FLUJO A TRAVES DE UN TUNEL DE AIRE

8/18/2019 FLUJO A TRAVES DE UN TUNEL DE AIRE

1/6

INTRODUCCIÓN

El flujo en el cual las variaciones en la densidad no esdespreciable se denomina compresible; cuando lasvariaciones en la densidad son despreciables, el flujo esllamado incompresible. El flujo de líquidos seconsidera normalmente incompresible, el flujo de gasesse considera incompresible si el número de Mach esmenor a 0.3 si el cambio de densidad es menor al !"de la densidad inicial. El flujo compresible ocurre enlos sistemas de aire comprimido, líneas de transportede gases # sistemas de control neum$tico. %os problemas de flujo compresible a trav&s de conductosde secci n variable o constante son m$s complicadosde tratar # requieren de procedimientos de c$lculoclaramente estructurados para una soluci n correcta.Muchos te'tos tratan los problemas de flujocompresible # presentan las ecuaciones con algunosejemplos de c$lculo limitados a casos particulares. (.

%os ejemplos m$s comunes donde se hace uso de flujoscompresibles en ingeniería son los sistemas de airecomprimido utili)ados en la operaci n de herramientade taller # de equipos dentales, las tuberías de alta presi n para transportar gases, # los sistemas censores# de control neum$tico o fluídico. %os efectos de lacompresibilidad son mu# importantes en el dise*o delos cohetes # aviones modernos de alta velocidad, enlas plantas generadoras, los ventiladores #compresores.

+ara el desarrollo de la pr$ctica se emplear$ unmedidor enturi, el cual es un dispositivo que originauna p&rdida de presi n al pasar por &l un fluido. El principio b$sico para la medida de flujo se basa en que,el fluido al pasar desde de tubería hasta la garganta, se produce un aumento de la velocidad con la respectivadisminuci n de la presi n # esta caída en la presi n es proporcional a la cantidad de fluido que circula por elmedidor.

MARCO TEORICO

Fluidos Compresibles

%os fluidos compresibles son los gases donde ladensidad cambia significativamente ante un cambio de presi n. -in embargo todos los fluidos soncompresibles inclu#endo los líquidos cuando loscambios de volumen son mu# grandes. M/ 1.,200 4

En un flujo usualmente ha# cambios en la presi n,asociados con cambios en la velocidad. En general,estos cambios de presi n inducir$n a cambios dedensidad, los cuales influ#en en el flujo, si estoscambios son importantes los cambios de temperatura presentados son apreciables. 5unque los cambios de

densidad en un flujo pueden ser mu# importantes ha#una gran cantidad de situaciones de importancia pr$ctica en los que estos cambios son despreciables.

Numero de Mach

Es una medida de velocidad relativa que se definecomo el cociente entre lavelocidadde un objeto #

la velocidad del sonido en el medio en que se muevedicho objeto. 6icha relaci n puede e'presarse según laecuaci n. 7511E8 %, 200!4.

6onde9

9 es un valor que depende del medio físico en el quese transmite el sonido.

%a utilidad del número de mach radica en que permitee'presar la velocidad de un objeto no de formaabsoluta en :m h o m s, sino tomando como referenciala velocidad del sonido.

%os sonidos se clasifican según su número de Mach en9

-ubs nico M < 0,=

rans nico 0,= < M < >,2

-upers nico >,2 < M < !

?ipers nico M @ !

%a importancia del número de Mach reside en surelaci n con la compresibilidad de un gas; cuando estenúmero es menor de 0,3 se considera fluidoincompresible en el estudio de aerodin$mica # modeloscon aire o gases, simplificando notoriamente losc$lculos reali)ados por ordenador. El Mach se usacomúnmente con objetos movi&ndose a alta velocidaden un fluido, # en el estudio de fluidos flu#endor$pidamente dentro de toberas, difusores o túneles deviento.

Túnel de Vien o

En ingeniería, es conocido tambi&n como túnelaerodin$mico; es una herramienta de investigaci ndesarrollada para a#udar en el estudio de los efectos delmovimiento del aire alrededor de objetos s lidos. (onesta herramienta se simulan las condiciones quee'perimentar$ el objeto de la investigaci n en unasituaci n real. En un túnel de viento, el objeto omodelo, permanece estacionario mientras se propulsael paso deaire o gas alrededor de &l. 6E%8E1/, A. -;M515B/8 6C %E/, A.; D5((?C, . 5.; (/%M58,A. F (/%/-GHC, (. E., 20004

El aire es soplado o aspirado a trav&s de un conducto

equipado con rejillas estabili)adoras al comien)o paragaranti)ar que el flujo se comporte de manera laminar o con obst$culos u otros objetos si se desea que secomporte de forma turbulenta. %os modelosse montan

1

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Toberahttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusoreshttps://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel_de_vientohttps://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel_de_vientohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Airehttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Modeladohttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Toberahttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusoreshttps://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel_de_vientohttps://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel_de_vientohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Airehttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Modelado


2/6

para su estudio en un equipo llamado balan)a a la cualest$n adosados los sensores que brindan la informaci nnecesaria para calcular los coeficientes de sustentaci n# resistencia, necesarios para conocer si es factible o noemplear el modelo en la vida real. 5dem$s sonempleados otros dispositivos para registrar ladiferencia de presiones en la superficie del modelo encuesti n. %os resultados pr$cticos deben ser comparados con los resultados te ricos, teniendo encuenta el 8úmero de 1e#nolds# el 8úmero Mach queconstitu#en los criterios de validaci n en las pruebascon modelos a escala.

Composici!n "eneral de los Túneles de Vien o

(lasificaci n según 6E%8E1/, A. -; M515B/8 6C%E/, A.; D5((?C, . 5.; (/%M58, A. F(/%/-GHC, (. E., 2000

• Ven ilador

+roduce la corriente de aire del circuito en el que sedesarrolla la circulaci n de aire. 6ebe ser la velocidadadecuada para que la medici n sea e'acta.

• C#mara de Ensa$os

En la que se sitúa el modelo e'perimental a probar. Eltama*o de la c$mara de ensa#o es una de lascaracterísticas m$s importante de un túnel, #a que unade grandes dimensiones permite probar modelos singran reducci n de escala con respecto al original, loque permite mantener el índice de semejan)a delnúmero de 1e#nolds.

• Es abili%adores de corrien e ras el &en ilador

5nulan la rotaci n comunicada por el ventilador.

• Ven anillas an i'pompa(e

entanillas o rejillas que permiten el equilibrio de las presiones # evitan las oscilaciones críticas de lasmismas.

•

Di)usor1educe la velocidad e'pandiendo el fluido #recuperando la presi n est$tica, el difusor est$ divididoen dos partes por el ventilador. %os difusores son mu#sensibles a errores de dise*o, pueden crear separaci nde la capa límite de manera intermitente o estable quees difícil de detectar # pueden crear vibraciones en eltúnel, oscilaci n en el ventilador # variaci n en lavelocidad de la secci n de prueba. ?a# que tener encuenta que el aire que llega al difusor no es laminar, elaire que sale de la secci n de prueba no es uniforme loque hace cada ve) m$s difícil el trabajo del difusor.

• Cono de con racci!n

5umentan la velocidad del flujo. %os túnelesaerodin$micos se pueden construir de diferentesmateriales como por ejemplo9 de chapas de acero,aluminio, fibrocemento, tejido met$lico conmampostería, pl$stico refor)ado etc. -in embargo laconstrucci n mi'ta de madera # acero se impusofinalmente, pues el mismo es f$cil de trabajar #mantener.

Clasi)icaci!n de los Túneles de Vien o se"ún lacirculaci!n del aire en su in erior

• Abier o*-e toma el aire directamente de laatm sfera # despu&s de hacerlo pasar por lac$mara de ensa#o se devuelve nuevamente a ella.

• Cerrado* El aire circula varias veces por la

c$mara, recuperando por medio de un difusor suenergía fluida, antes de llegar de nuevo a la )onadonde se encuentra instalado el difusor.

Fi"+ N,- únel abierto # túnel cerrado

Fi"+ N,.6iagrama del únel de 5ire

METODO/O0IA

1ROCEDIMIENTO E21ERIMENTA/

-+ erificar que las cone'iones sean las adecuadas.Es decir, la correspondencia de las manguerasdel medidor diferencial en la entrada # en la

garganta del enturi, adem$s revisar la cone'i nadecuada de la termocupla.

2

https://es.wikipedia.org/wiki/Balanzahttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynoldshttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_Machhttps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tipo_de_t%C3%BAneles_entorno.pnghttps://es.wikipedia.org/wiki/Balanzahttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynoldshttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_Mach


3/6

.+ Encender el equipo cone'i n a una fuente dealimentaci n4.

3+ erificar que el regulador del caudalcorresponda con la calibraci n en cero

completamente abierto4.

4+ Esperar estabili)aci n del fluido

5+ Medir la presi n en la tubería # la caída de presi n en el enturi.

6+ Medir la temperatura a la entrada del ventilador,a la entrada del enturi # a la salida del tunel deaire.

7+ /btener el perfil de velocidad a la salida de latubería. +ara ello se mide la velocidad con elanem metro, justamente a la salida del túnel deaire # se hace un recorrido desde r I0 hasta rI1de manera de obtener como mínimo = datos.

8+ 1epetir los pasos J,!, # =.

9+ 5pagar el equipo.

-:+ 1eportar los datos e'perimentales obtenidosdurante la reali)aci n del e'perimento.

1ROCE;AMIENTO DE DATO;

6eterminaci n de la velocidad promedio en la salidadel túnel de aire9

Ecuaci n 8K>4

Entonces9

Ecuaci n 8K24

6onde

G9 (audal del fluido m3

s459 Lrea por donde circula el fluido m24

+or lo tanto9

Ecuaci n 8K34

+ara obtener el perfil de velocidad se grafica vs 1

6eterminaci n del flujo m$sico que circula por el túnelde aire9

Ecuaci n 8KJ4

6onde9

m9 flujo m$sico :g s4

9 densidad del aire :g m34

G9 caudal del fluido m3 s4

+ara la densidad se tiene9

Ecuaci n 8K!4

6eterminaci n del número de Mach en la entrada #garganta del medidor enturi9

Ecuaci n 8K 4

6onde9

Ma9 8úmero de Mach

9 elocidad promedio del fluido

a9 elocidad del sonido en el fluido

%a velocidad del sonido viene dada por9

Ecuaci n 8K=4

6onde9

Ecuaci n 8KN4

NOTA: Los valores de Cp y Cv están tabulados.

6eterminaci n del coeficiente de enturi

Ecuaci n 8KO4

6onde9

3


4/6

Ecuaci n 8K>04

5dem$s9

Ecuaci n 8K>>4

NOTA: Se verificará que la relación entre lavelocidad promedio y la velocidad má ima sea:

6eterminaci n de la potencia del ventilador9

Ecuaci n 8K>24

6onde9

Ecuaci n 8K>34

REFERENCIA;


5/6

TA cm ?2/4 %ongitudm4

m s4

0

00,0>0,020,030,0J0,0!0,00,0=0,0=!

>

00,0>0,020,030,0J

0,0!0,0

0,0=0,0=!

2

00,0>0,020,030,0J0,0!0,00,0=

0,0=!00,0>

5


6/6

3

0,02

0,030,0J0,0!0,0

0,0=0,0=!

6

FLUJO A TRAVES DE UN TUNEL DE AIRE

Documents

Transcript of FLUJO A TRAVES DE UN TUNEL DE AIRE