INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

U.P. TICOMAN

INGENIERIA AERONAUTICA

Laboratorio de Aerodinámica

Anemometría

Presentan:

Carro Cruz Graciela

Falcón Luz Ulises

Hernández Morales Jorge Enrique

López Vizzuett Isaac

Ramírez Quero Romeo Alexis

Grupo: 5AM2

Turno: Matutino

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 viento

Manómetro diferencial

Tubo pitot

Carro soporte

Tobera de 150mm.

Desarrollo:

1.- Determinación de las condiciones ambientales.

A) se deberán de efectuar lecturas en los instrumentos (barómetro, termómetro e

higrómetro) antes de iniciar y al finalizar los experimentos, anotando los valores en

la tabla siguiente:

INICIALES FINALES PROMEDIO

TEMPERATURA AMBIENTE

(°C)

20 20 20

PRESIÓN ATMOSFÉRICA (MM DE HG)

589 589 589

HUMEDAD RELATIVA (%) 84 83 83.5

Presión corregida= 5889𝑚𝑚𝐻𝑔 ∗ 1 +0.0000184

1

°𝐶 (20°𝐶)

1 +0.0001818 1

°𝐶 (20°𝐶)

= 587.0821mmHg

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 2.685 + 3.537𝑥10−3 ∗ ((1.8 ∗ 20) + 32)°𝐹)2.245 = 48.6701𝑙𝑏𝑓

𝑓𝑡2

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 48.6701𝑙𝑏𝑓

𝑓𝑡2 ∗ (211.75

43.38) = 237.5726

𝑘𝑔𝑓

𝑚2

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 0.83.5 (237.5726𝑘𝑔𝑓

𝑚2 ) = 198.3731

𝑘𝑔𝑓

𝑚2

𝑃𝑧 = 587.0821 𝑚𝑚𝐻𝑔 1 𝑎𝑡𝑚

760 𝑚𝑚𝐻𝑔

101,325 𝑃𝑎

1 𝑎𝑡𝑚

1𝑘𝑔𝑓

𝑚2

9.81 𝑃𝑎 = 7966.7044

𝑘𝑔𝑓

𝑚2

ρz = 7966.7044

𝑘𝑔𝑓

𝑚2 −0.3779 ( 198.3731 𝑘𝑔𝑓

𝑚2 )

9.81 𝑚

𝑠2(29.256 𝑚

°𝐾)( 293 °𝐾)

= 0.09384𝑈𝑇𝑀

𝑚3 = 0.92064 𝑘𝑔𝑚

𝑚3

ρz= 0.92064 𝑘𝑔𝑚

𝑚3

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.

Las dimensiones del tubo Pitot a utilizar son: Lv=98 mm, Lp=15 mm, y D=5mm.

Entonces se pueden determinar los cocientes Lv/D y Lp/D para que se obtengan

los porcentajes de error en la presión dinámica debido al vástago y a la punta

utilizando las gráficas 1.1a y 1.1b respectivamente. Cabe aclarar que en las gráficas

los errores se expresan como porcentaje, para poder efectuar operaciones con

estos valores se deben de dividir entre 100.

98mm/5mm = 19.6, de gráfica Ev =0.005 → 0.5 %

15 mm/5mm = 3, de gráfica Ep =-0.006 → -0.6%

El error total es igual a la suma del error de punta más el error de vástago:

ET = (EP + EV) (1) → ET = (-0.006+0.005)=-0.001

La presión dinámica que se lee en el manómetro se representará con qleída, La

presión dinámica corregida se representará con qCORR y es igual a:

qcorr= qleída + ET (qleída), qcorr = qleída (1 + ET)

(1 + ET) es el factor de corrección de la presión dinámica.

(1 + ET) = 1-0.001= 0.999

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 AL NIVEL DEL MAR (ρNM)

𝑉𝜌𝑐𝑜𝑟𝑟 = 𝑉𝑙𝑒𝑖𝑑𝑎 √𝜌𝑁𝑀

𝜌𝑍

Obteniéndose así la velocidad corregida por diferencia de densidad

representada por Vρcorr.

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 el error de vástago del tubo Pitot:

𝑉𝑅𝐸𝐴𝐿 = 𝑉𝜌𝑐𝑜𝑟𝑟√(1 + 𝐸𝑇)

C) Medición de la velocidad del flujo libre a diversas distancias de la salida de

una tobera de 150mm de diámetro utilizando un tubo pitot.

Utilizar la tobera de 150 mm de diámetro, atornillando a esta el carril con 6

posiciones y sujetándolo del otro extremo al soporte del manómetro diferencial.

Colocar la perilla del potenciómetro de regulación de revoluciones del ventilador

al máximo y efectuar mediciones de velocidad en flujo libre a diversas distancias

de la tobera de 150 mm de diámetro, registrando los resultados en la tabla

siguiente, efectuando las correcciones a la velocidad.

Procedimiento:

Utilización del tubo pitot:

1. Se procede a colocar el carrito en el carril y el tubo pitot sobre el carrito, el

cual tiene una cierta longitud, la cual

permite tomar los valores de las

diferentes presiones.

2. El tubo pitot utilizado, se conecta a las

tomas de presiones.

3. La tobera se opera hasta su máxima

potencia como lo indica la práctica,

las primeras mediciones se hacen en

la menor distancia que el carril ofrece.

4. Se recorre el carril hasta la medida de

los 30 cm desde la salida de la tobera

y se toman las presiones.

Resultados:

Distancia desde la salida de la tobera (cm)

Vleida (m/s) Vρcorr (m/s) Vreal (m/s)

0 10.8255 12.4873 12.4807

10 10.5205 12.1355 12.1294

20 10.4168 12.0159 12.0098

30 10.3121 11.8951 11.8891

Con los datos anteriores realizar la gráfica Velocidad Real vs Distancia

La grafica ofrece los resultados de la velocidad real, aunque la velocidad

real tomada con las presiones y factores de corrección no varían

demasiado, si se puede observar un cambio en la velocidad, mientras más

lejos se ponga el tubo pitot.

3. utilización del anemómetro de turbina.

Medición de la velocidad del flujo libre a diversas distancias de la salida de la

tobera de 150mm de diámetro.

De igual forma que el punto anterior, pero ahora utilizando el anemómetro de

turbina con el selector de escala en la posición para indicar m/s, determinar el

valor de la velocidad de flujo libre a las distancias que se indican en la tabla y

anotar los resultados. Realizar la gráfica de Velocidad leída Vs Distancia.

Procedimiento:

Los pasos que seguimos para realizar la práctica fueron los siguientes:

I. Se prendió la turbina y se puso al máximo

de potencia.

II. Se encendió el anemómetro y se puso en

m/s

III. se puso a la salida de la tobera en la

distancia 0 con un ángulo de

aproximadamente 20º esto para que

hubiera un mejor flujo de aire y nos diera

una lectura precisa y esta nos dio 9 m/s.

IV. Se repitió la operación anterior pero ahora

a la distancia de 10cm y esto nos dio una

lectura de 6.2 m/s.

11.8

11.9

12

12.1

12.2

12.3

12.4

12.5

12.6

0 5 10 15 20 25 30 35

Distancia VS Velocidad Real

Grafica representativa de la distancia recorrida y la velocidad real marcada por el tubo pitot.

V. se repitió la operación anterior pero ahora a la distancia de 20cm y esto

nos dio una lectura de 4.6 m/s.

VI. se repitió la operación anterior pero ahora a la distancia de 30cm y esto

nos dio una lectura de 4.3 m/s

Resultados:

Distancia desde la salida de la tobera

(cm).

Vleida (m/s)

0 9

10 6.2

20 4.6

30 4.3

Grafica representativa del anemómetro de turbina

1

grafica del anemómetro de turbina

La grafica de Velocidad vs Distancia de la tomas de velocidad del

anemómetro de turbina, podemos observar como este instrumento también

nos da valores crecientes a decrecientes mientras se aleja más el

instrumento.

4. Utilización de anemómetro diferencial.

Medición de la velocidad del flujo a diversas distancias de la entrada del

generador de viento. Accionar el generador de viento y utilizando el anemómetro

diferencial se procederá a efectuar mediciones de la velocidad del viento a

diversas distancias desde la entrada, registrando los resultados en la tabla:

0, 9

10, 6.2

20, 4.6 30, 4.3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30 35

VEL

OC

IDA

D E

N M

/S

DISTANCIA EN Cm

VELOCIDAD VS DISTANCIA

Efectuando la corrección por variación de presiones barométricas (utilizar la

ecuación mostrada en las consideraciones teóricas). Con los datos anteriores

graficar Vcorr Vs Distancia.

Procedimiento:

1. Se procede a obtener mediciones a la

salida de la tobera con el anemómetro

diferencial.

2. En este caso se tomó de manera al

revés a la salida de la tobera debido a

que este anemómetro al contar con

una aguja, esta podría salir disparada

en valores debido a la gran velocidad

del aire y dañar el instrumento.

3. Se tomaron diferentes valores a

diferentes distancias con el fin de

obtener velocidades, que nos pudieran

dar a conocer en diferentes distancias.

Resultados:

DISTANCIA DESDE LA ENTRADA DEL

GENERADOR DE VIENTO (CM)

Vleida(ft/min)

VCorregida(ft/min)

VCorregida(m/s)

15 800 852.5048 4.330724384

17 700 745.9417 3.789383836

18 500 532.8155 2.70670274

19 400 479.53395 2.436032466

20 200 213.1262 1.082681096

Vc=VL+0.01VL(29.92-PB)

Graficas:

Anemómetro Diferencial sistema ingles

La graficas muestran en sistema inglés y métrico el avance de la velocidad

con respecto a la distancia en un anemómetro diferencial, es diferente a

los anteriores anemómetros puesto que las velocidades se tomaron en

sentido contrario de la salida de la tobera.

Anemómetro diferencial sistema métrico

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25

Grafica Velocidad Corr(ft/min) VS Distancia (cm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 5 10 15 20 25

Velocidad (m/s) VS Dsitancia

5. Utilización del anemómetro de copas.

Proceder a medir la magnitud del viento atmosférico en un punto cualquiera en

los exteriores del laboratorio anotando los datos en la tabla siguiente:

Lectura Inicial (Li) 696567 Tiempo transcurrido ( Δt seg) 60 seg

Lectura Final (Lf) 696568 Velocidad del viento (Lf-Li)*100m/Δt m/s 1.66 m/s

(Lf-Li)*100m 100 Velocidad del viento km/hra 5.976 km/hra

Procedimiento:

El anemómetro de copas se saca al

exterior, donde el flujo de corriente es

mayor al del laboratorio.

Se toman mediciones antes de ser

elevado a aproximadamente 2.3 metros

de distancia con respecto al suelo.

Se deja un tiempo el cual es 60s después

de ese tiempo se toman mediciones

nuevamente.

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 a nivel del mar, determinar el valor verdadero de

la velocidad y de la presión dinámica en la corriente de aire. El tubo pitot tiene 4

mm de diámetro.

𝐿𝑣 = 32𝑚𝑚; 𝐿𝑝 = 12.8𝑚𝑚; 𝐷 = 4𝑚𝑚

32

4= 8(𝑑𝑒 𝐺𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑎); 𝐸𝑣 = 1.3% = 0.013

12.8

4= 3.2 (𝑑𝑒 𝐺𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑎); 𝐸𝑝 = −0.57 = −0.0057

𝐸𝑡 = (𝐸𝑝 + 𝐸𝑣) = (−0.0057 + 0.013) = 0.0073

1Pa = 4.015x10−3 inH2O

12.05 inH2O = 3001.24Pa = 3001.24 Kgm(s2)

qcorr = qleida + Et(qleida) qcorr = 3023.14 Pa

V = 70.98 m

s

𝑉𝑙𝑒𝑖𝑑𝑎 = 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑟 𝑎 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑟 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 70.98𝑚

𝑠; 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 71.23

𝑚

𝑠

2.- Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por diferencia de

densidad (ecuación 3).

P1

ρ+

1

2V2

ρCORR + gZ1 =P2

ρ+

1

2V2

l + gZ2

1

2(ρZ)V2

ρCORR=

1

2V2

l(ρNM)

VρCORR = Vl (√ρNM

ρZ)

3.- Deducir la ecuación para la corrección de la velocidad por error en la presión

dinámica (ecuación 4).

= velocidad del fluido en la sección considerada.

= densidad del fluido.

= presión a lo largo de la línea de corriente.

= aceleración gravitatoria

= altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

1. Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de

corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa'

del fluido.

2. Caudal constante

3. Flujo incompresible, donde ρ es constante.

Dónde:

: Presión total

: Presión estática

: Densidad del aire

: Velocidad

4.-En la práctica se observó que para un tubo pitot se produce error en la

determinación de presión dinámica debido a la posición de la toma de presión

estática con respecto a la punta y el vástago (error de punta y error de vástago).

Mencione y explique 2 factores más que producen error en el tubo pitot.

Error por calibración del instrumento y error de posición del tubo pitot en el avión:

En los manuales de los aviones que se hacen en cualquier fábrica, se incluye una

gráfica de corrección en la velocidad indicada, debido a la posición del tubo

pitot y de la toma estática.

Esta gráfica indica la corrección de la velocidad indicada debido al error de

calibración y posición del velocímetro, y por lo tanto, si la velocidad indicada

para el instrumento se corrige con la gráfica, entonces se obtiene la velocidad

calibrada.

5.-En un avión, la lectura del indicador de velocidad (IAS), ¿es realmente la

velocidad del avión? Explique detalladamente que se debe efectuar para

obtener la velocidad verdadera.

No, la IAS es la velocidad corregida por el instrumento, esta velocidad debe

corregirse por la posición del sensor de velocidad (tubo pitot) y se obtiene la

velocidad corregida (CAS); aplicando la relación de compresibilidad se obtiene

la velocidad equivalente (EAS), y corrigiendo esta por efecto de la densidad se

obtiene finalmente la velocidad verdadera (TAS).

6.-Explique el funcionamiento de 2 anemómetros diferentes a los utilizados en esta

práctica.

1. Anemómetro láser Doppler.- Este anemómetro digital usa un láser que es

dividido y enviado al anemómetro. El retorno del rayo láser decae por la

cantidad de moléculas de aire en el detector, donde la diferencia entre la

radiación relativa del láser en el anemómetro y el retorno de radiación, son

comparados para determinar la velocidad de las moléculas de aire.

El láser es emitido a través de la lente frontal del anemómetro y es

sosegado por las moléculas de aire. La radiación retro dispersada (puntos)

reentra y el efecto reflejado se dirige a ese detector.

2. Anemómetro de empuje.- En estos anemómetros se utiliza la fuerza

resultante en una superficie cuando es alcanzada de frente por el viento.

En el esquema se representa el principio de funcionamiento de un

anemómetro de empuje.

Una superficie colocada en la punta de un péndulo se coloca de frente al

viento, el empuje producido por este, levantará el péndulo más o menos

de acuerdo a la velocidad. Una escala apropiada, grabada en una

superficie paralela al movimiento del péndulo servirá como indicador

usando el propio péndulo como aguja indicadora.

Estos anemómetros no son muy precisos y se utilizan para obtener una información

estimada de la velocidad del viento, su indicación generalmente es en números

relativos a una escala arbitraria establecida de antemano. Por ejemplo:

2= Se nota el movimiento de las hojas de los árboles.

3= Se mueven las ramas más pequeñas de los árboles.

4= Se levanta el polvo del suelo.

Conclusiones:

Carro Cruz Graciela

Conocer la velocidad del viento en diferentes alturas y condiciones atmosféricas

es de gran importancia, por lo tanto enfocarse en conocer instrumentos que hacen

esto posible, es también importante, aunque algunos no lean directamente la

velocidad, si no la presión como es el caso del tubo pitot, mediante un cálculo

matemático podemos saber la velocidad real o la aproximación de esta.

Conocer el funcionamiento de cada anemómetro es indispensable ya que algunos

son más sensibles que otros o simplemente algunos son más utilizados que otros,

también hay factores de corrección que se tienen que conocer tales como los de

los propios instrumentos o las condiciones en la atmosfera ya que arrojan resultados

erróneos, y en práctica esto afectaría, si se utiliza en una aeronave, se pondrían en

riesgo muchas vidas.

Falcón Luz Ulises

Existen varios y diversos tipos de instrumentos para la medición de la velocidad del

viento (anemómetros) así también como los métodos para medir la velocidad del

viento. Cada uno es diferente y su aplicación depende del uso que se le vaya a

dar. Ninguno es tan preciso debido a variaciones ambientales o en la medición,

sin embargo por métodos analíticos se pueden aproximar al real.

Hernández Morales Jorge Enrique

Con los diferentes anemómetros y sus diferentes aplicaciones y funciones se puede

visualizar el cambio de resultados, respecto a su variación en las condiciones

ambientales a los cuales fueron tomadas las diferentes lecturas en los

experimentos, por lo cual estos instrumentos deben tener factores de corrección,

para poder calcular con mayor exactitud los rangos, llevando a un mejor resultado

y así hacer uso de ellos para una mejor aplicación. Gracias a estos instrumentos se

pueden deducir diferentes características, para su uso en aeronaves y aunque es

una aplicación, en la rama automotriz. El conocimiento de manejo de dichos

instrumentos ayudara a comprender que tanto es fiable un anemómetro en

diferentes condiciones.

Ramírez Quero Romeo Alexis

En esta práctica ocupamos instrumentos de medición para conocer la velocidad

del viento como son los anemómetros en copas, diferencial y de turbina, el de

turbina trabaja con un sistema analógico, el de copas lo ocupamos en el exterior

del laboratorio con el apoyo del viento exterior este instrumento su principal

objetivo es la presión atmosférica, usado en los campos aeronáuticos para el

chequeo del viento y caso meteorológicos. En el anemómetro de turbina para

tener un mayor resultado lo hicimos a 20° entre la dirección del viento y el

instrumento. En el anemómetro diferencial este detecta diferencias de presiones

en esta práctica tuvimos que corregir la velocidad leída en nuestro instrumento

para una correcta respuesta usando la fórmula de velocidad corregida en ft/min.