Practica 1 Anemometria

LABORATORIO DE AERODINÁMICA

PRACTICA 1: ANEMOMETRÍA JOSÉ IGNACIO SOLORIO TAPIA 5AM2

Practica 1.- anemometría

La aerodinámica como en todas las demás disciplinas de la ciencia requieren de instrumentos de medición para hacer sus cálculos, en aerodinámica es de suma importancia conocer la velocidad del fluido de trabajo que es el viento, para lograr esto se utilizan instrumentos que la miden de manera directa o indirectamente, los cuales son: tubo Pitot, anemómetro de turbina, anemómetro diferencial y anemómetro de copas los cuales se describirán durante esta practica. Desarrollo 1.- Determinación de las condiciones ambientales.

Se miden las condiciones ambientales del laboratorio antes y después de la practica y se calcula la densidad del aire.

Temperatura ambiente Presión barométrica Humedad relativa

Iniciales 18.1°C 591.6mmHg 82%

Finales 19.8°C 590.7mmHg 79%

Determinación de la densidad del aire en el laboratorio:

      *+                     ()                 

Pcorr Pcorr Ps t

Ps

Pv Pz

18.95°C= 291.95 K ρz ρz

Promedio 18.95°C 591.15mmHg 80.5%

2.- Utilización del tubo Pitot. El tubo Pitot es un instrumento elemental para la medición de velocidades de flujo de gases, estos pueden medir la presión total y una sonda de medición de la presión estática. La ventaja de los manómetros de tubo de Pitot frente a otros métodos de medición consiste en el hecho de que se pueden hacer orificios relativamente pequeños sobre la pared en las zonas más importantes del objeto el cual se va a medir, estos son suficientes para realizar en cualquier momento una medición rápida de la velocidad de flujo. Además de poder utilizarlos a altas temperaturas y a velocidades de flujo muy elevadas (hasta 120 m/s dependiendo del modelo).

A).- Determinación del error total en la presión dinámica y su corrección. Para poder utilizar el tubo Pitot es necesario cuantificar los valores de los errores de vástago y punta.

Dimensiones del tubo Pitot: Lv=98mm; Lp=15mm; D=5mm Para determinar el error de vástago y punta calcularemos los cocientes Lv/D y Lp/D, y encontraremos los valores en las tabas 1.1ª y 1.1b.

98mm/5mm = 19.6 por lo tanto el valor del error del vástago tomado de la tabla 1.1ª es: Ev=5% = 0.005 15mm/5mm = 3 de la grafica 1.1b obtenemos el valor del error de punta: Ep= -.4% = .004 El error total es igual a las suma del error de punta mas el error de vástago:

   

 Ahora calculamos el factor de corrección de la presión dinámica, este valor al m ultiplicarlo por la presión dinámica leída nos dará la presión dinámica corregida.

Factor de corrección de la presión dinámica

 

B) Determinación del factor de corrección para la escala de velocidades del manómetro diferencial. 1.- Corrección por diferencia de densidad del aire ( ρz) con respecto a las condiciones estándar al nivel del mar (ρ NM) La velocidad leida se debe corregir con la siguiente ecuación:

  

2.- corrección por error en la presión dinámica. Finalmente la velocidad corregida por diferencia de densidad se debe corregir con la siguiente ecuación, ahora por el error en la presión dinámica debido a los errores de punta y de vástago del tubo Pitot que ya se han calculado previamente.

   

Medición de la velocidad utilizando el tubo Pitot: Se procede a medir la velocidad con el tubo Pitot, esto se hace a diferentes distancias a la salida de la tobera de 150 mm de diámetro, las cuales se muestran en la siguiente tabla, así como los valores de la velocidad corregida por diferencia de densidad, y la velocidad real.

Distancia desde la salida de la tobera 0 10 20 30

Vleida (m/s) 9.5 9.2 8.8 8.5

                                

Vpcorr (m/s) 10.85 10.50 10.05 9.70

Vreal(m/s) 15.34 14.85 14.21 13.72

                                

Grafica 2.1 la velocidad real disminuye cuando aumenta la distancia.

3.- Utilización del anemómetro de turbina. Los anemómetros de turbina se utilizan para medir la velocidad de corrientes de aire dirigidas que estén libres de remolinos y turbulencias. Debido a su estructura pequeña, este instrumento es adecuado para su uso móvil o fijo. Por ejemplo, para la medición en el chorro libre en conductos y tubos, aberturas de aspiración y entradas de aire fresco.

El anemómetro de turbina esta formado por placas de presión ligeras radiales, están dispuestas en la misma dirección con cierto ángulo respecto del eje de rotación de manera que cualquier flujo que pase en dirección al eje ejerce un momento de torsión sobre el elemento de medición que actúa siempre en la misma dirección. El número de revoluciones es prácticamente proporcional a la velocidad del flujo desde la dirección inicial.  Al contrario que en las mediciones de flujo realizadas con tubos Pitot, las medidas con el anemómetro de turbina son en gran parte independientes de la densidad respectiva del aire. Los anemómetros de turbina tienen la ventaja de que los resultados de las mediciones no tienen que ser corregidos en un límite amplio incluso aunque la temperatura oscile o cambie la presión. De igual forma que con el tubo Pittot se realizaran mediciones de la velocidad del viento a diferentes distancias, las cuales se muestran en la siguiente tabla.

Distancia desde la salida de la tobera 0 10 20 30

Vleida (m/s) 8.3 7.7 7.4 7.2

Grafica 2.2 la velocidad real disminuye cuando aumenta la dis tancia

4.- Utilización del anemómetro diferencial.

Este indicador de velocidad es en realidad y básicamente un medidor de diferencias de presiones, que transforma esa presión diferencial en unidades de velocidado presión, las cuales se muestran an la caratula del equipo.

El fabricante de este instrumento indica que se debe corregir la velocidad leída en la escala siempre que se tengan valores de presión atmosférica diferentes de 29.92 pulgadas de Hg (760 mm Hg), según la formula siguiente:

       Distancia desde la salida de la tobera 12 15 17 19 22

Vleida (ft/min) 240 170 100 60 40

Vc (ft/min) 225.96 181.30 106.65 66.65 46.65

                              Factor de conversión



a m/s:

  (    )(     )

Vc (m/s) 1.3 .92 .541 .338 .236

             

         

v corregida vs distancia 300 250 200 150

v corregida

100 50 0 0

5

10

15

20

25

5.- Utilización del anemómetro de copas.

Lectura inicial Lectura final (Lf-Li)x100

696123 696125 200

Tiempo transcurrido Velocidad del viento Velocidad del viento

300 s 0.666 m/s 2.39 Km/h

6.- Cuestionario

1.- se tiene un tubo Pitot cuyos orificios de presión estática se encuentran a 12.8mm de la punta y a 32mm del eje del vástago. Al colocarlo en una corriente de aire el tubo Pitot registra una presión dinámica igual a 12.05 pulgadas de agua. Si se tienen condiciones estándar a nivel del mar, determinar el valor verdadero de la velocidad y de la presión dinámica en la corriente de aire. El tubo Pitot tiene 4mm de diámetro.

          

Por lo tanto de la grafica Ev= 0.013

3.2

por lo tanto de la grafica Ep= -0.005

(Et)= (Ep+Ev)

  

Et= 0.008

√ 

VReal=70.72764

qReal =

 = 70.72764m/s

 =71 m/s



 = 3075.01 Pa

2.- Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por diferencia de densidad.

      

Partiendo de la ecuación de la presión dinámica q= ρ

Despejamos velocidad corregida

ρ

v2leida ρNM /ρz= v2corr

  

Quedando: Vcorr = Vleida

ρ

ρ

3.- Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por error en la presión dinámica. Tenemos que la presión dinámica corregida q corr= qleida (1+Et) Y la presión dinámica real qReal= qcorr (1+Et)

Sustituimos los valores dela presiones dinámicas.

       Simplificamos

Se despeja la velocidad corregida VReal = Vcorr

4.- En la práctica se observo que para un tubo Pitot se produce error en la determinación de la presión dinámica debido a la posición de las tomas de presión estática con respecto a la punta y al vástago (error de punta y error de vástago). Mencione y explique dos factores más que producen error en el tubo Pitot. Cuando se coloca el tubo Pitot en el riel para hacer la prueba, puede que este no quede bien sujeto y con el paso del viento este tenga ligeros movimientos, esto puede causar que registremos una lectura errónea. No verificar el equipo antes de utilizarlo puede implicar que en las mangueras se tengan obstrucciones y esto altere la medición del manómetro. 5.- En un avión la lectura del indicador de velocidad (IAS), ¿es realmente la velocidad del avión? Explique detalladamente que se debe de efectuar para obtenerla velocidad verdadera. La lectura del indicador de velocidad (IAS), no es la velocidad verdadera del avión, es la velocidad con respecto al viento en el que esta viajando. Esta medición se ve afectada por las distintas condiciones del aire en el que se encuentre, por lo que no indicara la velocidad verdadera del avión. La lectura del indicador de velocidad (IAS) presenta un error debido al montaje sobre el avión, por lo que se debe de corregir con calibración, pasando así a llamarse velocidad aerodinámica calibrada (CAS). Después a esta lectura se le hace una corrección debido al error que presenta el instrumento debido a la altura en la que viaja el avión, pasándose a llamar velocidad aerodinámica equivalente (EAS), la después se corregirá debido al error causado por la variación de la densidad del aire, obteniéndose finalmente la velocidad aerodinámica real (TAS). 6.- Explique el funcionamiento de dos anemómetros diferentes a los utilizados en esta práctica. Anemómetro laser Doppler Este anemómetro digital usa un láser que es dividido y enviado al anemómetro. El retorno del rayo láser decae por la cantidad de moléculas de aire en el detector, donde la diferencia entre la radiación relativa del láser en el anemómetro y el retorno de radiación, son comparados para determinar la velocidad de las moléculas de aire.

Anemómetro de hilo caliente De hilo caliente: detecta

la velocidad del viento mediante pequeñas diferencias de temperatura entre un hilo enfrentado al viento y otro a sotavento. Conclusiones

La aerodinámica es una rama de la mecánica de fluidos muy importante, esta puede otorgar a vehículos y otros objetos la mayor eficiencia posible estudiando la forma en como se puede reducir la resistencia al avance y asi gastar menos energía, para esto la aerodinámica tiene que ser muy exacta en sus cálculos, ayudándose con instrumentos muy sofisticados. Aun con estos instrumentos hay que tener en cuenta ciertos aspectos que pueden influir en los resultados, ya que como vimos en esta práctica en algunos instrumentos la velocidad leída variaba por mucho de la velocidad real.