Practica 2 Medicion de velocidad

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
TERMOFLUIDOS 
 
PRÁCTICA NO.2 “MEDICIÓN DE VELOCIDAD” 
 
CADENA MARTÍNEZ CARLOS DAVID 
 
GRUPO: 8 
 
AGUILAR JUÁREZ JORGE 
 
FECHA ENTREGA: 13/01/2021 
 
 
 
 
Objetivos: 
• Medir la velocidad de un fluido (aire) con diferentes instrumentos. 
• “Calibrar” la velocidad del aire con la frecuencia del motor del túnel de viento. 
• Obtener la presión dinámica para el cálculo posterior de la velocidad del 
viento. 
Introducción 
Funcionamiento del Tubo de Pitot para medir la velocidad de un fluido. 
El tubo de Pitot es un instrumento utilizado con frecuencia para medir la velocidad 
del fluido. Cuando un fluido en movimiento se detiene porque encuentra un objeto 
estacionario, se crea una presión mayor que la de la corriente de flujo. La magnitud 
de esta presión incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en 
movimiento, mediante la siguiente ecuación: 
 
Es por ello que el tubo de Pitot es un instrumento utilizado con frecuencia para 
medir la velocidad del fluido. El tubo de Pitot es un tubo hueco que se coloca de 
modo que el extremo abierto apunta directamente a la corriente de flujo. La 
presión en la entrada del tubo hace que se mantenga dentro del mismo una 
columna estacionaria del fluido. Entonces, el fluido en o justo dentro de la punta 
está estacionario o estancado, lo que se conoce como punto de estancamiento. 
Tubo de Prandtl para medir la velocidad de un fluido y la diferencia con el 
Tubo de Pitot 
El tubo de Prandtl es una variante del tubo de Pitot en donde las tomas de presión 
estática se realizan directamente en el instrumento en vez de hacer otra toma de 
presión en la tubería. 
La idea de Ludwig Prandtl fue la de combinar en un solo instrumento un tubo de 
Pitot y un tubo piezométrico: El tubo de Pitot mide la presión total; el tubo 
piezométrico mide la presión estática, y el tubo de Prandtl mide la diferencia de las 
dos, que es la presión dinámica. 
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La idea de Ludwig Prandtl fue la de combinar en un solo instrumento un tubo de 
Pitot y un tubo piezométrico: El tubo de Pitot mide la presión total; el tubo 
piezométrico mide la presión estática, y el tubo de Prandtl mide la diferencia de las 
dos, que es la presión dinámica. 
En la práctica V2 es algo mayor que V0, y por lo tanto según la ecuación general de 
Bernoulli P2 es algo menor que P0. Adicionalmente, si el eje del tubo de Prandtl 
está inclinado con relación a las líneas de corriente, puede producirse una velocidad 
distinta de cero y por lo tanto una presión P1<Pt. Se debe introducir por lo tanto un 
coeficiente Cv, llamado coeficiente de velocidad del tubo de Prandtl, que tiene 
valores próximos a 1, determinados experimentalmente en laboratorio. 
Funcionamiento de un Velómetro. 
Los velómetros de alabes rotativos están basados en la medición de las 
revoluciones por minuto del molinete, siendo este valor proporcional a la velocidad 
del fluido que circula por el conducto. La señal puede medirse con un reloj 
(velómetros mecánicos) o bien translucirse a una señal eléctrica. En este caso 
deben utilizarse instrumentos intrínsecamente seguros cuando las mediciones se 
realizan en atmósferas inflamables. Existen velómetros de distintos diámetros. Es 
obvio que los de mayor tamaño no son adecuados para mediciones dentro de los 
conductos ya que requerirían orificios demasiados grandes. En este caso, su utilidad 
se pone de manifiesto para medidas en boca de campana o a la descarga del 
sistema. 
En general, las sondas de molinete pierden precisión por debajo de 0,25 m/s, lo que 
no significa un problema para su uso en mediciones en sistemas de extracción 
localizada pero sí para mediciones ambientales 
 
 
 Funcionamiento de un anemómetro de hilo caliente. 
Un anemómetro es un instrumento para medir la 
velocidad o rapidez de los gases ya sea en un flujo 
contenido, como el flujo de aire en un conducto, o 
en flujos no confinados, como un viento 
atmosférico. Para determinar la velocidad, un 
anemómetro detecta el cambio en alguna 
propiedad física del fluido o el efecto del fluido en 
un dispositivo mecánico insertado en el flujo. Un 
anemómetro puede medir la magnitud de la 
velocidad total, la magnitud de velocidad en un 
plano, o el componente de velocidad en una 
dirección específica. 
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https://zamtsu.com/wp-content/uploads/2020/05/AM-4204.jpg
Túnel de viento. 
También llamado "Low Speed Wind Tunel", es un aparato que permite estudiar en 
laboratorio la aerodinámica de cualquier objeto que se coloque en su interior. Es 
una habitación con una plataforma giratoria en su centro a la que se fija el objeto. 
La pared situada frente a él está formada por una rejilla por la que penetra el aire 
que envía una gigantesca turbina situada detrás, al tiempo que actúa como un 
difusor, dando uniformidad a la corriente ventosa. En uno de los laterales, y 
separado por una ventana, está el laboratorio que recibe los datos de los sensores 
que se colocan sobre la superficie del objeto y registran la velocidad del aire, su 
dirección, formación de remolinos y otros. La plataforma puede girarse para variar 
el ángulo de incidencia del aire. Las industrias automovilística y aeronáutica son las 
principales usuarias del ingenio, aunque desde hace un par de décadas también se 
utiliza para mejorar la práctica de determinados deportes. Como el esquí y el 
ciclismo, que gracias a su aplicación han mejorado la posición de los deportistas 
durante la competición. 
La presión estática del aire se mide a la entrada del tramo de medición mediante 
cuatro orificios distribuidos por todo el perímetro del túnel. La presión diferencial 
entre la presión total y la estática corresponde a la presión dinámica Pd y es 
proporcional al cuadrado de la velocidad de fluido. La presión Pg dentro del canal 
se iguala a la presión Pu del entorno, siempre que las pérdidas de presión sean 
pequeñas. Así con una densidad ρ del aire se obtiene una velocidad. 
 
Comparación de los diferentes métodos para medir la velocidad, exponga 
ventajas, desventajas, limitaciones, etc. 
Tubo Pitot 
Ventajas: 
-Se puede utilizar en flujos abiertos. 
-Sirve para medir caudales de agua. 
-También mide velocidades de flujos de aire. 
-Es fácil de manipular y obtener la velocidad a partir de los datos entregados. 
Desventajas: 
-No se puede utilizar con flujos que contengan material particular. 
-Para que mida la velocidad correctamente el tubo debe estar orientado de manera 
paralela a las líneas de corriente. 
 
Tubo de Prandtl 
Ventajas: 
-Las tomas de presión estática se realizan directamente en el instrumento en vez 
de hacer otra toma de presión en la tubería. 
-El tubo de Prandtl es el instrumento que comúnmente se usa para medir velocidad 
de un fluido, siendo el tubo de Pitot usado principalmente para medir la presión de 
estancamiento. 
Desventajas: 
-La distancia en donde se realizan la toma de presión estática, la cual debe ubicarse 
suficientemente lejos para que el flujo no esté perturbado por el contacto con la 
punta del tubo. 
-La precisión de estos instrumentos es pequeña y está en el orden del 1.5 al 4%. 
Velómetro: 
Ventajas: 
- Son aparatos eléctricos. 
- La señal puede medirse con un reloj (velómetros mecánicos) o bien translucirse a 
una señal eléctrica. 
- La medición de las revoluciones por minuto del molinete, siendo este valor 
proporcional a la velocidad del fluido que circula por el conducto. 
Desventajas: 
- Los de mayor tamaño no son adecuados para mediciones dentro de los conductos 
ya que requeriríanorificios demasiados grandes. 
- Las sondas de molinete pierden precisión por debajo de 0,25 m/s, lo que no 
significa un problema para su uso en mediciones en sistemas de extracción 
localizada pero sí para mediciones ambientales. 
 
Anemómetro de hilo caliente: 
Ventajas: 
-Presentan un circuito cerrado más simples y barato para su fabricación. 
-Tienen sensores pequeños y se pueden usar para medir la velocidad instantánea 
en cualquier punto en el flujo sin perturbar considerablemente el flujo. 
-Pueden tomar miles de mediciones de velocidad por segundo con excelente 
resolución espacial y temporal. 
-Se pueden usar para estudiar los detalles de las fluctuaciones en el flujo turbulento. 
-Pueden medir con precisión velocidades en líquidos y gases sobre un amplio rango: 
desde unos cuantos centímetros hasta cientos de metros por segundo. 
Instrumentación o equipo: 
• Túnel de viento. 
• Tubo de Prandtl. 
• Manómetro digital. 
• Velómetro. 
• Velómetro de hilo caliente. 
Procedimiento o proceso experimental: 
1. Abrir el túnel de viento para remover tuercas y tapones laterales para insertar 
instrumentos de medición. 
2. Cerrar el túnel de viento y tapar la parte inferior para no afectar las 
mediciones velocidad. 
3. Conectar el túnel de viento al suministro eléctrico y encender el interruptor 
principal. 
4. El túnel debe ser operado únicamente presionando cuatro botones: iniciar, 
parar, subir y disminuir velocidad. 
5. Antes de arrancar el ventilador del túnel, destapar el manómetro calibrado 
para proporcionar la velocidad del viento en [m/s]. 
6. Aflojar el tornillo que sujeta la base de los tubos dispuestos para medir 
presión para dar la inclinación deseada a la misma, y fijarla firmemente 
apretando el tornillo nuevamente. 
7. Conectar las mangueras del tuvo del túnel de viento a los tubos dispuestos 
para medir la Ps y PT. 
8. Conectar el manómetro digital para medir la Vaire y la Ps. 
9. Conectar el velómetro para medir la Vaire y la Ps. 
10. Encender el hilo caliente sin abrir el capuchón de protección hasta que el 
aparato lo indique y poder efectuar la medición de la velocidad del aire. 
11. Encender el motor del túnel de viento a 22 Hz, checar que la lectura del túnel 
sea mayor a 8 [m/s]. 
12. Hacer el registro de mediciones con todos los aparatos: túnel, manómetro 
digital, velómetro y velómetro de hilo caliente. 
13. Aumentar la frecuencia del motor a 2 Hz y repetir el paso 12. 
Después de realizar 5 lecturas apagar el ventilador, desconectar equipos y colocar 
tapones y tuercas al túnel. 
Datos y Lecturas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Memoria de Cálculo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Haciendo un solo cálculo para el primer dato y lo demás será programado en Excel: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resultados: 
 
 
 
*NOTA: La gráfica VTv se encima con la de Tubo de Prandtl, pero si se encuentra 
ahí. 
 
 
 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50
V
el
o
ci
d
ad
 [
m
/s
]
Frecuencia [Hz]
Gráficas Conjuntas de Velocidad
Vc
VTv
Velometro
Tubo Prandtl
Anemómetro Hilo Caliente
PT [Pa] 
ρaire 
[Kg/m3] 
h [m H2O] v1 [m/s] VTv [m/s] %Error 
Velómetro 
[m/s] 
Tubo de 
Prandtl 
con 
manómetro 
digital 
[m/s] 
Anemómetro 
de hilo 
caliente 
[m/s] 
77833.5502 0.9293 0.002736 7.5967 9 15.5924 8.925 8.04 7.5 
77867.1004 0.9293 0.006156 11.3950 11 3.5911 11.016 10.24 9 
77883.8755 0.9293 0.007182 12.3080 13 5.3228 13.005 12.36 10.7 
77917.4257 0.9293 0.01026 14.7109 16 8.0568 16.014 14.33 12.4 
77967.7510 0.9293 0.01539 18.0171 17 5.9830 17.034 16.45 14.2 
Análisis de Resultados 
Se observa que las velocidades obtenidas con los distintos instrumentos de 
medición no varían mucho con respecto a la velocidad del túnel de viento. Sin 
embargo, en la primera lectura la velocidad obtenida tiene un error del 15 % y 
bastante significativo, esto se puede deber a que no se haya realizado una correcta 
medición de las alturas en mm de agua. Además, se observa que en todos los casos 
la velocidad se relaciona de manera directamente proporcional con la frecuencia del 
motor (lo cuál no era algo de lo que precisamente dudábamos), aunado a que todos 
los instrumentos de medición nos daban lecturas razonablemente cercanas, a 
excepción de una, pero es indicio de que hubo una medición adecuada. 
Conclusiones 
Se logró comprender el funcionamiento de los instrumentos para medir la velocidad 
del aire, al igual que se pudo determinar el porcentaje de error de la velocidad 
calculada con respecto a la velocidad en el túnel de viento, que fue la que se tomó 
como la velocidad real y con esto podemos decir que el mejor instrumento de 
medición es el Tubo de Prandtl con manómetro digital, ya que sus valores son 
idénticos a los del túnel de viento (velocidad real). De igual manera se puede 
concluir que la velocidad aumenta conforme se modifica la frecuencia del motor. 
Referencias: 
• ¿Cómo funciona el velocímetro? (s. f.). Velocímetro. Recuperado 07 de enero 
de 2021, de https://www.autodaewoospark.com/como-funciona-
velocimetro.php#:%7E:text=El%20veloc%C3%ADmetro%20electr%C3%B3
nico%20funciona%20en,con%20la%20velocidad%20del%20autom%C3%B
3vil. 
• StuDocu. (s. f.). Tubo de Pitot y prandtl - ESPE. Recuperador 07 enero 2021 
de https://www.studocu.com/ec/document/universidad-de-las-fuerzas-
armadas-de-ecuador/principios-de-hidraulica/practica/tubo-de-pitot-y-
prandtl/5335437/view 
• C. (2020a, septiembre 15). El tubo de Pitot – Mecánica de Fluidos. 
dademuchconnection. Recuperado 07 enero 2021 en 
https://dademuch.com/2019/11/28/el-tubo-de-pitot-mecanica-de-fluidos/ 
• López Sandoval, J. Á. (2013). Verificación de sistemas de ventilación por 
extracción localizada. 
 
Anexo (Cuestionario) 
1. ¿Cuál es la relevancia del valor mínimo de frecuencia del motor? ¿Qué 
pasa si el valor seleccionado es el más pequeño? 
Si la frecuencia es muy baja, podría generar turbulencias, y por ende el aire no 
fluye de manera lineal, generando fallos en las lecturas. Cuando tenemos la 
https://www.autodaewoospark.com/como-funciona-velocimetro.php#:%7E:text=El%20veloc%C3%ADmetro%20electr%C3%B3nico%20funciona%20en,con%20la%20velocidad%20del%20autom%C3%B3vil
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https://www.studocu.com/ec/document/universidad-de-las-fuerzas-armadas-de-ecuador/principios-de-hidraulica/practica/tubo-de-pitot-y-prandtl/5335437/view
https://www.studocu.com/ec/document/universidad-de-las-fuerzas-armadas-de-ecuador/principios-de-hidraulica/practica/tubo-de-pitot-y-prandtl/5335437/view
https://www.studocu.com/ec/document/universidad-de-las-fuerzas-armadas-de-ecuador/principios-de-hidraulica/practica/tubo-de-pitot-y-prandtl/5335437/view
https://dademuch.com/2019/11/28/el-tubo-de-pitot-mecanica-de-fluidos/
frecuencia adecuada, entonces tenemos suficiente velocidad para que el flujo 
sea laminar. 
2. ¿Dentro del túnel las presiones generadas son positivas o negativas? 
Explique su respuesta. 
Se podría considerar que son negativas, debido a que el aire entra al túnel de 
viento, no sale de él. Además, cuando un fluido se mueve a lo largo del túnel, la 
presión disminuye al aumentar la velocidad, gracias a esto es que la presión 
dentro del túnel es menor que la presión atmosférica y por lo tanto la presión 
manométrica resulta negativa (también se le llama presión vacuométrica). 
3. Además de romperse, ¿qué riesgo existe alconectar las mangueras del 
tubo de Pitot en las columnas de agua del túnel de viento? 
Existe el riesgo de que se conecten de manera errónea por lo que el valor 
obtenido tendría un cierto error y por ende los cálculos posteriores estarían mal. 
4. ¿Es aconsejable conectar las mangueras del manómetro digital de 
cierta manera, o eso no importa para obtener una cierta lectura? 
No importa mucho, pero es importante considerar que una manguera nos da 
presión estática y la otra presión dinámica, para evitar confusiones o lecturas 
erróneas (debido a que se invertirían los signos de las lecturas). 
5. ¿Qué ocurre si las mangueras del velómetro no se conectan de acuerdo 
con las marcas que poseen el mango y el medidor? 
Nos arroja mediciones de manera inversa, pero debido a que el aparato tiene un 
valor mínimo para mediciones (es un medidor de caratula analógico), podría 
dañarse si llega a rebasar tal punto. 
6. ¿Qué medidor de velocidad presentó los valores más grandes? 
Explique dicho comportamiento. 
El velómetro, debido a que está diseñado para medir rangos de velocidades 
mucho más amplios que los demás medidores, y por ello es menos sensible, 
puede medir de 0 a 2500 pies por segundo. 
7. ¿Qué medidor de velocidad presentó los valores más pequeños? 
Explique dicho comportamiento. 
El anemómetro de hilo caliente, porque toma medidas de la velocidad del flujo 
de aire en un lugar muy particular del tubo (la velocidad del flujo del aire que 
alcanza a tocar el hilo), por otro lado, la velocidad calculada a través del Tubo 
de Prandtl toma más bien una velocidad promedio (considerando que la presión 
a lo largo del túnel no varía tanto como la velocidad del flujo del aire en diferentes 
lugares dentro del túnel, tanto transversal como longitudinalmente; la velocidad 
de flujo si presenta una variación tanto transversal como longitudinalmente). 
Esto nos da una idea de la sensibilidad del anemómetro de hilo caliente, el cual 
no debe usarse para medir velocidades de flujo de aire que sean demasiado 
grandes o podría dañarse el instrumento.