Julio Erik Vazquez Cruz Grupo: 7SM1

Práctica 3 “CALIBRACIÓN DEL TUNEL DE PRESIÓN DE IMPACTO”

- Objetivo:

Al finalizar la práctica se pretende obtener la constante K de calibración para el túnel de presión de impacto P&P modelo TE-44 por medio de cálculos y las lecturas de PDR, PT y PE en los manómetros con los que cuenta el túnel.

- Determinar las condiciones ambientales:

Iniciales Finales PromedioTemperatura

ambiente16 °C 17.5 °C 16.75 °C

Presión barométrica 578.5 mmHg 589.7 mmHg 584.1 mmHg

Humedad relativa 75% 73% 74%

Presión barométrica corregida:

Pcorregida=(Presión promedio enmmHg )( 1+0.00001841° C

(Temperatura promedio en°C )

1+0.00018181° C

(Temperatura promedio en°C ) ) Pcorregida=(584.1mmHg )( 1+0.0000184

1°C

(16.75 °C )

1+0.00018181°C

(16.75 °C ) ) Pcorregida=582.5062mmHg

Presión de saturación, utilizando la fórmula:

Ps=2.685+(3.537 x10−3 ) (t2.245 )

Dónde:

Ps = Presión de saturación (lb/pie2)

t = Temperatura ambiente (°F)

Nota: Dado que la fórmula que se utiliza es de origen empírico es necesario convertir la temperatura ambiente de °C a °F, introduciendo este valor de temperatura en la fórmula se obtiene la presión en lb/pie2.

t=95

(Temperatura promedio en°C )+32=temperaturaen° F

t=95

(16.75 ° C )+32

t=62.15 ° F

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Ps=2.685+3.537 x10−3 (Temperatura promedio en° F )2.245=Presiónobtenidaenlbfpie2

Ps=2.685+3.537 x10−3 (62.15 ° F )2.245

Ps=Presión obtenidaenlbfpie2

=Presiónobtenidaenkg fm2

Ps=40.2609lbfpie2

=196.524kg fm2

La presión de vapor es:

Pv = (Hr) (Ps)

Dónde:

Pv = Presión de vapor

Hr = Humedad relativa

Pv=(Humedad relativa promedio )(Psen kgfm2 )=Presiónde vapor en kg fm2

Pv=(0.74 )(196.524 kg fm2 ) Pv=145.4277

kg fm2

Se debe convertir la presión barométrica de mmHg a kg/m2, y también expresar la temperatura ambiente en grados Kelvin:

Pz = Pcorregida en mmHg = Pcorregida en kgf/m2

Pz = 582.5062 en mmHg = 7904.6092 en kgf/m2

t = °C = °K

t = 16.75 °C = 289.75 °K

Finalmente se utiliza la fórmula:

ρ z=Pz−(0.3779 ) (Pv )

(g ) (R ) (T )

Dónde:

Pz = Presión barométrica corregida (kg/m2).

Pv = Presión de vapor (kg/m2).

g = Aceleración de la gravedad (m/s2).

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R = Constante del aire = 29.256 m/°K.

T = Temperatura ambiente (°K).

ρz = Densidad del aire en el laboratorio (utm/m3).

ρ z=

7904.6092kg fm2

−(0.3779 )(145.4277 kg fm2 )(9.81ms2 )(29.256 m° K ) (289.75° K )

ρ z=0.09439UTMm3

=0.92596kgmm3

- Determinación de la constante de calibración del túnel de viento TE-44:

PDRmmH 2O

PTmmH 2O

PEmmH 2O

qmmH 2O

V ms

qPDR

5 4 0 4 9.12 0.810 10 0 10 14.44 115 14 0 14 17.068 0.9320 18 0 18 19.319 0.925 23 0 23 21.852 1.15

PDRmáx.=56 55 0 55 33.875 0.98

K=∑( qPDR

)

6=5.76546

=0.9609

- Registro gráfico:

Grafica q vs. PDR

0 10 20 30 40 50 600

10

20

30

40

50

60

PDR

q

Unidades en mmH2O

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Grafica V vs. PDR

0 10 20 30 40 50 600

5

10

15

20

25

30

35

40

PDR (mmH2O)

V (m

/s)

- Cuestionario:

1. En la práctica se emplearon como unidades de presión los mmH2O, pero si las columnas del manómetro hubieran tenido alcohol en lugar de agua, explique cómo puede obtener la equivalencia entre milímetros de alcohol y milímetros de agua, y en general como se obtiene una equivalencia entre milímetros de cualquier líquido manométrico y milímetros de agua.

R= Primeramente, se deben conocer las propiedades del fluido como densidad o viscosidad, y por medio de ecuaciones o factores de conversión se realiza la transformación de presión ya sea en mm, cm, o m de cualquier fluido. También actualmente hay herramientas de conversión de estas unidades de presión como software y hardware especializado.

2. ¿Es posible obtener la velocidad del viento en el túnel solamente con el valor de la densidad del aire y la lectura del PDR? Si su respuesta es afirmativa explique cómo le haría.

R= Si es posible ya que PDR es nuestra presión dinámica de referencia, la cual se obtiene con el manómetro general del túnel, no será igualmente precisa pero si será una velocidad parecida y muy cercana de referencia. A continuación se muestra el modelo matemático para realizar este cálculo:

V = √(2q / ρz)

Sustituimos q por PDR dándonos:

V = √((2(PDR))/ ρz)

3. ¿Cuál es la ventaja de calibrar el túnel de viento?

R= La gran ventaja la tenemos en que conforme el túnel se utiliza esta expuesto a cambios en las condiciones como son presión, temperatura o humedad; por ello es necesario esta calibración cada vez que se utiliza el túnel sin contar también que el motor y las piezas mecánicas pueden sufrir desgastes mecánicos o deterioro

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con el paso del tiempo provocando una posible desviación en las lecturas de los valores arrojados por el túnel.

4. Además de obtener la constante de calibración, ¿qué otras actividades intervienen en la calibración del túnel?

R= También podemos visualizar la obtención de presiones, velocidades del flujo y comportamiento de perfiles colocados en la sección de prueba a diferentes velocidades y con determinados ángulos de ataque.

5. ¿Cuáles son las características de un túnel de presión total?

R= Las principales características son: este túnel es un túnel de presión de impacto, lo que se refiere que expulsara el fluido (aire) a la velocidad generada por el motor, además es de circuito abierto, por lo que tomara el aire del entorno y tras realizar su proceso este será devuelto al entorno pero con una velocidad mayor. Cuenta también con la sección de prueba al final para facilitar la toma de presiones y velocidad cuando se esté analizando un modelo de prueba.

6. Investigue y describa detalladamente una prueba en el túnel de viento aplicada al automovilismo comercial o deportivo.

R= La empresa Mercedes-Benz realiza las pruebas de sus vehículos en túneles de viento construidos por ellos con un valor de más de 60 millones de Euros. Las pruebas consisten en someter a los modelos y / o prototipos antes de ser lanzados a la venta para un análisis completo y final de la aerodinámica del mismo. Obviamente se realizan pruebas de CFD con anterioridad al modelo conceptual.

Finalmente con sensores colocados en estos vehículos, se obtienen datos importantes como velocidades máximas, presiones, fuerzas de arrastre o de impacto a lo largo de todo el vehículo y en zonas distintivas de interés para este estudio.

Actualmente Mercedes-Benz trabaja arduamente en un proyecto de disminución de su Cx para su línea de clase S lo cual hasta la fecha los lleva a un valor alrededor de 0.22 y un arrastre mínimo gracias a la dispersión de vórtices y conservación de las líneas de corriente.

Figura1: Mercedes clase S en prueba de túnel de impacto

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