Calibracion Del Tunel De Presion De Impacto

PRÁCTICA No. 4

CALIBRACIÓN DEL TÚNEL DE PRESIÓN DE IMPACTO Objetivo: Obtener la constante de calibración del túnel de presión total marca Plint & Partners modelo TE-44. Desarrollo: 1. Determinación de las condiciones ambientales. A) 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 19 °C 20 °C 19.5 °C Presión Barométrica 567.1 mmHg 569 mmHg 568.05 mmHg Humedad Relativa 72% 72% 72% B) Con los valores promedio obtenidos se deberá calcular la densidad del aire en el laboratorio. Temperatura Ambiente

Densidad del Aire en el Laboratorio:

𝜌𝑧 = 0.8908

𝑘𝑔 𝑚3

*Proceso en la Memoria de Calculo

2.- Determinación de la constante de calibración del túnel de viento TE-44. Colocar el tubo Pitot en la posición 0,0 del mecanismo de exploración transversal. 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 diferencial de referencia (PDR) igual a 5 mmH2O y proceder a medir la presión total y la presión estática, anotando los resultados en la tabla siguiente, para posteriormente continuar y repetir las mediciones para PDRs iguales a 10, 15 20 25 mmH2O y PDR MÁXIMO. A) B)

Los resultados obtenidos están registrados en la tabla siguiente: Presiones de Referencia: Presión Total = 20.4 cmH2O = 204 mmH2O

Presión Estática = 20.6 cmH2O = 206 mmH2O q

PDR mmH2O

PT cmH2O

PE cmH2O

PT mmH2O

PE mmH2O

q mmH2O

V m/s

PDR

50 100 150 200

19.4 18.2 17.2 16

20.4 20.4 20.3 20.2

194 182 172 160

204 204 203 202

4 10 14.5 20

9.3844 14.8381 17.8674 20.9842

0.08 0.1 0.0966 0.1

250

15 10

PDRMAX=495

20.2 20

150 100

202 200

25 49

23.4611 32.8456

0.1 0.0989

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

∑(

𝑞 ) 𝑃𝐷𝑅 6

0.575656566 = 0.095942 6 *Proceso en la Memoria de Calculo

3.- Registro Gráfico. Con los datos de la tabla, podemos obtener las gráficas: q vs. PDR y Velocidad vs. PDR.  q vs. PDR

q vs. PDR 600

495

500

PDR

400 300 200 100

100

50

150

200

250

0 4

10

14.5

20

25

q

PDR

4 10 14.5 20 25 49

50 100 150 200 250 495

Velocidad

PDR

9.3844 14.8381 17.8674 20.9842 23.4611 32.8456

50 100 150 200 250 495

49

Presion Dinamica (q) (mmH20)

 Velocidad vs. PDR

VELOCIDAD vs. PDR 600

495

500

PDR

400 300 200 100

50

100

150

200

250

0 9.3844

14.8381

17.8674

20.9842

Velocidad (m/s)

23.4611

32.8456

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, y en general como se obtiene una equivalencia entre milímetros de cualquier líquido manométrico y milímetros de agua. Se puede realizar las equivalencias con ayuda de la densidad del líquido, siguiendo la fórmula P= ρgh. De esa forma y con las unidades correspondientes obtenemos la presión en Pascales para cualquier líquido, pudiendo crear las conversiones correspondientes.

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. Ya que la fórmula de la velocidad es v= √(2q/ρ) es necesario conocer los valores de Pt y PE para obtener q y poder obtener la velocidad así que de esta forma no es posible.

3.- ¿Cuál es la ventaja de calibrar al túnel de viento? Cada laboratorio cuenta con diferentes condiciones ambientales dependiendo el lugar geográfico donde se encuentren, incluso a lo largo del día las condiciones de un laboratorio van cambiando; presión, temperatura, humedad etc. Dichas condiciones afectan en la medición de resultados. La ventaja de calibrar el túnel de viento es que lo adecuamos a las condiciones en las que realizamos el experimento, obteniendo así un mejor resultado.

4.- Explique un método general para calibrar a cualquier tipo de túnel de viento. (consulte la bibliografía). La utilización de herramientas de calibración como el anemómetro, es un método que nos permite medir la velocidad del viento, y comparando las lecturas de este instrumento con las obtenidas mediante los cálculos como los que se desarrollaron en esta práctica es posible analizar los pasos a seguir para realizar la calibración teniendo presente la constante K.

5.- Además de obtener la constante de calibración ¿qué otras actividades intervienen en la calibración del túnel? Las condiciones en las que se encuentre el laboratorio; presión, temperatura, humedad relativa, densidad del aire, etc.

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.

Memoria de Calculo A)

Densidad del Aire en el Laboratorio

Datos:  Temperatura Ambiente: 19.5 °C  Presión Barométrica: 568.05 mmHg  Humedad Relativa: 72%

Presión Barométrica Corregida: 𝑃𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 568.05 𝑚𝑚𝐻𝑔 ( 𝑃𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎

1 (19.5 °𝐶) 1 + 0.0000184°𝐶

1 (19.5 °𝐶) 1 + 0.0001818°𝐶 = 566.2464 𝑚𝑚𝐻𝑔

)

Presión de Saturación: 9 (19.5 °𝐶) + 32 = 67.1 °𝐹 5 𝑃𝑠 = 2.685 + 3.537 ∗ 10−3 (𝑡 2.245 ) 𝑃𝑠 = 2.685 + 3.537 ∗ 10−3 (67.1 2.245 ) 𝑙𝑏𝑓 0.4535 𝑘𝑔𝑓 1 𝑓𝑡 2 𝑘𝑔𝑓 𝑃𝑠 = 47.3150 2 ( )( ) = 230.9126 𝑓𝑡 1 𝑙𝑏𝑓 0.0929 𝑚2 𝑚2 𝑡=

Presión de Vapor: Pv = Humedad Relativa ∗ Presion de Saturacion = Hr ∗ Ps Pv = (0.72) (230.9126

𝑘𝑔𝑓 𝑘𝑔𝑓 ) = 166.3003 𝑚2 𝑚2

Densidad del Aire del Laboratorio: 𝑘𝑔𝑓 13.5950 2 𝑚 ) = 7698.1198 𝑘𝑔𝑓 𝑃𝑧 = 566.2464 𝑚𝑚𝐻𝑔 ( 1 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑚2 𝐾 = °𝐶 + 273.15 = 19.5 °𝐶 + 273.15 = 292.65 𝐾 𝜌𝑍 =

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝐵𝑎𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 − 0.3779 ∗ 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑃𝑧 − 0.3779 ∗ 𝑃𝑣 = 𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑅𝑇

𝑘𝑔𝑓 𝑘𝑔𝑓 7698.1198 2 − 0.3779(166.3003 2 ) 𝑚 𝑚 𝜌𝑍 = 𝑚 𝑚 (9.81 2 )(29.256 𝐾 )(292.65 𝐾) 𝑠 𝜌𝑍 = 0.0909

𝑈𝑇𝑀 9.8 𝑘𝑔 𝑘𝑔 ( ) = 0.8908 𝑚3 1 𝑈𝑇𝑀 𝑚3

B)

Presión Dinámica

Datos: PT mmH2O

PE mmH2O

194 182 172 160 150 100

204 204 203 202 202 200

Presión Total Corregida: *Tomando en cuenta que el manómetro tiene una inclinación de 30 grados, el valor de la presión será: 𝑃𝑇 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = |(𝑃𝑇 − 𝑃𝑇 𝑅𝑒𝑓 )𝑆𝑒𝑛30°| 𝑃𝑇1 = |(194 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 5 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝑇2 = |(182 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 11 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝑇3 = |(172 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 16 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝑇4 = |(160 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 22 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝑇5 = |(150 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 27 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝑇6 = |(100 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 52 𝑚𝑚𝐻2 𝑂

Presión Estática Corregida: *De la misma manera que se corrigió la presión total, se obtienen los siguientes valores: 𝑃𝐸 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = |(𝑃𝐸 − 𝑃𝐸 𝑅𝑒𝑓 )𝑆𝑒𝑛30°| 𝑃𝐸1 = |(204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 206 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝐸2 = |(204 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 206 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝐸3 = |(203 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 206 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 1.5 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝐸4 = |(202 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 206 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 2 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝐸5 = |(202 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 206 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 2 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑃𝐸6 = |(200 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 206 𝑚𝑚𝐻2 𝑂)𝑆𝑒𝑛30°| = 3 𝑚𝑚𝐻2 𝑂

Presión Dinámica: 𝑞1 = 𝑃𝑇 − 𝑃𝐸 = 5 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 4 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑞2 = 11 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 10 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑞3 = 16 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 1.5 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 14.5 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑞4 = 22 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 2 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 20 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑞5 = 27 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 2 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 25 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑞6 = 52 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 − 3 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 49 𝑚𝑚𝐻2 𝑂

C)

Velocidad del Viento

Datos: q mmH2O

4 10 14.5 20 25 49

Velocidad del Viento: *Usando la formula siguiente y tomando los valores obtenidos de las presiones en Pascales, obtenemos: 𝑣= √

2𝑞 𝜌

1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 = 9.80638 Pa 9.80638 𝑃𝑎 𝑞1 = 4 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 ( ) = 39.22552 𝑃𝑎 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 9.80638 𝑃𝑎 𝑞2 = 10 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 ( ) = 98.0638 𝑃𝑎 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 9.80638 𝑃𝑎 𝑞3 = 14.5 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 ( ) = 142.19251 𝑃𝑎 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 9.80638 𝑃𝑎 𝑞4 = 20 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 ( ) = 196.1276 𝑃𝑎 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 9.80638 𝑃𝑎 𝑞5 = 25 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 ( ) = 245.1595 𝑃𝑎 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 9.80638 𝑃𝑎 𝑞6 = 49 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 ( ) = 480.51262 𝑃𝑎 1 𝑚𝑚𝐻2 𝑂 𝑣1 = √

2(39.22552 𝑃𝑎) 𝑚 = 9.384459156 𝑘𝑔 𝑠 0.8908 3 𝑚

𝑣2 = √

𝑣3 = √

2(98.0638 𝑃𝑎) 𝑚 = 14.83813277 𝑘𝑔 𝑠 0.8908 3 𝑚

2(142.19251 𝑃𝑎) 𝑚 = 17.86747791 𝑘𝑔 𝑠 0.8908 3 𝑚

𝑣4 = √

𝑣5 = √

𝑣6 = √

2(196.1276 𝑃𝑎) 𝑚 = 20.9842886 𝑘𝑔 𝑠 0.8908 3 𝑚

2(245.1595 𝑃𝑎) 𝑚 = 23.46114789 𝑘𝑔 𝑠 0.8908 3 𝑚

2(480.51262 𝑃𝑎) 𝑚 = 32.84560704 𝑘𝑔 𝑠 0.8908 3 𝑚

q/PDR: *Usando los valores registrados, obtenemos esta relación para calcular la constante de calibración: 𝑞 4 = = 0.08 𝑃𝐷𝑅1 50 𝑞 10 = = 0.1 𝑃𝐷𝑅 2 100 𝑞 14.5 = = 0.096666667 𝑃𝐷𝑅 3 150 𝑞 20 = = 0.1 𝑃𝐷𝑅 4 200 𝑞 25 = = 0.1 𝑃𝐷𝑅 5 250 𝑞 49 = = 0.098989899 𝑃𝐷𝑅 6 495 ∑(

𝑞 ) = 0.575656566 𝑃𝐷𝑅