Practica 2 anemometro terminada

5/7/2018 Practica 2 anemometro terminada - slidepdf.com

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Practica .- DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UN

ANEMOMETRO

Objetivo.- El estudiante desarrollara y practicará un método para diseñar y construir instrumentos de medición sencillos, partiendo del principio físico por el que funcionan

estos instrumentos para realizar la medición de la variable que nos interesa medir;

también se practicará el método estadístico de mediciones múltiples sucesivas de

calibración de instrumentos.

Objetivos específicos:

Diseñar, construir y calibrar:

a).- Anemómetro

Introducción

Los instrumentos de medición realizan su función de acuerdo a un principio físico, que

hacen que los elementos realicen la medición correspondiente. Los instrumentos de

medición al dar el resultado de la variable medida, se marcará con alguna desviación del

valor real de la variable a medir, a la diferencia existente entre el valor real y el valor

medido, se llama el error del instrumento de las mediciones, arrojando una

incertidumbre o una exactitud, características del instrumento por el resultado de sus

mediciones.

Estas características de los instrumentos se determinan mediante un procedimiento

determinado que se denomina la calibración del instrumento, que se define como las

acciones que se tienen que realizar a través del método establecido por las normas y

bajo ciertas condiciones ambientales, para establecer la incertidumbre o la exactitud,

para determinarlas es necesario comparar las mediciones arrojadas por el instrumento

con el valor real de la variable a medir conocida o dado por un patrón establecido.

Como las lecturas de las mediciones de un instrumento están relacionadas con las

estadísticas, porque el resultado final de la lectura dependen de las múltiples

condiciones ambientales y perturbaciones en el momento de efectuar las lecturas para la

calibración: la temperatura ambiente, la humedad, vibraciones del instrumento,magnetismo, habilidad del observador y su estado de ánimo, velocidad del medio,

corriente estática, presión ambiental, nivelación de montaje y otros.

Para simplificar el procedimiento de la calibración, se utiliza el método de múltiples

lecturas sucesivas utilizando conceptos estadísticos sencillos para determinar las

características de los instrumentos.

Correlación de la práctica con los temas y subtemas del programa de estudios vigentes



El desarrollo de esta práctica se relaciona con los temas de la primera unidad: variables

de interés y errores de medición; correspondientes a los subtemas de los siguientes

incisos:

1.4.-Errores de medición.

1.4.1.-Errores de paralélaje.1.4.2.-Errores de escala (exactitud).

1.4.3.-Errores de proceso (montaje).

1.4.4.-Errores de calibración.

Anemómetro

Un anemómetro es un aparato destinado a medir la velocidad relativa del viento que

incide sobre él. Si el anemómetro está fijo colocado en tierra, entonces medirá la

velocidad del viento reinante, pero si está colocado en un objeto en movimiento, puede

servir para apreciar la velocidad de movimiento relativo del objeto con respecto elviento en calma.

Como funciona

Para medir la velocidad relativa del viento es necesario utilizar algún proceso físico

cuya magnitud varíe según una regla fija con respecto a la variación de esa velocidad.

En la práctica entre otros se usan:

1. La variación de velocidad de rotación de una hélice sometida al viento.

2. La fuerza que se obtiene al enfrentar una superficie al viento.

3. La diferencia de temperatura entre dos filamentos calentados por igual, unosometido al viento y otro en calma.

4. Aprovechando la presión aerodinámica producida en una superficie enfrentada

al viento.

5. Otros métodos ultrasónicos o de láser.

Anemómetros de hélice

Estos son los más utilizados por su simplicidad y suficiente exactitud para la mayor

parte de las necesidades de medición así como por la relativa facilidad de permitir la

medición a distancia. Hay muchos diseños de hélices pero la más común es la hélice de

cazoleta, debido a que no es necesario mecanismo alguno para orientar la hélice al

viento y que su construcción puede ser robusta para soportar grandes velocidades del

viento.

Este es un esquema que representa una hélice de cazoletas, debido a que la resistencia

aerodinámica de la cazoleta es diferente entre la parte cóncava y convexa, esta recibirá



un empuje mayor en una dirección y la hélice rotará a mayor o menor velocidad, en

proporción a la velocidad del viento.

También se usan las hélices de tipo helicoidal, como la típica hélice del ventilador

común que todos conocemos e híbridos entre las de cazoletas y la helicoidal.

La velocidad de rotación del eje de la hélice es proporcional a la velocidad del viento, por lo que si medimos esta velocidad de rotación, podremos hacer una tabla de

calibración directamente en unidades de velocidad del viento en metros por segundo

(m/seg) o kilómetros por hora (Km/h) etc...

Hay diversas maneras de hacer la indicación, a continuación algunos ejemplos:

Este es un anemómetro de cazoletas muy elemental, la velocidad de rotación de la

hélice, hace que la creciente fuerza centrífuga, empuje el extremo superior de las

palancas hacia afuera, moviendo hacia abajo el anillo marcador de la parte inferior del

mecanismo, cuando la velocidad de la hélice crece, y a través de un resorte recuperador

se produzca el efecto contrario cuando disminuye. Una escala apropiada marcada en el

soporte central calibrada a velocidad de viento, servirá para indicarla en todo momento.

Este es un esquema que muestra un anemómetro mas terminado. La hélice está acoplada

a un pequeño generador eléctrico. Cuyo voltaje generado es proporcional a la velocidad

de rotación de la hélice y con ello a la del viento. Este voltaje se mide en un voltímetrocuya escala ha sido calibrada a velocidad del viento por lo que podremos saber su valor

en todo momento. Este tipo de anemómetro tiene las ventajas de que puede ser muy



preciso y que además la indicación de la velocidad puede ser a distancia, con solo

conducir los cables apropiados hasta el lugar donde se coloque el voltímetro indicador.

Este tipo de anemómetro utiliza una hélice helicoidal, cuyo eje está acopladodirectamente al indicador de velocidad de tipo mecánico. El mecanismo de acción de la

aguja del indicador puede ser de tipo centrífugo, o basado en la electro inducción como

en los velocímetros de los automóviles.

Un anemómetro portátil. La hélice de tipo helicoidal, tiene acoplado al eje un diminuto

generador de impulsos eléctricos, que son contados por unidad de tiempo por elcontador electrónico a baterías, y mostrados en pantalla ya calibrados a velocidad de

viento. La precisión de estos anemómetros depende en gran medida del operador, ya

que es este, el que debe dar la adecuada orientación de frente al viento.



Anemómetros 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 mas o menos de

acuerdo a la velocidad. Una escala apropiada,

grabada en una superficie paralela al movimientodel 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 mas pequeñas de losárboles.

4 = Se levanta el polvo del suelo.

Previamente se conocen los rangos de velocidades del viento de cada uno de estos

números arbitrarios previstos.

Anemómetros de presión hidrodinámica

Cuando el viento impacta sobre una superficie, en ella se produce una presión adicional

que depende de esa velocidad, si esta presión se capta adecuadamente, y se

conduce a un instrumento medidor, tendremos un anemómetro de presión.



Para capturar esta presión se utiliza el llamado tubo de Pitot, que no es más que un tubo

de suficiente diámetro en forma de U con uno de sus extremos doblado y

colocado de frente al viento, y el otro abierto al exterior pero protegido de la

acción de este.

En la parte en forma de U se graba una escala y dentro se coloca un líquido coloreado.La diferencia de presión entre los extremos del tubo de Pitot hará que la columna

líquida se desplace de un lado, la diferencia de altura será proporcional a la

velocidad del viento incidente en la boca del tubo y servirá como indicador de

esta.

Este es el esquema de un anemómetro del tipo de presión hidrodinámica pero con

indicación de aguja y esfera.

La cápsula barométrica es un bulbo elástico, al recibir la diferencia de presión desde las

partes de alta y baja presión del tubo de pitot se dilata o recoge en proporción. Estemovimiento es conducido y amplificado apropiadamente a través de un juego de

palancas y engranajes hasta una aguja indicadora.

Material y equipo necesario

Ventilador de computadora

Multimetro

Anemómetro mecánico marca Davis instrument MFG

Metodología.Para empezar describiré el anemómetro que utilizare q en este caso es un anemómetro

mecánico que en si es un instrumento utilizado para determinar el volumen de aire que

pasa atreves del sistema de paletas. Fueron inventadas por Benjamin Biram,

mayordomo de la casa de Earl Fitzwilliam, propietario de minas de carbón numerosos

en el sur de Yorkshire, Inglaterra, en 1844.

La fórmula que se utiliza más a menudo en la ventilación de la mina con unanemómetro es q = av, en la que (q) es igual al número de metros de aire por minuto,(a) es igual a la zona de la vía aérea en pies cuadrados y (v) es igual a la velocidad



de la corriente de aire en pies por minuto . Anemómetros, tal como se utiliza en las

minas, se produjeron en dos estilos, el estilo de Biram que tienen la marca y las paletas

en el mismo plano y el estilo de compensación que tiene la marca perpendicular a las

paletas.

Anemómetros son generalmente recogidos por los colectores de minería y

coleccionistas de instrumentos científicos. Los modelos anteriores no tienen la

capacidad para volver a cero en los modelos posteriores lo hacen. La mayoría tiene ocho

aspas, pero van desde sólo 4 paletas de 12, y tienen 1 a 6 marca en la cara.

John Davis prototype anemometer, serial number 35

Circa 1845

Este fue el prototipo del anemómetro de 1845 el cual era utilizado en lasminas de carbón

National Mine Service Co.

Este es el que ahora tengo el cual es

un anemómetro que mide el flujo del

aire por unidad de tiempo que en su

caso es FPM ( pies por minuto) La ecuación utilizada para calcularlo

es q = av. Su rango es de (0 a 5000

FPM) y consta de 8 aspas giratorias y

puede ser calibrado a cero al igualque pausar el movimiento de la agujacuando sea necesario



El diámetro del instrumento es de 10.5 cm esto nos sirve para

encontrar el area por el cual crusa el aire en cm2

con la formula de area deun circulo que es:

en este caso el resultado del area del anemómetro es:

A = 56.85 cm2 (.0056 m2)

QUE EN NUESTRO INSTRUMENTO SERA UNA CONSTANTE

AHORA PARA HAYAR LA VELOCIDAD DEL AIRE SE TIENE QUE

SUSTITUIR LA FORMULA QUE AL PRINCIPIO ERA

(q = av) Y PARA HAYAR LA VELOCIDAD QUEDARIA (v=a/q)

El valor registrado del anemómetro en este caso

FTM (PIES POR MINUTO) hay que convertirlo al

SI en el caso de ft es igual a 1ft=.3048m entonces

la escala dada en el anemómetro se cambiara al

sistema SI para facilitar su lectura.

A continuación le daremos una tabla donde se

convertirán los valores dados por el instrumento de

sistema ingles a SI las lecturas del anemómetro

tendrán que ser medidas en lapsos de tiempo de 1

minuto.



Lecturaen ft*M

Lecturaen

m*min

Correccionft*M

Correcciónm*min

Suma y restade lascorreccionesm*min

30 9.144 +14 4.2672 13.4112

50 15.24 +15 4.572 19.812

70 21.336 +15 4.572 25.908

90 27.432 +15 4.572 32.004

100 30.48 +15 4.572 35.052200 60.96 +15 4.572 65.532

300 91.44 +10 3.048 94.488

400 121.92 0 0

500 152.4 -5 -1.524 150.876

600 182.88 -10 -3.048 179.832

700 213.36 -15 -4.572 208.788

800 243.84 -20 -6.096 237.744

900 274.32 -25 -7.62 266.7

1000 304.8 -30 -9.144 295.656

1200 365.76 -35 -10.668 355.092

1400 426.72 -45 -13.716 413.004

1600 487.68 -55 -16.764 470.916

1800 548.64 -60 -18.288 530.352

2000 609.6 -65 -19.812 589.788

2200 670.56 -75 -22.86 647.7

2400 731.52 -90 -27.432 704.088

2600 792.48 -100 -30.48 762

2800 853.44 -110 -33.528 819.912

3000 914.4 -120 -36.576 877.824

3200 975.36 -135 -41.148 934.212

3400 1036.32 -150 -45.72 990.6

3600 1097.28 -165 -50.292 1046.988

3800 1158.24 -175 -53.34 1104.9

4000 1219.2 -180 -54.864 1164.336

4200 1280.16 -190 -57.912 1222.248

4400 1341.12 -195 -59.436 1281.684

4600 1402.08 -200 -60.96 1341.12

4800 1463.04 -225 -68.58 1394.46

5000 1524 -260 -79.248 1444.752



En el caso de las correcciones se utilizara lamisama para todos los valores hasta antes de uncambio por ejemplo de 4800-4999 se usara (-225)

Ya para 5000 sera(-260)

Del valor que te de la medición del anemómetro(q) es la cantidad por el cual dividirás el área(.0056 m2)

Por ejemplo medí el flujo de aire que despide elventilador de mi lap y me dio un valor de 28 ftMQue es igual a 8.534 m*min + 4.267m*min de lacorrección me da 12.801m*minAhora se usa la formula

V= a/qV= .0056m2/12.801m*minV=.00043 m/min = .026 m/s

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