Practica 2 anemometro terminada

Practica .- DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UN

ANEMOMETRO Objetivo.- El estudiante desarrollara y practicará un método para diseñar y construir  instrumentos de medición sencillos, partiendo del principio físico por el que funcionan estos instrumentos para realizar la medición de la variable que nos interesa medir; tambié también n se practi practicará cará el método método estadí estadísti stico co de medici medicione oness múltip múltiples les sucesi sucesivas vas de calibración de instrumentos.

Objetivos específicos: Diseñar, construir y calibrar: a).- Anemómetro

Introducción Los instrumentos de medición realizan su función de acuerdo a un principio físico, que hacen que los elementos realicen la medición correspondiente. Los instrumentos de medición al dar el resultado de la variable medida, se marcará con alguna desviación del valor real de la variable variable a medir, a la diferencia existente existente entre el valor valor real y el valor  medi medido do,, se llam llamaa el error error del del inst instru rume ment nto o de las las medi medici cion ones es,, arro arroja jand ndo o una una incertidumbre o una exactitud, características del instrumento por el resultado de sus mediciones. Estas características características de los instrumentos instrumentos se determinan determinan mediante un procedimien procedimiento to determinado que se denomina la calibración del instrumento, que se define como las acciones que se tienen que realizar a través del método establecido por las normas y  bajo ciertas condiciones ambientales, para establecer la incertidumbre o la exactitud,  para determinarlas es necesario comparar las mediciones arrojadas por el instrumento con el valor real de la variable a medir conocida o dado por un patrón establecido. Como las lecturas de las mediciones de un instrumento están relacionadas con las esta estadí díst stic icas as,, porq porque ue el resul resulta tado do fina finall de la lect lectur uraa depe depend nden en de las las múlt múltip iples les condiciones ambientales y perturbaciones en el momento de efectuar las lecturas para la calibra calibració ción: n: la temper temperatu atura ra ambien ambiente, te, la humeda humedad, d, vibraci vibracione oness del instru instrumen mento, to, magnetismo magnetismo,, habilidad habilidad del observador observador y su estado de ánimo, velocidad velocidad del medio, corriente estática, presión ambiental, nivelación de montaje y otros. Para simplificar el procedimiento de la calibración, se utiliza el método de múltiples lectura lecturass sucesi sucesivas vas utiliz utilizand ando o concep conceptos tos estadí estadísti sticos cos sencill sencillos os para para determ determina inarr las características de los instrumentos.

Correlación de la práctica con los temas y subtemas del programa de estudios vigentes

El desarrollo de esta práctica se relaciona con los temas de la primera unidad: variables de interés y errores de medición; correspondientes a los subtemas de los siguientes incisos: 1.4.-Errores de medición. 1.4.1.-Errores de paralélaje. 1.4.2.-Errores de escala (exactitud). 1.4.3.-Errores de proceso (montaje). 1.4.4.-Errores de calibración.

Anemómetro Un anemómetro es un aparato destinado a medir la velocidad relativa del viento que incide sobre él. Si el anemómetro está fijo colocado en tierra, entonces medirá la velocidad del viento reinante, pero si está colocado en un objeto en movimiento, puede servir para apreciar la velocidad de movimiento relativo del objeto con respecto el viento en calma.

Como funciona Para medir la velocidad relativa del viento es necesario utilizar algún proceso físico cuya magnitud varíe según una regla fija con respecto a la variación de esa velocidad. En la práctica entre otros se usan: 1. La variación de velocidad de rotación de una hélice sometida al viento. 2. La fuerza que se obtiene al enfrentar una superficie al viento. 3. La diferencia de temperatura entre dos filamentos calentados por igual, uno sometido al viento y otro en calma. 4. Aprovechando la presión aerodinámica producida en una superficie enfrentada al viento. 5. Otros métodos ultrasónicos o de láser.

Anemómetros de hélice Estos son los más utilizados por su simplicidad y suficiente exactitud para la mayor   parte de las necesidades de medición así como por la relativa facilidad de permitir la medición a distancia. Hay muchos diseños de hélices pero la más común es la hélice de cazoleta, debido a que no es necesario mecanismo alguno para orientar la hélice al viento y que su construcción puede ser robusta para soportar grandes velocidades del viento.

Este es un esquema que representa una hélice de cazoletas, debido a que la resistencia aerodinámica de la cazoleta es diferente entre la parte cóncava y convexa, esta recibirá

un empuje mayor en una dirección y la hélice rotará a mayor o menor velocidad, en  proporción a la velocidad del viento. También se usan las hélices de tipo helicoidal, como la típica hélice del ventilador  común que todos conocemos e híbridos entre las de cazoletas y la helicoidal. La velocidad de rotación del eje de la hélice es proporcional a la velocidad del viento,   por lo que si medimos esta velocidad de rotación, podremos hacer una tabla de calibración directamente en unidades de velocidad del viento en metros por segundo (m/seg) o kilómetros por hora (Km/h) etc... Hay diversas maneras de hacer la indicación, a continuación algunos ejemplos:

Este es un anemómetro de cazoletas muy elemental, la velocidad de rotación de la hélice, hace que la creciente fuerza centrífuga, empuje el extremo superior de las  palancas hacia afuera, moviendo hacia abajo el anillo marcador de la parte inferior del mecanismo, cuando la velocidad de la hélice crece, y a través de un resorte recuperador  se produzca el efecto contrario cuando disminuye. Una escala apropiada marcada en el soporte central calibrada a velocidad de viento, servirá para indicarla en todo momento.

Este es un esquema que muestra un anemómetro mas te rminado. La hélice está acoplada a un pequeño generador eléctrico. Cuyo voltaje generado es proporcional a la velocidad de rotación de la hélice y con ello a la del viento. Este voltaje se mide en un voltímetro cuya escala ha sido calibrada a velocidad del viento por lo que podremos saber su valor  en todo momento. Este tipo de anemómetro tiene las ventajas de que puede ser muy

 preciso y que además la indicación de la velocidad puede ser a distancia, con solo conducir los cables apropiados hasta el lugar donde se coloque el voltímetro indicador.

Este tipo de anemómetro utiliza una hélice helicoidal, cuyo eje está acoplado directamente al indicador de velocidad de tipo mecánico. El mecanismo de acción de la aguja del indicador puede ser de tipo centrífugo, o basado en la electro inducción como en los velocímetros de los automóviles.

Un anemómetro portátil. La hélice de tipo helicoidal, tiene acoplado al eje un diminuto generador de impulsos eléctricos, que son contados por unidad de tiempo por el contador electrónico a baterías, y mostrados en pantalla ya calibrados a velocidad de viento. La precisión de estos anemómetros depende en gran medida del operador, ya que es este, el que debe dar la adecuada orientación de frente al viento.

Anemómetros de empuje En estos anemómetros se utiliza la fuerza resultante en una superficie cuando es alcanzada de frente por el viento. En el esquema se representa el principio de funcionamiento de un anemómetro de empuje. Una superficie colocada en la punta de un péndulo se coloca de frente al viento, el empuje producido   por este, levantará el péndulo mas o menos de acuerdo a la velocidad. Una escala apropiada, grabada en una superficie paralela al movimiento del péndulo servirá como indicador usando el propio  péndulo como aguja indicadora. Estos anemómetros no son muy precisos y se utilizan para obtener una información estimada de la velocidad del viento, su indicación generalmente es en números relativos a una escala arbitraria establecida de antemano. Por  ejemplo: 2 = Se nota el movimiento de las hojas de los árboles. 3 = Se mueven las ramas mas pequeñas de los árboles. 4 = Se levanta el polvo del suelo. Previamente se conocen los rangos de velocidades del viento de cada uno de estos números arbitrarios previstos.

Anemómetros de presión hidrodinámica

Cuando el viento impacta sobre una superficie, en ella se produce una presión adicional que depende de esa velocidad, si esta presión se capta adecuadamente, y se conduce a un instrumento medidor, tendremos un a nemómetro de presión.

Para capturar esta presión se utiliza el llamado tubo de Pitot, que no es más que un tubo de suficiente diámetro en forma de U con uno de sus extremos doblado y colocado de frente al viento, y el otro abierto al exterior pero protegido de la acción de este. En la parte en forma de U se graba una escala y dentro se coloca un líquido coloreado. La diferencia de presión entre los extremos del tubo de Pitot hará que la columna líquida se desplace de un lado, la diferencia de altura será proporcional a la velocidad del viento incidente en la boca del tubo y servirá como indicador de esta.

Este es el esquema de un anemómetro del tipo de presión hidrodinámica pero con indicación de aguja y esfera. La cápsula barométrica es un bulbo elástico, al recibir la diferencia de presión desde las  partes de alta y baja presión del tubo de pitot se dilata o recoge en proporción. Este movimiento es conducido y amplificado apropiadamente a través de un juego de  palancas y engranajes hasta una aguja indicadora.

Material y equipo necesario Ventilador de computadora Multimetro

Anemómetro mecánico marca Davis instrument MFG

Metodología. Para empezar describiré el anemómetro que utilizare q en este caso es un anemómetro mecánico que en si es un instrumento utilizado para determinar el volumen de aire que  pasa atreves del sistema de paletas. Fueron inventadas por Benjamin Biram, mayordomo de la casa de Earl Fitzwilliam, propietario de minas de carbón numerosos en el sur de Yorkshire, Inglaterra, en 1844. La fórmula que se utiliza más a menudo en la ventilación de la mina con un anemómetro es q = av, en la que ( q) es igual al número de metros de aire por minuto,

(a) es igual a la zona de la vía aérea en pies cuadrados y (v) es igual a la velocidad

de la corriente de aire en pies por minuto . Anemómetros, tal como se utiliza en las minas, se produjeron en dos estilos, el estilo de Biram que tienen la marca y las paletas en el mismo plano y el estilo de compensación que tiene la marca perpendicular a las  paletas.

Anemómetros son generalmente recogidos por los colectores de minería y coleccionistas de instrumentos científicos. Los modelos anteriores no tienen la capacidad para volver a cero en los modelos posteriores lo hacen. La mayoría tiene ocho aspas, pero van desde sólo 4 paletas de 12, y tienen 1 a 6 marca en la cara.

John Davis prototype anemometer, serial number 35  Circa 1845 

 Este fue el prototipo del anemómetro de 1845 el cual era utilizado en las minas de carbón

National Mine Service Co.

 Este es el que ahora tengo el cual es un anemómetro que mide el flujo del  aire por unidad de tiempo que en su caso es FPM ( pies por minuto)  La ecuación utilizada para calcularlo es q = av.   Su rango es de (0 a 5000 FPM) y consta de 8 aspas giratorias y  puede ser calibrado a cero al igual

que pausar el movimiento de la aguja cuando sea necesario

El diámetro del instrumento es de 10.5 cm esto nos sirve para encontrar el area por el cual crusa el aire en cm 2 con la formula de area de un circulo que es: en este caso el resultado del area del anemómetro es: 56.85 cm2 (.0056 m2)  A = QUE EN NUESTRO INSTRUMENTO SERA UNA CONSTANTE AHORA PARA HAYAR LA VELOCIDAD DEL AIRE SE TIENE QUE SUSTITUIR LA FORMULA QUE AL PRINCIPIO ERA

(q = av)

Y PARA HAYAR LA VELOCIDAD QUEDARIA

(v=a/q)

El valor registrado del anemómetro en este caso FTM (PIES POR MINUTO) hay que convertirlo al SI en el caso de ft es igual a 1ft=.3048m entonces la escala dada en el anemómetro se cambiara al sistema SI para facilitar su lectura. A continuación le daremos una tabla donde se convertirán los valores dados por el instrumento de sistema ingles a SI las lecturas del anemómetro tendrán que ser medidas en lapsos de tiempo de 1 minuto.

Lectura Lectura en ft*M en m*min 30 50 70 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000

9.144 15.24 21.336 27.432 30.48 60.96 91.44 121.92 152.4 182.88 213.36 243.84 274.32 304.8 365.76 426.72 487.68 548.64 609.6 670.56 731.52 792.48 853.44 914.4 975.36 1036.32 1097.28 1158.24 1219.2 1280.16 1341.12 1402.08 1463.04 1524

Correccion ft*M +14  +15 +15 +15 +15 +15 +10 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -45 -55 -60 -65 -75 -90 -100 -110 -120 -135 -150 -165 -175 -180 -190 -195 -200 -225 -260

Corrección Suma y resta de las m*min correcciones m*min

4.2672

13.4112

4.572

19.812

4.572

25.908

4.572

32.004

4.572

35.052

4.572

65.532

3.048

94.488

0 -1.524

150.876

-3.048

179.832

-4.572

208.788

-6.096

237.744

-7.62

266.7

-9.144

295.656

-10.668

355.092

-13.716

413.004

-16.764

470.916

-18.288

530.352

-19.812

589.788

-22.86

647.7

-27.432

704.088

-30.48

762

-33.528

819.912

-36.576

877.824

-41.148

934.212

-45.72

990.6

-50.292

1046.988

-53.34

1104.9

-54.864

1164.336

-57.912

1222.248

-59.436

1281.684

-60.96

1341.12

-68.58

1394.46

-79.248

1444.752

En el caso de las correcciones se utilizara la misama para todos los valores hasta antes de un cambio por ejemplo de 4800-4999 se usara (-225) Ya para 5000 sera(-260) Del valor que te de la medición del anemómetro (q) es la cantidad por el cual dividirás el área (.0056 m2) Por ejemplo medí el flujo de aire que despide el ventilador de mi lap y me dio un valor de 28 ftM Que es igual a 8.534 m*min + 4.267m*min de la corrección me da 12.801m*min Ahora se usa la formula V= a/q V= .0056m2/12.801m*min V=.00043 m/min = .026 m/s