PRACTICA No.4: Calibración del túnel de presión de impacto Alumno: Miguel Alejandro Muñoz Marín | Grupo: 4AM1 1. Determinación de las condiciones ambientales a) Se efectuaron las siguientes lecturas en los instrumentos barómetro, termómetro e higrómetro antes de iniciar y al finalizar los experimentos, obteniendo los valores de la tabla siguiente: Iniciales Finales Promedio Temperatura 19 °C 20 °C 19.5 °C ambiente Presión 567.1 mmHg 569 mmHg 568.05 mmHg barométrica Humedad 72% 72% 72% Relativa b) Con los valores promedio obtenidos se calculó la densidad del aire en el laboratorio (ver Anexo 1): Condiciones ambientales promedio: T = 19.5°C Pbar = 568.05mmHg Hr = 72% ρz = 0.8904 kg/m3 2. Determinación de la constante de calibración del túnel de viento TE-44 Se colocó el tubo Pitot en la posición 0,0 del mecanismo de exploración transversal. Posteriormente se seleccionó un nivel de referencia en el manómetro de 36 columnas, observando que este se encuentre perfectamente nivelado y se realizaron las tomas de presión correspondientes. Habiendo hecho esto, se accionó el túnel ajustando las compuertas de entrada de aire hasta que se obtuvo en el manómetro inclinado una lectura de presión diferencial de referencia (PDR) igual a 5 mmH 20 y se procedió a medir la presión total y estática. Se repitieron las mediciones para PDR iguales a 10, 15, 20, 25 mmH20 y PDR máximo. Finalmente, se calcularon los valores correspondientes de PT, PE, q, y V (ver anexos 2 y 3) para determinar el valor de la constante de calibración K, obteniendo los siguientes resultados. Tabla 1: Resultados obtenidos PDR PT PE q V q mmH2O mmH2O mmH2O mmH2O m/s PDR 5 5 1 4 9.32 0.8 10 11 1 10 14.84 1 15 16 1.5 14.5 17.87 0.96 20 22 2 20 20.99 1 25 27 2 25 23.47 1 Max = 52 3 49 32.86 0.98 49.5 q K= Σ ( PDR ) K = 5.7565 =0.9594 6 6 3. Registro gráfico Con base en los resultados obtenidos se determinaron las siguientes gráficas: q q - PDR 60 49 50 40 30 25 20 20 14.5 10 10 4 0 5 10 15 PDR 20 25 … 49.5 v v - PDR 35 32.86 30 23.47 25 20.99 20 17.87 14.84 15 9.32 10 5 0 5 10 PDR 15 20 25 … 49.5 4. Cuestionario 1) En la práctica se emplearon como unidades de presión los mm H 2 O , 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, y en general, como se obtiene una equivalencia entre milímetros de cualquier líquido manométrico y milímetros de agua. 1mmH2O=1kg/m2 densidad del agua a 25°C = 1000kg/m3 P=F/A F=m*g 1atm=10332.2457 kgf/m2=760mmHg : 1mmHg= 13.595060495kgf/m2 Densidad del Hg =13600 kg/m3 Se puede obtener la equivalencia dependiendo del fluido de la siguiente manera: Se toma el valor de la densidad del fluido. (en tablas) Una vez que se tiene el valor de la densidad, se procede a tomar la medición de la presión, mediante la formula P=ρ∗h En caso de contar con la presión, para encontrar la altura en mm del P barómetro puede utilizar: h= ρ En caso específico del alcohol se tiene lo siguiente: 790 kg ρ(alcohol)= 3 m h ( agua ) =18.8 mm H 2 O ρ ( agua )=1000 kg/m3 1000 kg 18.8 kg P=ρ∗h ∴ P= 3 ∗0.0188 m∴ P= m m2 18.8 kg m2 h ( alcohol )= =0.023797468 malcohol ∴ h=23.797468 mmalcohol 790 kg m3 De esta manera se puede determinar la presión, tomando la altura, y la densidad del fluido empleado. 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 como lo haría. No, ya que la ecuación de la velocidad involucra dentro de sí misma multiplicar dos veces el valor de la presión dinámica (q) y la presión dinámica se obtiene de la diferencia realizada entre la presión total menos la presión estática. Así mismo, el valor de PDR lo asignamos nosotros para que el túnel nos muestre, por ende, los valores de presión total y estática. 3) ¿Cuál es la ventaja de calibrar al túnel de viento? Al calibrar el túnel de viento es posible obtener la constante de calibración, que es un número que al ser multiplicado por la presión diferencial de la presión diferencial de referencia se obtiene el valor de la presión dinámica. Al tener estos datos podemos calcular la velocidad en la sección de prueba de un tubo Pitot o cualquier otro instrumento que pueda medir la velocidad del viento. Una vez que se tiene la constante de calibración se puede comparar con el valor ideal de la constante de calibración y así poder determinar el estado del túnel de viento. 4) Explique un método general para calibrar a cualquier tipo de túnel de viento. Conectar el manómetro digital en la posición más cercana a la sección salida del flujo de aire. Centrar el tubo Pitot respecto al centro de la sección salida del flujo de aire y nivelarlo a ángulo cero respecto al flujo (usar nivelador) Encender el túnel y tomar 10 mediciones variando el voltaje con el potenciómetro de este en intervalos de 10V, partiendo desde 20V. Obtener la curva velocidad versus voltaje. Posicionar el tubo Pitot en la primera estación correspondiente a su grupo de trabajo, centrado respecto a la sección salida de flujo de aire. Utilizar la máxima velocidad del túnel y medir la velocidad en la estación correspondiente. Repetir paso 7 y 8 para la segunda estación. 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 otras actividades intervienen en la calibración del túnel? 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. Las condiciones Ambientales por ejemplo 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? El aire es soplado o aspirado y luego escapa del túnel hacia la atmósfera. Las características generales de diseño se pueden dividir en dos grupos: los requerimientos de potencia y el diseño aerodinámico. Diseño aerodinámico: Cámara de establecimiento: Su objetivo es enderezar y uniformizar el flujo de aire. Cono de aceleración: Su función es comprimir el aire y acelerar la velocidad del flujo para conducirlo a la cámara de ensayos. Cámara de ensayos: Lugar donde se encuentra el modelo que queremos estudiar y donde se realizan las mediciones. Difusor: Una vez que el aire 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 del túnel. A menor velocidad, menores son las pérdidas. Ventilador: Es la fuerza que impulsa el flujo de aire La selección del motor va depender de los siguientes parámetros: El gasto de flujo 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. ANEXOS 1. Cálculo de densidad del aire en el laboratorio 1.1. Presión Barométrica corregida: [ ] 1 1+0.0000184 ( 19.5 °C ) °C Pcorr .=568.05 mmHg =566.2464 mmHg 1 1+0.0001818 ( 19.5 °C ) °C 1.2. Presión de saturación t (¿¿ 2.245) Ps=Presion de saturacion [lb/ft 2 ] Ps=2.685+3.537 x 10−3 ¿ t=temeratura ambiente[° F ] 9 t= ( 19.5 ° C ) +32=67.1 ° F 5 (71.6 ° F ) (¿¿ 2.245)=47.3150lbf / ft 2 Ps=2.685+3.537 x 10−3 ¿ ( 100 cm )2 Ps=54.31 lbf ( 1 atm ft 2116.2 lbf /ft 2 2 )( 1.03323 kgf /cm 2 1atm )( 1m 2) Kgf =230.9579 2 m 1.3. Presión de vapor Pv=Ps∗Hr Kgf Kgf ( Pv= 230.9579 m 2 ) ( 0.72 ) =166.2897 2 m 1.4. Densidad del aire en el laboratorio Pcorr .−0.3779 ( Pv ) ρaire = g R aire T T [K ]=19.5 ° C +273.15=292.35 K ( 100 cm )2 Pcorr .=566.2464 mmHg ( 1 atm 760 mmHg )( 1.03323 kgf /cm2 1 atm )( 1m 2) Kgf =7698.1943 2 m ( 7698.19 kgf /m 2) −0.3779 ( 169.70 kgf /m2 ) Kgf ¿ s 2 ρaire = =0.09073 3 ( 9.81 m/s 2 ) ( 29.256 m/ K ) ( 292.35 K ) m∗m UTM 9.8 Kg kg ρaire =0.08791 m3 ( 1UTM ) =0.8904 3 m 2. Cálculos para presiones q= PT - PE PDR = 5 mmH2O PT =10 ( Sen 30 )=5 mmH 20 PE =2 ( Sen 30 ) =1 mmH2O q = 5 – 1 = 4mmH2O PDR = 10 mmH2O PT =22 ( Sen 30 )=11 mmH 20 PE =2 ( Sen 30 ) =1 mmH2O q = 11 – 1 = 10mmH2O PDR = 15 mmH2O PT =32 ( Sen 30 )=16 mmH 20 PE =3 ( Sen 30 )=1.5 mmH2O q = 16 – 1.5 = 14.5mmH2O PDR = 20 mmH2O PT =44 ( Sen 30 )=22 mmH 20 P E =4 ( Sen 30 )=2 mmH2O q =22 – 2 = 20mmH2O PDR = 25 mmH2O PT =54 ( Sen 30 ) =27 mmH 20 P E =4 ( Sen 30 )=2 mmH2O q = 27 – 2 = 25mmH2O PDR Máxima PT =104 ( Sen 30 ) =52mmH 20 P E=6 ( Sen 30 )=3 mmH2O q = 52 - 3 = 49mmH2O 3. Cálculos para velocidad 1 mm H20 = 1 kg/ m2 v= √ 2q ρ √ 2 ( 4 kg / m2 ) (9.81 m/ s2 ) m v PDR=5= =9.388 kg s 0.8904 3 m √ 2 ( 10 kg /m2 ) (9.81m/ s2 ) m v PDR=10= =14.844 kg s 0.8904 3 m √ 2 ( 14.5 kg /m2 ) (9.81m/ s2 ) m v PDR=15= =17.874 kg s 0.8904 3 m √ 2 ( 20 kg /m2 ) (9.81 m/ s2 ) m v PDR=20= =20.992 kg s 0.8904 3 m √ 2 ( 25 kg /m2 ) (9.81 m/ s2 ) m v PDR=25= =23.470 kg s 0.8904 3 m √ 2 ( 49 kg/m 2 ) (9.81 m/s 2) m v PDRmax = =32.859 kg s 0.8904 3 m