INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECRICA

INTEGRANTES:

HERRERA CAN HUGO HUMBERTO JIMENEZ GUADARRAMA JAIME ROBERTO OCAMPO VARGAS DANIELA STEPHANY PRADO IBANEZ VERONICA ILIANA ROMAN SALGADO ALFONSO BERTÍN

PROFESOR: FERNANDEZ ROQUE TIBURCIO

DINAMICA DE FLUIDOS

GRUPO: 4AM1

PRACTICA: “Calibración del túnel de succión”

Objetivo

Obtener la constante de calibración del túnel de succión en tres planos transversales de la sección de prueba.

Marco Teórico

Todos los flujos viscosos como el agua o aire pueden dividirse para su estudio en dos zonas, una cercana a cualquier frontera sólida o líquida y la otra alejada de ésta, cubriendo el resto del flujo. En la región adyacente a la frontera sólida son importantes los efectos de la viscosidad, en las ecuaciones básicas del movimiento de los fluidos; a esta región se le denomina capa límite. En la zona exterior de la capa límite, el efecto de la viscosidad puede considerarse despreciable y el fluido puede tratarse como no viscoso, simplificándose así las ecuaciones del movimiento de los fluidos.

Un túnel de circuito abierto son aquellos que toman el aire del medio circundante para acelerarlo a través de la sección de pruebas y luego lo descargan por el otro extremo.

Un túnel de circuito abierto de succión suele utilizarse en experimentos donde la capa límite del flujo es relevante; son mejores para producir flujos de baja velocidad, o para hacer experimentos con edificaciones, tales como el estudio aerodinámico de edificios, puentes, antenas, anuncios, etc.

TÚNEL DE SUCCIÓN

Todos los flujos viscosos como el agua o aire pueden dividirse para su estudio en dos zonas, una cercana a cualquier frontera sólida o líquida y la otra alejada de ésta, cubriendo el resto del flujo. En la región adyacente a la frontera sólida son importantes los efectos de la viscosidad, en las ecuaciones básicas del movimiento de los fluidos; a esta región se le denomina capa límite. En la zona exterior de la capa límite, el efecto de la viscosidad puede considerarse despreciable y el fluido puede tratarse como no viscoso, simplificándose así las ecuaciones del movimiento de los fluidos.

Un túnel de succión se considera de baja turbulencia. Son túneles económicos cuanto a su construcción, lo que los pone en ventaja para hace experimentos de visualización de flujo.

Desarrollo

Determinación de las condiciones ambientales:

Iniciales Finales PromedioTemperatura ambiente

-- -- 14 °C

Presion barometrica

-- -- 588 mmHg

Humedad relativa

-- -- 60% 0.60

Comenzamos calculando la presión barométrica corregida:

Pcorr=588[ 1+0.0000184 (14 )1+0.0001818 (14 )

−1]+588=586.65mmHg

El siguiente paso será calcular la presión de saturación, transformando al mismo tiempo la temperatura a °F:

14 °C = 57.20 °F

Aplicando formula directa de presión de saturación:

Ps=2.685+3.537 x10−3 (57.202.245)=33.87

lb fft2

=165.37kgfm2

Necesitamos la presión de vapor que se calcula:

Pv=H rP s=0.765 (165.37 )=126.5008kgfm2

Y por último antes de usar la fórmula que nos dará la densidad del aire, convertiremos la presión barométrica de mmHg en Kg/m2 y la temperatura a grados Kelvin:

P z=586.65mmHg=7975.54kgfm2

T=14 ° C=287K

Finalmente tenemos:

ρ z=Pz−0.3779∗Pv

RT=7975.54−0.3779∗126.5008

29.256∗287=0.9441 kg

m3

Ya una vez calculada la densidad del aire en el laboratorio, se llenaran las tablas para obtener los resultados deseados en base a diferentes medidas tomadas en el laboratorio.

Cálculos y resultados

Se utilizó una hoja de cálculo para realizar los cálculos y completar las tablas:

Determinación de la constante de calibración K1 en el plano 1.

Cerradas 0 0 0 0 0 0 01 0 0 -0.2 0.2 0.2 1 2.035139522 0 0 -0.2 0.2 0.2 1 2.035139523 0 0 -1 1 1 1 4.55071034 0 0 -1.6 1.6 1.6 1 5.756243815 0 0 -2.4 2.4 2.4 1 7.049930096 0 0 -3.8 3.8 3.8 1 8.87096749

Abiertas 0 0 -3.8 3.8 3.8 1 8.87096749

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎𝑠𝑃_𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙(𝑀𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎)𝑚𝑚𝐻_2 𝑂

𝑃_𝑇𝑚𝑚𝐻_2 𝑂 𝑞=𝑃_𝑇−𝑃_𝐸𝑚𝑚𝐻_2 𝑂 𝑉𝑚/𝑠𝑞/(𝑃𝐷𝑅)_1 𝑃_𝐸𝑚𝑚𝐻_2 𝑂𝑃_𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙−𝑃_𝐸

( )𝑃𝐷𝑅 _1𝑚𝑚𝐻_2 𝑂

Fórmula utilizada para las velocidades:

v=√ 2qρzSe transforman las unidades de q a Pascales utilizando 1mmH 2O=9.80665Pa:

Análisis dimensional: √ Nm2kgm3=√ N ∙m3kg ∙m2=√ kg ∙ms2 ∙m

kg=√m2s2 =ms

Se obtiene la constante de calibración “K1” mediante la fórmula:

K1=∑( q

(PDR )1 )8

=0+1+1+1+1+1+1+18

=0.875

0 0.2 0.2 1 1.6 2.4 3.8 3.80

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

(q vs PDR)1

PDR (mmH2O)

q(m

mH2

O)

0 0.2 0.2 1 1.6 2.4 3.8 3.80123456789

10

(V vs q)1

q (mmH2O)

V (m

/s)

Determinación de la constante de calibración K2 en el plano 2.

De la misma forma que en el plano 1, se obtendrá la constante de calibración K2 en el plano 2.

Cerradas 0 0 0 0 0 0 01 0 0 -0.2 0.2 0.2 1 2.035139522 0 0 -0.4 0.4 0.4 1 2.878121913 0 0 -1 1 1 1 4.55071034 0 0 -1.6 1.6 1.6 1 5.756243815 0 0 -2.6 2.6 2.6 1 7.337799886 0 0 -3.4 3.4 3.4 1 8.39109519

Abiertas 0 0 -3.8 3.8 3.8 1 8.87096749

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎𝑠𝑃_𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙(𝑀𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎)𝑚𝑚𝐻_2 𝑂

𝑃_𝑇𝑚𝑚𝐻_2 𝑂 𝑞=𝑃_𝑇−𝑃_𝐸𝑚𝑚𝐻_2 𝑂 𝑉𝑚/𝑠𝑞/(𝑃𝐷𝑅)_2 𝑃_𝐸𝑚𝑚𝐻_2 𝑂𝑃_𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙−𝑃_𝐸

( )𝑃𝐷𝑅 _2𝑚𝑚𝐻_2 𝑂

La constante de calibración del túnel TE-92 en el plano 2 es:

K2=∑( q

(PDR )2 )8

=0+1+1+1+1+1+1+18

=0.875

0 0.2 0.4 1 1.6 2.6 3.4 3.80

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

(q vs PDR)2

PDR (mmH2O)

q (m

mH2

O)

0 0.2 0.4 1 1.6 2.6 3.4 3.80123456789

10

(V vs q)2

q (mmH2O)

V (m

/s)

Determinación de la constante de calibración K3 en el plano 3.

De la misma forma que en los planos 2 y 3, se obtendrá la constante K3 en el plano 3.

Cerradas 0 0 0 0 0 0 01 0 0 -0.2 0.2 0.2 1 2.035139522 0 0 -0.4 0.4 0.4 1 2.878121913 0 0 -1 1 1 1 4.55071034 0 0 -1.8 1.8 1.8 1 6.105418555 0 0 -2.6 2.6 2.6 1 7.337799886 0 0 -3.6 3.6 3.6 1 8.63436572

Abiertas 0 0 -4.2 4.2 4.2 1 9.32618089

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎𝑠𝑃_𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙(𝑀𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎)𝑚𝑚𝐻_2 𝑂

𝑃_𝑇𝑚𝑚𝐻_2 𝑂 𝑞=𝑃_𝑇−𝑃_𝐸𝑚𝑚𝐻_2 𝑂 𝑉𝑚/𝑠𝑞/(𝑃𝐷𝑅)_3 𝑃_𝐸𝑚𝑚𝐻_2 𝑂𝑃_𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙−𝑃_𝐸

( )𝑃𝐷𝑅 _3𝑚𝑚𝐻_2 𝑂

La constante de calibración del túnel TE-92 en el plano 3 es:

K3=∑ ( q

(PDR )3 )8

=0+1+1+1+1+1+1+18

=0.875

0 0.2 0.4 1 1.8 2.6 3.6 4.20

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

(q vs PDR)3

PDR (mmH2O)

q (m

mH2

O)

0 0.2 0.4 1 1.8 2.6 3.6 4.20123456789

10

(V vs q)3

q (mmH2O)

V (m

/s)

Cuestionario

1.- Diga que diferencias existen entre un túnel de viento de succión y uno de presión.

En el de presión el sistema que impulsa el aire se encuentra antes de la sección de pruebas mientras que en el de succión se encuentra después de la sección de pruebas.

Hay experimentos en los cuales se pueden utilizar cualquiera de estos dos túneles. Sin embargo, los de presión tienen ventaja cuando existe la posibilidad de que se desprendan elementos o partículas del modelo de pruebas, las cuales son expulsadas al exterior sin causar daño al interior del túnel. Esta ventaja también se aprovecha cuando el experimento genera calor y/o gases tóxicos, los cuales pueden ser dirigidos al exterior por medio de extensiones y chimeneas.

Los de presión son los más sencillos y en cuanto a su construcción son los más económicos, aunque no son muy buenos en términos de eficiencia ya que desperdician mucha energía que se disipa en forma de turbulencia reduciendo la velocidad a descargar el flujo directamente al medio ambiente. Con esta aplicación se distinguen por tener secciones de prueba extremadamente largas.

El túnel de succión es de circuito abierto y cámara de ensayos cerrados, lo que significa un menor consumo de potencia de la planta propulsora y una reducción considerable de la contaminación acústica del entorno, así como

una mayor calidad de la corriente en la cámara de ensayos. En el túnel de succión la presión estática será negativa y de igual magnitud que la presión dinámica haciendo siempre la presión total igual a cero.

2.- ¿Se habrían obtenido los mismos valores de constantes al trabajar con dos de los motores en lugar de uno?

Si, una de las características más importante de cualquier túnel de viento debe tener, es la capacidad de controlar la velocidad de flujo de aire a través de la sección de pruebas. El Túnel de succión P&P, modelo TE-92 restringe el flujo por medio de un sistema mecánico tipo compuerta. Como cada motor se activa de forma independiente por medio de una estación de botones y sus correspondientes arrancadores. Ya encendidos los motores, se establece el flujo de aire, cuya velocidad podrá ser controlada por medio de la apertura o cierre de las compuertas, similares a válvulas tipo mariposa, estas restringen el flujo a la salida del túnel de viento. No importa la cantidad de motores que utilicemos el flujo será el mismo.

3.- Según las características del túnel de succión diga que ensayos se pueden efectuar en él y por qué es más conveniente hacerlos en este tipo de túnel que en uno de presión de impacto.

Los túneles de succión se consideran de baja turbulencia, lo que aunado a su característica compartida con los de presión, de ser económicos en cuanto a su construcción los pone en ventaja para hacer experimentos de visualización de flujo inyectando chorros de humo o gases coloreados.

Los túneles de succión tienden a utilizarse en experimentos en donde la capa límite del flujo es relevante. Son mejores para producir flujos laminares (de baja velocidad), o para hacer experimentos con edificaciones, tales como el estudio aerodinámico de edificios, puentes, antenas, anuncios, inclusive ciudades enteras

También se pueden realizar ensayos sobre modelos motorizados, tanto para la determinación de las características del propulsor, como la interferencia de éste sobre el modelo.

Conclusión

Herrera Can Hugo Humberto

Se utilizó y observo el funcionamiento de túnel de viento de succión, así como sus distintos componentes, también se comparó las diferentes características, que presenta respecto con el túnel de viento de presión. Se realizaron diferentes mediciones y los cálculos correspondientes. Todo esto para identificar cuál de los túneles es el más eficiente o cual nos es más útil para llevar a cabo ciertos trabajos. Se pudo concluir que ninguno de los dos túneles es muy superior al otro, sin embargo el túnel de presión parece tener la ventaja respecto a económico de su construcción, pero el túnel de viento de succión es mucho más eficaz para la industria aeronáutica ya que el flujo que produce es de una mayor calidad. Una vez más constatamos la gran utilidad del túnel de viento esta vez con una nueva variedad de este, además adjuntamos una herramienta más para nuestro futuro trabajo como ingenieros en aeronáutica.

Jiménez Guadarrama Jaime Roberto

Para la práctica se usó un Túnel de succión P&P, modelo TE-92, dividido en tres planos en la sección de ensayo y un tubo pitot en cada una de ellas.

Se lograron calcular las constantes de calibración para cada plano, descartando así posibles errores de medición debido a condiciones de densidad del aire, la temperatura y la presión atmosférica pueden ser diferentes a las del lugar en el que se modelo dicho túnel.

En la práctica se logró ver las ventajas de este tipo de túnel de viento sobre el de impacto visto anteriormente, el túnel de succión produce menos turbulencia y mejores flujos laminares los cuales son indispensables para el análisis de perfiles aerodinámicos y visualización de líneas de flujo.

Ocampo Vargas Daniela Stephany

El uso de del tunel de viento hoy en dia es un herramienta fundamental para realizar ensayos de aerodinámica, asi se pueden crear nuevas técnicas o innovar o mejorar el diseño de una aeronave o un edificio, etc. Es necesario contar con una instalación que nos permita conocer como se comportan los fluidos en este caso aire, en una superficie distinta, asi como es necesario

conocer cómo afectan las diferentes reacciones a las que se somete el material, por ejemplo: la presión estática, la presión total, la velocidad a la que se efectúa el experimento, etc. En este caso nosotros obtuvimos valores de las constantes de calibración del túnel de succión en tres planos diferentes, obteniendo valores diferentes en las presiones con forme se abrían las compuertas.

Prado Ibáñez Verónica Iliana

Hoy en día, el túnel de viento es la herramienta fundamental para el ensayo de la aerodinámica.

Es más importante contar con una instalación que permita entender dónde radican los problemas de nuestro diseño aerodinámico y nos ofrezca resultados relativos entre distintas configuraciones, que obtener resultados absolutos muy precisos. La importancia de obtener la calibración en un túnel de viento de succión en tres planos transversales para tener una confiabilidad en los resultados posteriores.

Podemos observar a partir de los cálculos que la calibración a través de los tres planos, K1, K2, K3, el resultado es el mismo, aunque en el proceso de tomar las lecturas de presiones difiera en algunos datos obtenidos.

Román Salgado Alfonso Bertín

Se logró obtener las constantes de calibración del túnel de succión en tres planos transversales de la sección de prueba. Es muy importante que un túnel de succión este calibrado para que se encuentre en buenas condiciones de funcionamiento y para extender su vida útil.

La humanidad está inmersa en una revolución global cuyos contrincantes son tecnólogos, donde prosperar depende de ser o no competitivos, es decir, la derrota o la victoria depende de sutiles diferencias que se logran a través de la optimización; para superar al adversario en los índices de eficiencia y desempeño.

Optimizar es el arte de realizar algo de la mejor manera posible.

El uso óptimo de un túnel de viento, así como su fiabilidad y seguridad son posibles realizando los procedimientos de calibración de acuerdo a la normatividad aplicable.