Práctica 1 aerodinámica anemometria

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Mecánica y Eléctrica
Unidad Ticomán
Aerodinámica
Práctica 1 Anemometría
Profesor: Antonio Medrano Mejía
Alumnos:
Moreno Solís Jesús Armando 
 Ramírez Alcántara Moisés
Valdez Barreto Luis Antonio
GRUPO: 5AV1
FECHA DE ENTREGA: 18/SEPTIEMBRE/2017
Objetivo:
Conocer prácticamente diferentes instrumentos y métodos de medición de la velocidad del viento.
Equipo y material:
· Anemómetro de copas.
· Anemómetro diferencial.
· Anemómetro de turbina.
· Generador de viendo.
· Manómetro diferencial.
· Carril de 50 cm.
· Tubo Pitot.
· Carro soporte.
· Tobera de 150 mm.
Consideraciones teóricas:
En casi todos los estudios concernientes a la aerodinámica experimental, es necesario conocer la velocidad del viento. Para esto se utilizan diferentes instrumentos de medición que directa e indirectamente registran la magnitud y cambios en la velocidad del flujo del fluido, ya sea por diferencia de presiones, de temperaturas o por medio de un dispositivo mecánico, cuyo movimiento se asocie a la velocidad del viento. 
El uso de cada tipo de instrumentos depende de la naturaleza del flujo de aire a medir, es decir, para una condición particular de viendo existen instrumentos adecuados para efectuar la medición de su velocidad. 
Los instrumentos para la medición de la velocidad del viento más comunes son son:
· Anemómetro de copas.
· Anemómetro diferencial.
· Anemómetro de turbina.
· Tubo Pitot
· Anemómetro de hilo caliente.
· Anemómetro láser-Doppler.
Como ya se mencionó, el uso de los instrumentos anteriormente listados depende según las condiciones del flujo a medir, por ejemplo, medición de la velocidad del viento atmosférico, determinación del gradiente de velocidades del viento en la capa límite o bien calibración de la velocidad en el túnel de viento. 
A continuación, se explicará el funcionamiento y características de los instrumentos de medición a utilizar en esta práctica:
Tubo Pitot
El tubo Pitot es un instrumento que detecta la presión total y la presión estática en una corriente de aire, lo que nos permite conocer el valor de la presión dinámica y por lo tanto el valor de la velocidad del flujo. Recordando que la suma de la presión estática y la dinámica nos dará la total. Quedando la velocidad del flujo como:
 en donde: 
Cuando en el tubo Pitot, además de la toma de presión total, también se incluye la toma de presión estática, se le llama tubo pitot/estático, un ejemplo se muestra en las siguientes figuras. 
La gráfica 1.1a sirve para determinar el error en la presión dinámica producido por el vástago del tubo Pitot.
La gráfica 1.1b sirve para determinar el error en la presión dinámica producido por la punta del tubo Pitot.
	
Anemómetro de turbina
Es un instrumento que detecta y mide la velocidad del viento cuando éste 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 carátula. 
Las especificaciones del este anemómetro que se utiliza en esta práctica son:
Temperatura de operación: 0-50°C (el fabricante no indica corrección alguna por cambio en la temperatura).
Rango de escalas: 
· 0 a 87.9 NUDOS.
· 0 a 8790 ft/min.
· 0 a 44.8 m/s.
NOTA: Debido al diseño de la turbina del anemómetro, para lograr una medición precisa de la velocidad, es necesario mantener un ángulo de 20° entre la dirección del viento y el eje de la turbina.
Anemómetro diferencial
Como 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 ser graduada directamente en unidades de velocidad o en unidades de presión. El fabricante de este instrumento indica que se debe corregir la velocidad leída en la escala siempre que se tengan valores de presión atmosférica diferentes de 29.92 pulgadas de mercurio. (760mmHg), según la fórmula siguiente: 
En donde: Vc (Velocidad corregida en pies/min), VL (Velocidad leída en pies/min) y Pa (presión barométrica en pulgadas de mercurio).
Anemómetro de copas
Como su nombre lo indica, este anemómetro está constituido por objetos en forma de copa. El propósito de utilizar copas es el producir que éstas giren alrededor del 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 viendo atmosférico. El anemómetro tiene una carátula cerca de su base en donde se indica una medida en unidades de distancia (metros x 100). 
El procedimiento a seguir para efectuar mediciones de la velocidad del viento es el siguiente: Supongamos que la lectura inicial en la carátula del instrumento indica 693423. Se coloca el anemómetro en el viento y se comienza a medir el tiempo de estancia en dicho tiempo, que puede ser de unos minutos hasta horas. Para nuestro ejemplo consideremos que pasaron cinco minutos, y al término de este lapso de tiempo la carátula del anemómetro indicó 693427, la diferencia es cuatro que multiplicado por 100 se obtienen 400 metros que dividido entre el tiempo transcurrido nos da la velocidad del viento. 
Desarrollo
1.Determinación de las condiciones ambientales.
	
	Iniciales
	Finales
	Promedio
	Temperatura ambiente
	23°C
	22.5°C
	22.75°C
	Presión Barométrica
	573 mmHg
	573 mmHg
	573mmHg
	Humedad relativa
	65%
	65%
	65%
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. 
Dimensiones del tubo Pitot: Lv= 98mm, Lp=15mm, D=5mm.
Lv/D= 19.5. 	 Ev = 0.005 (de gráfica 1.1a).
Lp/D= 3. 	Ep= -0.006 (de gráfica 1.1b).
Error total (ET) = Ev + Ep		ET = -0.001.
Donde:
qcorr= Presión dinámica corregida.
qleída= Presión dinámica leída en el manómetro.
 (1+ET) es el factor de corrección de la presión dinámica.
b) Determinación del factor de corrección para la escala de velocidades del manómetro diferencial. 
I.- Corrección por diferencia de densidad del aire (ρz) con respecto a las condiciones estándar a nivel del mar (ρNM). La velocidad leída directamente del manómetro se debe de corregir con la siguiente ecuación:
	II.- Corrección por error en la presión dinámica. Finalmente, la velocidad anterior se debe de corregir por error en la presión dinámica debido al error de punta y error de vástago del tubo Pitot:
c) Medición de la velocidad del flujo libre a diversas distancias de las salidas de una tobera de 150 mm de diámetro utilizando un tubo Pitot.
	Distancia desde la salida de la tobera (cm)
	(m/s)
	(m/s)
	(m/s)
	0
	 10
	11.74539549
	11.7395213
	10
	7.5
	8.80904662
	8.80464099
	20
	5.5
	6.459967521
	6.45673673
	30
	3
	3.523618648
	3.5218564
3. Utilización del anemómetro de turbina
	Distancia desde la salida de la tobera (cm)
	(m/s)
	0
	9.5
	10
	6.7
	20
	5.6
	30
	4.5
4. Utilización del anemómetro diferencial.
	Distancia desde la entrada del generador de viento (cm)
	(ft/min)
	(ft/min)
	(m/s)
	10
	90
	96.624
	0.49084992
	15
	80
	85.888
	0.43631104
	20
	30
	32.2083
	0.163618164
	25
	20
	21.472
	0.10907776
	30
	5
	5.368
	0.02726944
5. Utilización del anemómetro de copas
	Lectura inicial (Li)
	696995
	Tiempo transcurrido Δt [s]
	80
	Lectura final (Lf)
	696996
	Velocidad del viento
 (Lf-Li)*100/Δt [m/s]
	1.25
	(Lf-Li)*100 [m]
	100
	Velocidad del viento [Km/hr]
	4.5
6. 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. Eltubo Pitot tiene 4 mm de diámetro.
 Por lo tanto, de la gráfica EV = 0.013
3.2 por lo tanto de la gráfica EP = -0.005
(Et) = (EP + EV)
Et = 0.008 = 70.72764m/s
VREAL=70.72764 =71 m/s
QREAL = = 3075.01 Pa
2. Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por diferencia de densidad.
Partiendo de la ecuación de la presión dinámica q = 
Despejamos velocidad corregida
v2leida ρNM /ρz = v2corr
Quedando: Vcorr = Vleida
3. Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por error en la presión dinámica (ecuación (4)).
4. En la práctica se observó 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.
1. Error debido a la variación de presión estática de acuerdo a la posición del tubo, se debe tener en cuenta esta variación para un cálculo correcto.
2. Errores debido a la perpendicularidad de las tomas de presión, lo cual claramente nos puede originar un error en la medición.
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 IAS no es la velocidad verdadera debido a que se trabaja con un tubo Pitot y este instrumento puede presentar errores. Para obtener la velocidad verdadera se tiene que corregir en la TAS que se realiza mediante la CAS, la temperatura y la altitud
6.- Explique el funcionamiento de dos anemómetros diferentes a los utilizados en esta práctica.
Anemómetro sónico: Este tipo de anemómetro se basa en que la velocidad de propagación del sonido depende de la velocidad del viento. Lo que se mide en este caso es el tiempo que demora una señal de sonido en atravesar una distancia conocida (normalmente unos 20 cm). Este intervalo es tiempo está relacionado con la velocidad del viento en la dirección entre el emisor y el receptor. Mediante una medición similar, realizada en una dirección perpendicular a la anterior, se puede calcular la velocidad total del viento y su dirección. Este instrumento es considerablemente más caro que el anemómetro de copela, pero tiene una mayor precisión y no requiere mantenimiento mecánico (no hay piezas en movimiento). Sin embargo, tiene problemas para medir el viento cuando se registra precipitación (lluvia o nieve).
Anemómetro de empuje: están formados por una esfera hueca y ligera (Daloz) o una pala (Wild), cuya posición respecto a un punto de suspensión varía con la fuerza del viento, lo cual se mide en un cuadrante.
Velocidad real vs Distancia	
0	10	20	30	11.73952132655789	8.804640994918417	6.4567367296068401	3.5218563979673672	
Velocidad leída vs Distancia	
0	10	20	30	9.5	6.7	5.6	4.5	
Vcorr vs Distancia	
10	15	20	25	30	0.49084992	0.43631104000000004	0.16361816400000001	0.10907776000000001	2.7269440000000002E-2	
 
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