Fahrenheit °F (

) (

)

Convertimos la presión (Ps) a unidades kgf/m²

Obtenemos la presión de vapor Pv= HrPs Hr= Humedad relativa (

)

Obtención de la densidad: (

)

T(K)=26°C+273= 299°K RA=29.256 m/°K ( (

) )(

)

(

)

2.- Determinación de la constante de calibración del túnel de viento TE-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 túnel y ajustar las compuertas de entrada 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. El manómetro es inclinado, por lo que debemos corregir las presiones multiplicando el valor de cada una por el seno del ángulo de inclinación

q = PT – PN

Para este cálculo, necesitamos la presión en N/m2. 1 mm H2O = 1 Kg/m2

TABLA: PDR

Pt

Pe

q

V

mm H2O

(mm H2O)

(mm H2O)

(mm H2O)

(m/s)

q /PDR

5

9.4

10

-0.6

0.12

10

8.8

10

-1.2

0.12

15

8.4

10

-1.6

0.10

20

8

10

-2.0

0.10

25

7.5

10

-2.5

0.10

0.12

.10.10

30

7

10

-3.0

0.10

35

6.5

10

-3.5

0.10

40

6.25

10

-3.75

0.9375

PDRMAX

43

10

33

1.6775

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 líquido manométrico (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 líquido. Por lo tanto los resultados son los siguientes:

1.-PT= 18.8 (sen30) = 9.4 mmH2O PE= 20 (sen30) =10 mmH2O 2.-PT= 17.6 (sen30) = 8.8 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O 3.-PT= 16.8 (sen30) =8.4 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O 4.-PT= 16 (sen30) =8 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O 5.-PT= 15 (sen30) =7.5 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O 6.-PT= 14 (sen30) =7 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O 7.-PT= 13 (sen30) =6.5 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O

8.-PT= 12.5 (sen30) =6.25 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O PDRMAX= 86 (sen30) =43 mmH2O PE= 20 (sen30) = 10 mmH2O

Ahora. Aplicando la fórmula: q = PT - PE 1.- 9.4-10 = -0.6 mmH2O 2.- 8.8-10 = -1.2 mmH2O 3.- 8.4-10 = -1.6 mmH2O 4.- 8-10 = -2 mmH2O 5.- 7.5-10 = -2.5 mmH2O 6.- 7-10 = -3 mmH2O 7.- 6.5-10 = -3.5 mmH2O 8.- 6.25-10 = -3.75 mmH2O PDRMAX=43-10 = 33 mmH2O

Para obtener la velocidad: √ La presión se necesita en N/m2, y sabemos que: 1mmH2O=1Kg/m2 Por lo que la conversión de la presión es: 1.

(

) √

2.

(

(

)

(

)

(

)

) √

3. 1.6

(

) √

4.

(

) (

)

(

)

(

)

(

)

(

)

√

(

5.

) √

6.

(

) √

7.

(

) √

8.

(

) √

PDRmax 33

(

)

√

(

)

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

(

)

K=0.186388 3.- REGISTRO GRÁFICO:

4.- CUESTIONARIO: 1.- En la práctica se emplearon como unidades de presión los mmH2O, pero si las columnas del manómetro hubieran tenido alcohol en lugar de agua, explique cómo puede obtener la equivalencia entre milímetros de alcohol y milímetros de agua. Con el peso específico 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 específico, o con la densidad en su defecto, podemos establecer equivalencias entre cualquier líquido manométrico y el Agua. 2.- ¿Es posible obtener la velocidad del viento en el túnel solamente con el valor de la densidad del aire y la lectura PDR? Si su respuesta es afirmativa explique cómo hacerla. Las lecturas de presión estática y diferencial pueden ser transformadas en velocidad o número de MACH o cualquier otro dato que sea necesario utilizando las ecuaciones adecuadas. Se han desarrollado una gran cantidad de métodos para determinar la velocidad del aire. Independientemente del método utilizado el teorema de Bernoulli es el más usado para calcular la velocidad a partir de la presión. 3.- ¿Cuál es la ventaja de calibrar al túnel de viento? Cuando se diseña y se construye un túnel 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 túnel de viento que opera en perfectas condiciones a un sitio donde algunas de estas propiedades cambian; el túnel ya no funciona como debería operar normalmente, es por ello la importancia de calibrar un túnel de viento, donde más que alterarlo físicamente, solo se le construye una constante que representa la desviación de las condiciones “normales” y con ello acercarlo lo más posible a una lectura más real. 4.- Explique un método general para calibrar a cualquier tipo de túnel de viento (consulte bibliografía) Por medio de una comparación de los tipos de presiones que pueden actuar en el túnel de viento como las presiones dinámicas, estáticas y totales. Se obtienen las diferencias entre las presiones obtenidas reales y las medidas, mediante un factor de corrección del manómetro usado. De la misma manera se obtiene una constante de calibración para dicho túnel. Los valores obtenidos a partir de este momento en adelante tienen manera de ser corregidos. Otro método puede ser siguiendo los siguientes pasos:

       

-Conectar el manómetro digital en la posición más cercana a la sección de salida del flujo de aire -Centrar el tubo pitot respecto al centro de la sección de salida del flujo de aire y nivelarlo a un ángulo de cero grados respecto al flujo. -Encender el túnel y tomar 10 mediciones variando el voltaje con potenciómetro de de éste en intervalos de 10V, partiendo de 20V -Obtener la curva velocidad vs voltaje -Posicionar el tubo pitot en la primera estación correspondiente a su grupo de trabajo, centrado respecto a la sección salida del flujo de aire. -Utilizar la máxima velocidad del túnel y medir la velocidad en la estación correspondiente. -Graficar velocidad vs posición. -Analizar el comportamiento del flujo (Campo de velocidades) a lo largo del riel para distintas velocidades del túnel de viento.

5.- Además de obtener la constante de calibración ¿Qué tras actividades intervienen en la calibración del túnel? La densidad del aire, la variación de velocidad, la temperatura del ambiente, la presión atmosférica, así como la humedad relativa. 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 cinco componentes básicos:

1. Cámara de establecimiento: Su objetivo es enderezar y uniformizar el flujo de aire 2. Cono de aceleración: Su función es comprimir el aire y acelerar la velocidad del flujo para conducirlo a la cámara de ensayos. 3. Cámara de ensayos: Lugar donde se encuentra el modelo que queremos estudiar y donde se realizan las mediciones. 4. Difusor: Una vez que el airea ya ha salido de la cámara de ensayos, el difusor reduce la velocidad del flujo mediante su perfil divergente. Nos interesa que el aire salga a la menor velocidad posible ya que la velocidad de salida irá relacionada con las pérdidas energéticas de túnel. A menor velocidad, menores son las pérdidas. 5. Ventilador: Genera el flujo de aire, la selección del motor para el ventilador dependerá de los siguientes parámetros. 

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.