FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Practica No 1 Anemometra ObjetivoConocer prcticamente diferentes instrumentos y mtodos de medicin de la velocidad del viento. Equipo y material: Anemmetro de copas, Anemmetro diferencial, Anemmetro de turbina, Generador de vientoManmetro diferencial, Carril 50 cm, Tubo Pitot, Carro soporte, Tobera de 150 mm. Consideraciones tericasEn casi todos los estudios concernientes a la aerodinmica experimental es necesario conocer la velocidad del viento. Para esto se utilizan diferentes instrumentos de medicin que directa o indirectamente registran la magnitud y cambios en la velocidad del flujo delfluido ya sea por la diferencia de presiones, de temperaturas o por medio de un dispositivo mecnico cuyo movimiento se asocie a la velocidad del viento. El uso de cada tipo de instrumento depende de la naturaleza del flujo de aire a medir es decir para una condicin particular de viento existen instrumentos adecuados para efectuar la medicin de su velocidad. Los instrumentos para la medicin de la velocidad del viento ms comunes son descritos a continuacin. Tubo PitotEs un instrument que detecta la presin total y la presin esttica en una corriente de aire, lo que nos permite conocer el valor de la presin dinmica y por lo tanto el valor de la velocidad del flujo. Recordando que la presin esttica mas la presin dinmica nos da la presin total Quedando la velocidad del flujo como: 2T Eqvq P P== FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 TUBO PITOTESTATICO Cuando el tubo Pitot adems de la toma de presinTotal tambin se incluye la toma de presin esttica Se le llama tubo Pitot/esttico. Al utilizar el tubo Pitotse debe corregir el valor de la presin dinmica (q) debido a que la toma de presin esttica detecta alteraciones en el flujo producida por el vstago (error de vstago) y por la punta del tubo (error de punta). Grafica que muestra el error en la presin dinmica producido por el vstago del tubo Pitot (ev). Grafica que sirve para determinar elerror en la presin dinmica producido por la punta del tubo Pitot (ep) PuntaToma de presinTotalToma de presin estticaD VstagoLDLV FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Anemmetro de turbinaEs un instrumento que detecta y mide la velocidad del viento cuando este hace girar libremente una turbina. Gracias a un circuito electrnico establece una conversin analgico digital entre las revoluciones de la turbina y la velocidad del viento cuyo resultado aparece en la caratula. Las especificaciones del anemmetro de turbina que se utiliza en la prctica son: Temperatura de operacin de 0 a 50 c (El fabricante no indica correccin alguna por cambio de temperatura) Rango de escalas0 a 87.9 NUDOS 0 a 8790 ft/min 0 a 44.8 m/s Anemmetro diferencia l Instrumento que mide la velocidad del viento detectando diferencia de presiones, indicndola en una escala mediante una aguja tal escala puede estar graduado directamente en unidades de velocidad o en unidades de presin. El fabricante de este instrumento indica que se debe corregir la velocidad leda en la escala siempre qu se tengan los valores de presin atmosfrica diferentes 29.92pulgadas de Hg (760 mmHg) segn la frmula: 0.01 (29.92 )L L BVc V V P = + Vc=Velocidad corregida en ft/min Vl=Velocidad en ft/min Pb=presin baromtrica en pulgadas de Hg FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Anemmetro de copasComo su nombre lo indica, este anemmetro est constituido por objetos en forma de copa el propsito dees producir que estas giren alrededor de un eje cuando el viento incide por el lado cncavo, mismo que ofrece una mayor resistencia aerodinmica que el lado convexo. El uso de este anemmetro es principalmente para determinar la velocidad del viento atmosfrico. El anemmetro tiene una caratulacerca de su base en donde se indica una medida en unidades de distancia (metros x100) El procedimiento a seguir para efectuar mediciones de la velocidad del viento es el siguiente: Supongamos que la lectura inicial en la caratula del instrumento693423: Se coloca el anemmetro en el viento u comienza a medir el tiempo de estancia en dicho viento que puede ser de unos minutos hasta unas horas. Para nuestro ejemplo consideraremos que fueron 5 minutos y al trmino de este lapso de tiempo la caratula del anemmetro indico 693427 la diferencia es 4 quemultiplicado por 100 se obtiene 400m que dividido entre el tiempo transcurrido nos da la velocidad del viento. 4005min 300..... 1.33300mmsss= = FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Desarrollo1.- Determinacin de las condiciones ambientales. Se debern deefectuar lecturas en los instrumentos barmetro, termmetro e higrmetro antes de iniciar y al finalizar los experimentos, anotando los valores en la tabla siguiente: InicialesFinalesPromedio Temperatura ambiente 20C20.8C20.4C Presin baromtrica568.2 mmHg5594 mmHg595.1 mmHg Humedad relativa82.5 %84 %83.25 % Con los valores promedio obtenidos se deber calcular la densidad del aire en el laboratorio. Densidad del aire en el laboratorio: Correccin de lapresin baromtrica. 1 0.0000184(20.4 )595.5 593.521 0.0001818(20.4 )CmmHg mmHgC| | + = |+ \ . 22222 214.7 /593.52 11.47 /7600.4536 111.47 8064.34 /1 0.00064516lb inmmHg lb inmmHglb kg inkg min lb m| |= |\ .| || |= ||\ .\ . FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Presin de saturacin: 3 2.2452.685 3.53710 ( ) Ps x T= + 3 2.24529(20.4 ) 32 68.7252.685 3.53710 (68.72 )49.76 /T C FPs x FPs lb ft= + = = + = 222 20.4536 149.76 242.98 /1 0.09290304lb kg ftkg mft lb m| || |= ||\ .\ . Presin de vapor: 2 20.73(242.98 / ) 177.337 /Pv HrPsHr humedad relativaPv kg m kg m=== = Densidad ( )( )2 2 24224 2 310.3779( ) 20.4 273 293.429.256 /8064.34 0.3779177.370.094979.81 29.256 293.40.09497 9.81 0.9316AAz Pz PvgR TT K C KR m Kkg kgkgs m mzm m mKs Kkgs m kgm s m= = + = = | | |\ .= =| || | | |\ .\ .| || | = | |\ .\ . =0.9316 Kg/m3. FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 2.- Utilizacin del tubo Pitot Para poder utilizar el tubo Pitot es necesario cuantificar los valores de los errores de vstago y de punta. A) Determinacin del error total en la presin dinmica y su correccin. Las dimensiones del tubo Pitot a utilizar son: Lv=98mm, Lp=15mm D=5mm Entonces se pueden determinar los cocientes de Lv/D y Lp/D para que se obtengan los porcentajes de error en la presin dinmica debido al vstago y a la punta utilizando las grficas respectivamente. 98mm/5mm=19.6por lo tantoEv= .005 15mm/5mm=3 por lo tanto Ep= -.006 El erro total es igual a la suma del error ( ) .001T P V TE E E E = + = La presin dinmica que se lee en el manmetro se representara con q ledala presin dinmica corregida se representa con q corryes igual: ( ) (1 ).... ... (1 ) .99corr leida T leida corr leida TTq q E q q q Efactor de correcion E= += += + = B) Determinacin del factor de correccin para la escala de las velocidades del manmetro diferencial1.-Correcion por diferencia de densidad del aire con respecto a las condiciones estndar al nivel del mar La velocidad leda directamente del manmetro se debe de corregir con la siguiente ecuacin NMcorr leidaV Vz= FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 2.- Correccin por error en la presin dinmica Finalmente las velocidad anterior de debe corregir por erroren la presin dinmica debido al error de punta y el error de vstago del tubo Pitot 1real corr TV V E= + c) Medicin del a velocidad del flujo libre a diversas distancias de la salida de una tobera de 150mm de dimetro utilizando un tubo Pitot. Utilizar la tobera de 150mm de dimetro atornillando a esta el carril con 6 posiciones y sujetndolo del otro extremo al soporte del manmetro diferecial.Colocar la perilla del potencimetro de regulacin del ventilador al mximo y efectuar mediciones de velocidad en el flujo libre a diversas distancias de la tobera de 150 mm de dimetro, registrando los resultados en la tabla siguiente, efectuando las correcciones a la velocidad. DISTANCIA DESDE LA SALIDA DE LA TOBERAVLEIDA(m/S) 011 1010.52010.3 3010.1 FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 FORMULAS PARA CORRECCION DE VELOCIDADNMcorr leidaV Vz=

1real corr TV V E= + 31.2255NMkgm = 3.9316 kgzm =

.001TE = Correccin de valores331.225511 12.61.9316corrkgm mmVkgs sm == 12.61 1 .001 12.60 mreal smVs= = 331.225510.5 11.97.9316corrkgm mmVkgs sm == 11.97 1 .001 11.85mreal smVs= = 331.225510.3 11.72.9316corrkgm mmVkgs sm ==

11.72 1 .001 11.62mreal smVs= = FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 331.225510.1 11.51.9316corrkgm mmVkgs sm == 11.51 1 .001 11.39 mreal smVs= = RESGISTRO DE LOS VALORES GRAFICA VELOCIDAD REAL Vs DISTANCIA 11.211.411.611.81212.212.412.612.80 5 10 15 20 25 30 35VELOCIDAD REAL (m/s) DISTANCIA (cm ) velocidad realDISTANCIA DESDE LA SALIDA DE LA TOBERAVLEIDA(m/S)Vcorr (m/s)Vreal (m/s) 01112.61 12.60 1010.5 11.97 11.85 2010.311.7211.62 3010.111.51 11.39 FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 3.- Utilizacin del anemmetro de turbinaMedicin de la velocidad de del flujo libre a diversas distancias utilizando el anemmetro de con el selector de escala para indicar m/s determinar el valor de la velocidad de flujo libre adiferentes distancias. REGISTRO DE LOS VALORESDistancia desde la salida de la tobera Vleida (m/s) 09.8 109.5 209.3 309 GRAFICA VELOCIDAD REALVs DISTANCIA 8.999.19.29.39.49.59.69.79.89.90 5 10 15 20 25 30 35VELOCIDAD LEIDA m/S DISTANCIA (cm) velocidad leida FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 4.- Utilizacin del anemmetro diferencial Medicin de la velocidad del flujo a diversas distancias de la entrada del generador de viento. Accionar el generador de viento y utilizando el anemmetro diferencial se proceder a efectuar mediciones de la velocidad del viento a diversas distancias desde la entrada, efectuarla correccin a la velocidad por variacin de presin baromtrica. Distancia desde la entrada del generador de viento Vleida (ft/min) 13190 16125 2050 2520 300 Correccin de valores0.01 (29.92 )L L BVc V V P = +

BP =23.3569 pulgadas de Hg 190 0.01 190 (29.92 23.36) 202.46min min minft ft ftVc X = + =125 0.01 125 (29.92 23.36) 133.2min min minft ft ftVc X = + =50 0.01 50 (29.92 23.36) 53.28min min minft ft ftVc X = + =20 0.01 20 (29.92 23.36) 21.31min min minft ft ftVc X = + =0 0.01 0 (29.92 23.36) 0min min minft ft ftVc X = + = FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Registro de valores Distancia desde la entrada del generador de viento Vleida (ft/min)Vcorr (ft/min)Vcorr(m/s) 13190202.461.028 16125133.20.677 205053.280.271 252021.310.108 30000 GRAFICA VELOCIDAD CORREGIDAVs DISTANCIA 0.0000.2000.4000.6000.8001.0001.2000 5 10 15 20 25 30 35VELOCIDAD CORREGIDA (m/S) DISTANCIA (cm) VELOCIDAD CORREGIDA FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 5.- Utilizacin del anemmetro de copas Proceder a medir la magnitud del viento atmosfrico en punto cualquiera en los exteriores del laboratorio. LECTURA INICIAL(Li)695906TIEMPO TRANSCURRIDO t SEG300 s LECTURA FINAL (Lf)69 5907 VELOCIDAD DEL VIENTO (Lf-Li)X100m/ t m/s.33m/S (Lf-Li)X100m100 mVELOCIDAD DEL VIENTO Km/h.0198Km/h FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 6.-CUESTIONARIO1.-Se tiene un tubo Pitot cuyos orificios de presin esttica se encuentras a 12.8mm de la punta y a 32 mm del eje del vstago. Al colocarlo en una corriente de aire el tubo Pitot registra una presin dinmica igual a 12.5 pulgadas de agua. Si se tienen condiciones estndar al nivel del mar, determinar el valor verdadero de la velocidad y de la presin dinmica en la corriente de aire. El tubo Pitot tiene 4mm de dimetro. q=12.05 pulgadas de agua 31.2255NMkgm =

32mm/4mm= 8 por lo tantoEv= .012 12.8mm/4mm=3.2 por lo tanto Ep= -.006 Et=.006 22 22 22 2.... ... (1 .006) 1.006(1 ) 12.5 (1.006) 12.57 lg .. ..12.57 25.4 319.278....1 1319.278 9.81 3132.11corr leida Tcorrcorrfactor de correcionq q E inH O pu adasdeaguaq inH OX mmH Opara vkgmmH Omkg mq X pam s= + == + = == === =

3132.11corrq pa =

33132.1150.551.2255pa mvkgsm= =D=4mm Lv=32mmLp=12.8mm FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 2.-Deducir la ecuacin para la correccin de la velocidad por diferencia de densidad NMcorr leidaV Vz= 2 21 ..........................2.. ... .. ..1 1.............. ........................2 2.... ... .... .... ... ...T E NM NM T E z labT Econdicion NM condicion enel LaboratorioP P v P P vsi P P es igual para ambas condiciones = = 2 22 22.1 12 2.... .... ... .. ..... ... ........ ..... ... .... ... .... ....NM NM z labNM NM z labNM NMlabzNMlab NMzNM labv vreduciendov vsi se requiere lavelocidad en el laboratoriovvv vdonde v velocida leida y v es la velocid ===== .... .NMcorr leidazad corregidav v= 3.-Deducir la ecuacin para la correccin de la velocidad por error en la presin dinmica1real corr TV V E= +22 2... .... ... .. ..... ...(1 )1.... ... ... ... .... .... ...2... .. ...1 1(1 )2 2.corrcorrcorr leida Treal z z Tsi partimos de lacorrecin de qq q Ey si sustuye con q v con las consideracionde correccionde densidadv v Ereduciendo = +== +2 22..(1 )(1 )(1 )corrcorrcorrreal Treal Treal Tv v Ev v Ev v E= += += + FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 4.- En la prctica se observ que para un tubo Pitot se produce error en la determinacin de la presin dinmica debido a la posicin de las tomas de presin estticacon respecto a la punta y al vstago (error de punta y error de vstago) Mencione y explique dos factores ms que producen error en el tubo Pitot1.-Si la velocidad es muy baja, la diferencia de presiones es muy pequea y difcil de medir con precisin con el transductor en el caso de una aeronave .Los errores en el instrumento podra ser mayor que la medida. As que los tubos Pitotno funcionan muy bien para velocidades muy bajas. 2.-Si la velocidad es muy alta (supersnica) En la parte delantera del tubo, una onda de choque parece que va a cambiar la presin total. Hay correcciones de la onda de choque que se pueden aplicar para que podamos utilizar los tubos de Pitot-esttica de aeronaves de alta velocidad. 5.-Enunavinlalecturadelindicadordevelocidad(IAS)esrealmentelavelocidaddelavin? Expliqu detalladamente que se debe efectuar para obtener la velocidad verdadera. Hay varios tipos de velocidad: la velocidad indicada (IAS),Velocidad calibrada del aire (CAS), velocidad equivalentedel aire(EAS), y laVelocidad verdaderadel aire (TAS).La velocidad indicada (IAS) IAS se muestra en elinstrumento, sin tomar en consideracin los errores del sistema los cuales se describen adelante ylas consideraciones necesarias para tener la velocidad verdadera. Velocidad calibrada del aire (CAS) CAS es la velocidad a la que el avin se mueve a travs el aire,se encuentra mediante la correccin de laIASpara el instrumento y los errores de posicin del tubo Pitot. El POH / AFM tiene un diagrama o un grfico de IAScorrecta de estos errores y proporcionar la correcta para el CAS. Velocidad del aire equivalente (EAS) EAS es CAS corregida por la compresin del aire dentro de la tubo de Pitot. EAS es el mismo que en la atmsfera estndar de CAS a nivel del mar. A medida que la velocidad y la altitud aumentanel CAS se convierte en mayor de lo que debera ser, y una correccin para la compresin se debe restar de la CAS. Velocidad verdadera del aire (TAS) TAS es CAS corregida por la presin estndar y temperatura. TAS y CAS son las mismas en lala atmsfera a nivel del mar. En condiciones estndar, TAS se encuentra mediante la aplicacin de una correccin de la altitud de presin y la temperatura a la CAS. FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 6.-Explique el funcionamiento de dos anemmetros diferentes a los utilizados en esta prctica. Anemmetro Windmill Otraformade anemmetro dondela velocidad mecnica forma parte del funcionamiento de un anemmetro ;aparte del anemmetro de turbinaes elanemmetrowindmill. En el anemmetro de windmillfunciona bajo el mismo principio de un anemmetro de turbina que consiste en que el vientohace girar una turbina libremente y as registrar la medicin de la velocidad del vientosolo que en unanemmetrowindmillladireccin del viento es siempreparalela a su ejeaunsi el viento cambia de direccin. Anemmetro Caliente-alambre Los anemmetros calientes del alambre utilizan un alambre muy fino (en la orden de varios micrmetros) calentado hasta una cierta temperatura sobre el ambiente. El aire que fluye ms all del alambre tiene un efecto que se refresca en el alambre. Pues la resistencia elctrica de la mayora de los metales es dependiente sobre la temperatura del metal (tungsteno es una opcin popular para los caliente-alambres), una relacin se puede obtener entre la resistencia del alambre y la velocidad del flujo.La salida del voltaje de estos anemmetros es as el resultado de una cierta clase de circuito dentro del dispositivo que intenta mantener la constante especfica de la variable (corriente, voltaje o temperatura). Los anemmetros del Caliente-alambre, mientras que extremadamente son delicados, tienen resolucin espacial de la respuesta en frecuencia extremadamente alta y de la multa comparada a otros mtodos de la medida, y como tales se emplean casi universal para el estudio detallado de flujos turbulentos, o a cualquier flujo en el cual las fluctuaciones rpidas de la velocidad estn de inters. FRAGA PEREZ CESAR 5AM1 Conclusiones En la realizacin de esta prctica pude constatar algunos puntos importantes: 1.-Conocerlavelocidaddelvientoenaerodinmicaesunfactoresencialporelcualsecuentaconvarias maneras de realizar una medicin de la velocidad del viento. 2.-Es necesario tener alguna consideracin segn el medio con el que se est realizando la medicin directa oindirectadelavelocidaddelvientopuestoquesibiennuncasepuedenobtenervaloresexactosdela velocidadporsimpleserroreshumanoshastaerrorescausadosporelmismoinstrumentoqueperturbala medicinydependiendoelmedioporelcualserealicelamedicinsedebenrealizarlosfactoresde correccin necesarios para aproximarse a unvalor real. 3.-Duranteel desarrollo de esta prctica hizofalta algunacomparacin entre qumedio de medicin de la velocidad de viento es precisopues como se pudo observar las condiciones del ambiente donde se realicen las mediciones son de un factor importante pues estn modificaran los resultados obtenidos. 4.-ConsideroqueeltuboPitoteselinstrumentoelcualpodrapresentarelmayorndicedeerrorpues haciendolasconsideracionesdetodaslascorreccionesqueseletienenquehaceracadalecturaobtenida poruntuboPitotperosibienalgunoslibrosmencionanqueexistenmediosporloscualeshacenaltubo Pitotproporcionlecturasmuyaproximadasaunvalorrealunclaroejemplodeestoeslosavionespues unaexigenciadeportarcondispositivosenloscualesincluyentubosPitotparapodersobrevolaren algunos niveles de vuelo y seguir rutas areascomo lo es RVSM . Bibliografahttp://www.faa.gov/library/manuals/aviation/instrument_flying_handbook/media/FAA-H-8083-15A%20-%20Chapter%2003.pdf http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/pitot.html http://es.wikipedia.org/wiki/Anem%C3%B3metro