PRACTICAS AERODINAMICA

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Objetivo

Conocer prácticamente diferentes instrumentos y métodos de medición de la velocidad del viento

Consideraciones Teóricas

La anemometría estudia la velocidad del viento, esto lo hace por medio de anemómetros. El instrumento que mide la intensidad del viento se le llama anemómetro o anemógrafo y al que mide dirección del viento veleta. La función de un anemómetro (algunas veces con veleta) es la de medir algunas o todas las componentes del vector velocidad del viento. Lo más común es expresar el viento como un vector de 2 dimensiones, considerando solo la dimensión horizontal, ya que la componente vertical es muy pequeña cerca de la superficie. Sin embargo en algunos casos la componente vertical es importante y existen hoy en día anemómetros diseñados para medir las 3 componentes.

Anemómetro De TurbinaEs un instrumento que detecta y mide la velocidad del viento cuando este hace girar libremente a una turbina. Gracias a un circuito electrónico se establece una conversión analógico-digital entre las revoluciones de la turbina y la velocidad del viento, cuyo resultado aparece en la caratula.

Anemómetro DiferencialComo su nombre lo indica este instrumento mide la velocidad del viento detectando diferencia de presiones, indicándola en una escala mediante una aguja, tal escala puede estar graduada directamente en unidades de velocidad o en unidades de presión.

Anemómetro De CopasComo su nombre lo indica, este anemómetro está constituido por objeto en forma de copa. El propósito de utilizar copas es el producir que estas giren alrededor de un eje cuando el viento incide por el lado cóncavo, mismo que ofrece una mayor resistencia aerodinámica que el lado convexo. El uso de este anemómetro es principalmente para determinar la velocidad del viento atmosférico.

Material

Anemómetro de copas Generador de viento Anemómetro diferencial Manómetro diferencial Anemómetro de turbina

AERODIANMICAING. FAUSTO RODRIGUEZ IBARRAGRUPO: 5AM2


Carril de 50 cm Tubo Pitot -Carro soporte Tobera de 150 mm

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 PromedioTemperatura Ambiente

16°C 16.4°C 16.2°C

Presión Barométrica 590.4 590.5 590.45Humedad Relativo 72% 72% 72%

Densidad del aire:

Pcorr=590.45[ 1+0.0000184 1° c (16.2 °C)

1+0.00018181°C

(16.2° C) ]=588.89mmHgT=9

5(16.2 )+32=61.16 ° F

Ps=2.685+3.537 x10−3 (61.162.245 )=38.9305 lb

pie2

38.9305kgm2 ( 1kg2.21lb )( 10.7 pie2m2 )=188.4872 kgm2

Pv=0.745(188.4872 kgm2 )=140.422964 kgm2P z=588.89mmHg∗0.0013595=0.80056

kg

c m2∗10000=8005.6 kg

m2



B) Calcular la densidad de aire en el laboratorio

ρ z=8005.6−0.3779(140.422964)

9.81 (29.256 )(289.35)=0.09576307918UTM

m3

ρ z=0.09576307918UTM

m3=0.9394358067 kg

m3

2. Utilización del Tubo Pitot

Para poder utilizar el Tubo Pitot es necesario cuantificar los valores de los errores de vástago y de punta

A. Determinación del error total en la presión dinámica y su corrección

Las dimensiones del Tubo Pitot a utilizar son

Lv=98mm;Lp=15mm;D=5mm

Entonces se pueden determinar los cocientes Lv

DyLp

D para que se obtengan los

porcentajes de error en la presión dinámica debido al vástago y a la punta utilizando las gráficas. Cabe aclarar que en las gráficas los errores se expresan como porcentaje, para efectuar operaciones con estos valores se deben de dividir entre 100.

98mm5mm

=19.6∴Ev=0.4

15mm5mm

=3∴Ep=0.6

Error total

El error total es igual a la suma del error de punta más el error del vástago:

ET=(EP+EV )∴ ET=−0.6+0.4 ET=−0.2%



Factor de corrección

La presión dinámica que se lee en el manómetro se representara con q leida

La presión dinámica corregida se representara con qcorr y es igual a:

qcorr=q leida+ET (qleida )∴qcorr=¿qleida(1+ET)¿

(1+ET ) Es el factor de corrección de la presión dinámica: 1+(−0.002 )=0.998

B. Determinación del factor de corrección para la escala de velocidades del manómetro diferencial.

Corrección por diferencia de densidad del aire con respecto de las condiciones estándar a nivel del mar

ρ nm=1.25 kgm3

ρz=0.9402 kgm3

V pcorr=V leida √ ρ nmρ z

Distancia desde la salida de la tobera (cm)

V leida(ms)

0 1110 9.320 8.930 8.5

Corrección por error en la presión dinámica

V ρcorr

0 12.6834548810 10.72328458


V pcorr=11√ 1.250.9402

=12.68345488

V pcorr=9.3√ 1.250.9402

=10.72328458

V pcorr=8.9 √ 1.250.9402

=10.26206804

V pcorr=8.5 √ 1.250.9402

=9.800851497

V real=12.68345488√0.9988=12.67076508

V real=10.72328458√0.9988=10.71684868

V real=10.26206804√0.9988=10.25590895

V real=9.800851497√0.9988=9.79496922


20 10.2620680430 9.800851497

V real=V ρcorr√(1+ET )donde1+ET=0.998

C. Medición de la velocidad del flujo libre a diversas distancias de la salida de una tobera de 150 mm de diámetro utilizando un Tubo Pitot.

Distancia desde la salida de la tobera (cm}

V leida(ms ) V ρcorr(ms ) V real (ms )0 10.4 12.68345488 12.67076508

10 10.2 10.72328458 10.7168486820 10 10.26206804 10.2559089530 9.8 9.800851497 9.79496922


0 5 10 15 20 25 30 350

2

4

6

8

10

12

14

Grafica Velocidad vs Distancia

Distancia

Velo

cidad

Rea

l


3. Utilización del anemómetro de turbina

Distancia desde la salida de la tobera (cm) V leida(ms )

0 1110 9.320 8.930 8.5


0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

2

4

6

8

10

12

Distancia

Velo

cidad

Rea

l


4. Utilización del anemómetro diferencial

PB=590.45mmHg=23.3117 inHg

V c=V L+0.001V L (29.92−PB )

V c=200+0.001 (260 ) (29.92−23.3117 )=201.718158 ft /min

201.718158ftmin

∗0.3048=61.483760

=1.0248ms

V c=180+0.001 (180 ) (29.92−23.3117 )=181.189494 ftmin

181.189494ftmin

∗0.3048=55.226560

=0.9204 ms

V c=150+0.001 (150 ) (29.92−23.3117 )=150.991245 ftmin

150.991245ftmin

∗0.3048=46.022160

=0.7670ms

V c=120+0.001 (120 ) (29.92−23.3117 )=120.792996 ftmin



120.792996ftmin

∗0.3048=36.817860

=0.6137ms

V c=110+0.001 (110) (29.92−23.3117 )=110.726913 ftmin

110.726913ftmin

∗0.3048=33.749560

=0.5625 ms

Distancia desde la entrada del generador

de viento (cm)

V leida( ftmin ) V corr( ft

min ) V corr(ms )15 cm 200 201.718158 1.024816 cm 180 181.189494 0.920417 cm 150 150.991245 0.767018 cm 120 120.792992 0.613719 cm 110 110.726913 0.5625


14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Distancia

Velo

cidad

Rea

l


5. Utilización del anemómetro de copas

Lectura inicial 692216 Tiempo transcurrido (∆t )seg 300

Lectura final

692217 Velocidad del viento

(LF−LI )∗100∆ t

(m/s)

0.3333

(LF−L I)∗100 100 Velocidad del viento (km/h) 1.2

Cuestionario

1. Se tiene un tubo Pitot cuyos orificios de presión estática se encuentran a 12.8 mm de la punta y a 32 mm 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 al nivel del mar, determinar el valor verdadero de la velocidad y de la presión dinámica en la corriente de aire. El tubo Pitot tiene 4 mm de diámetro.

q=12.05∈H 2O

Lv=32mm

LP=12.8mm

D=4mm

324

=8∴EV=1.25

12.84

=3.8∴Ep=−0.6



ET=(EP+EV )∴ ET=−0.6+1.2 ET=0.6%

(1+ET ) Es el factor de corrección de la presión dinámica: 1+0.006=1.006

Conversión:

1Pa=0.004∈H 2O

q=12.05∈H 2O=3012.5 Pa

ρ nm=1.25 kgm3

V=√ 2qρ =√ 2(3012.5)1.25kgm3

=69.4252ms

V pcorr=V leida √ ρ nmρ z

∴69.4252√ 1.251.25=69.425

V real=V ρcorr√ (1+ET )donde1+ET=0.0062

69.425√ (1+0.0062 )=69.63988 ms

q= ρ v2

2=1.25¿¿

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

3. Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por error en la presión dinámica.

PD=12ρV 2



qD=12ρ2V

2corr

12ρ1 v

2=12ρ2V

2+(1+ET )

p1=p2

V 2=V 2corr(1+ET )

V=√V 2corr(1+ET )

V=V corr√(1+¿ET )¿

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. Mencione y explique dos factores más que producen error en el tubo Pitot

Error de posición: error en el diseño además de que el tubo pitot es un poco inestable al alineamiento con respecto al flujo y hay error de unos cuantos puntos porcentuales.

Errores por características del fluido

Para fluidos incompresibles la velocidad es menor que la masa

Para fluidos comprensibles la velocidad es mayor la masa

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 obtener la velocidad verdadera.

La lectura del IAS no es la verdadera ya que este instrumento trabaja con un tubo Pitot y ya vimos los tipos de errores que tiene el tubo, para obtener la velocidad verdadera se tiene que corregir en la TAS que se realiza por medio de la CAS, la temperatura y la altitud. O también se puede añadir un 2% a la velocidad calibrada por cada mil pies de altitud



6. Explique el funcionamiento de dos diferentes a los utilizados en esta practica

Anemómetro laser Doppler. Se usa mediante un laser que es dividido y enviado al anemómetro. El retorno del laser decae por la cantidad de moléculas de aire en el detector, donde la diferencia entre la radiación relativa del láser en el anemómetro

Anemómetro de Hilo Caliente. Anemómetro Térmico el cual mide la velocidad del fluido detectando los cambios de transferencia de calor mediante un pequeño sensor.


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