INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMANINGENIERIA AERONAUTICAAERODINAMICA

PRACTICA: 1 ANEMOMETRA

PROFESOR DE LABORATORIO: Medrano Meja AntonioPROFESOR DE TEORIA: Medrano Meja AntonioGRUPO: 5AV1

Alumnos:Flores Lpez YairGarca Ocaa DanielLpez Hernndez JuanMagos Vargas IvnMrquez de la Mora Garca Edgar CarlosOBJETIVOConocer prcticamente diferentes instrumentos y mtodos de medicin de la velocidad del viento.

EQUIPO Y MATERIAL NECESARIO

Anemmetro de copas (o cazoletas). Anemmetro diferencial. Anemmetro de turbina. Generador de viento. Manmetro diferencial. Carril de 50 cm. Tubo Pitot. Carro soporte. Tobera de 150mm.

Consideraciones tericas Una rama importante de la metrologa aplicada en la industria aeronutica es la Anemometra, encargada de las mediciones de la velocidad del viento. Con respecto a esta velocidad, es que podemos establecer la velocidad del avin para que el piloto realice las maniobras necesarias para tener un mejor control de la aeronave.Algunos de los anemmetros a utilizar en la prctica son los siguientes: Tubo Pitot.- Es un instrumento 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. Al utilizar el tubo Pitot se debe de corregir el valor de la presin dinmica debido a que la presin esttica detecta alteraciones en el flujo producidas por el vstago (error de vstago) y por la puta del tubo (error de punta) Anemmetro de turbina.- Es un instrumento que detecta y mide la velocidad del viento cuando este hace girar libremente a una turbina. Las especificaciones de turbina que se utiliza en la prctica son: >>Temperatura de operacin: 0 a 50 C (el fabricante no indica correccin alguna por cambio en la temperatura).>>Rango de escalas: 0 a 87.9 Nudos; 0 a 8790 ft/seg; 0 a 44.8 m/seg. Anemmetro diferencial.- este instrumento mide la velocidad del viento detectando diferencia de presiones, indicndola en una escala mediante una agua, tal escala puede estar graduada directamente en unidades de velocidad o en unidades de presin.El fabricante del instrumento indica que se debe de corregir la velocidad leda en la escala siempre que se tengan valores de presin atmosfrica diferentes de 29.92 pulgadas de Hg. (760 mm hg)

Anemmetro de copas.- Este anemmetro est constituido por objetos en forma de copas. El propsito de usar copas es el 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.

DESARROLLO 1. Determinacin de las condiciones ambientalesAl iniciar y finalizar nuestro experimento, se debe tomaron lecturas de las condiciones ambientales. Con los valores promedios de las lecturas iniciales y finales de las condiciones ambientales, se efectuaron los clculos necesarios para el desarrollo de la prctica.Lectura InicialLectura FinalValor Promedio

Temperatura Ambiente24.1C25C24.55C

Presin Baromtrica590 mm Hg.599 mm Hg.594.5 mm Hg.

Humedad Relativa65%62%63.5%

Con estos valores promedios se podr calcular el valor de la densidad del aire dentro del laboratorio con las siguientes formulas:

Por lo tanto sustituyendo los valores promedio en las frmulas anteriores obtenemos los siguientes resultados:

2. UTILIZACIN DEL TUBO PITOT Para poder utilizar el tubo Pitot es necesario cuantificar los valores de los errores de vstago y de punta. As que las dimensiones de nuestro tubo Pitot son:

Lv=98mm.LP=15mm.D=5mm.

Entonces los porcentajes de error en la presin dinmica debido al vstago y la punta se obtienen con los siguientes cocientes:

En consecuencia el error total es igual a la suma del error de punta ms el error de vstago:

La presin dinmica que se lee en el manmetro se representar con: y la presin dinmica corregida se representara con , que es igual a:

Donde es el factor de correccin de la presin dinmica

Otras correcciones que se deben tener en cuenta son:La velocidad leda directamente del manmetro que se debe corregir con la siguiente ecuacin:

Y la correccin por error en la presin dinmica debido al error de punta y el error de vstago del tubo Pitot:

Con estas correcciones, se complementar la tabla del siguiente punto y se proceder a montar la primera parte de la prctica, utilizando la tobera de 150mm de dimetro, atornillando a esta el carril con 6 posiciones y sujetndolo del otro extremo al soporte del manmetro diferencial. Despus de haber ensamblado lo anterior, se coloca la perilla del potencimetro de regulacin de revoluciones del ventilador al mximo, efectuando mediciones de velocidad en flujo libre a diversas distancias de la tobera de 150mm de dimetro, registrando los resultados en la tabla siguiente:DISTANCIA DESDE LA SALIDA DE LA TOBERA, (cm)(m/s)(m/s)(m/s)

09.610.9610.94

10910.2710.25

208.49.599.58

308.19.259.24

Nota: los valores de las ltimas dos columnas fueron obtenidos mediante las ecuaciones de y mencionadas anteriormente.Con los datos de la tabla anterior, se realizaremos la grfica contra Distancia

3. Utilizacin del anemmetro diferencialPara este ensayo, se realizaran las mediciones de la velocidad del flujo libre a diversas distancias de la salida de la tobera de 150cm de dimetro. Utilizando las mismas distancias que en el ensayo anterior, se medir el valor de la velocidad del flujo libre, colocando el selector de escala en m/s. y a un ngulo de 20entre la direccin del viento y el eje de la turbina.

Los datos obtenidos de la medicin fueron los siguientes:Distancia desde la salida de la torre (cm)(m/s)

07.2

107.1

207

306.8

Nota: no se efectan correcciones en la , debido a que el fabricante del anemmetro especifica que no es necesario hacer correcciones ni por temperatura ni por otro factor ambiental.Con los datos anteriores se hizo la siguiente grfica Velocidad leda vs. Distancia.

4. Utilizacin del anemmetro diferencial.Colocando el anemmetro diferencial a diversas distancias de la entrada del generador de viento. Al accionar el generador de viento se proceder a efectuar mediciones de la velocidad del viento a diversas distancias desde la entrada, registrando los resultados en la siguiente tabla.Nota: en la parte que toma la muestra de aire para determinar su velocidad, hay una flecha, que debe de apuntar en la misma direccin del viento, ya que si se coloca en posicin contraria, se efectuar una lectura errnea.

Distancia desde la entrada del generador de viento (cm)(ft/min)(ft/s)(m/s)

10282.55.97801.8221

112505.29031.6124

121753.70321.1287

131402.96250.9030

151202.53930.7740

Nota: las dos penltima columna se obtiene a partir de la siguiente ecuacin:= 2.3228inHgY la ltima es una conversin de unidades (ft a m) utilizando el siguiente factor de conversin:

Con los datos anteriores realizaremos la grfica vs Distancia.

5. Utilizacin del anemmetro de copas o cazoletasAntes de iniciar la medicin, se debe de anotar la lectura que ya tiene el instrumento. Despus se coloca el anemmetro en el viento y se comienza a medir el tiempo de estancia en dicho viento. Despus de este lapso de tiempo, se vuelve a tomar la lectura en la cartula del anemmetro de copas, y se resta la nueva lectura a la lectura anterior. El resultado de la resta se multiplica por cien y se divide entre el tiempo transcurrido de la medicin. Cociente de dicha divisin es la velocidad del viento.Cabe aclarar que esta velocidad no es la velocidad que siempre va a tener el viento, esta velocidad es la velocidad promedio durante el tiempo que se hizo la medicin.La medicin del viento atmosfrico se realiz en un punto cualquiera en los exteriores del laboratorio, anotando lo datos en la siguiente tabla:Lectura inicial (Li)696533Tiempo transcurrido () seg217seg

Lectura final (Lf)696534Velocidad del viento (Lf-Li)x100/() m/s0.46 m/s

(Lf-Li)x100 1x100=100Velocidad del viento km/h1.656 km/hr

6. CUESTIONARIO

1. Se tiene un tubo Pitot cuyos orificios de presin esttica se encuentras a 12.8mm de la punta y a 32mm del eje del vstago. Al colocarlo en una corriente de aire del tubo Pitot registra una presin dinmica igual a 12.05 pulgadas de agua. Si se tienen condiciones estndar a 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.

LV= 32 mmLP= 12.8 mmD= 4 mmqleida= 12.05 pulgadas de agua

Calculamos los coeficientes LV/D y LP/D, para consultar en las grficas de porcentaje de error en la presin dinmica producido por el vstago y porcentaje de error en la presin dinmica por la punta, obteniendo lo siguiente:

Por lo tanto, el error total del tubo Pitot es:

Con el valor de ET calculamos la qcorregida, que en trminos de ET y qleida, se expresa como:

Ahora calculamos la velocidad real del aire, utilizando la qcorregida, en la siguiente ecuacin:

2. Deducir la ecuacin para la correccin de la velocidad por diferencia de densidad (ecuacin (3)).Sabemos que la presin dinmica se define de la siguiente forma:

Como el manmetro esta calibrado a condiciones ambientales estndar al nivel del mar, definimos NM. Por lo tanto, como la del laboratorio no es la misma que a nivel del mar debido a la altitud a la que se encuentra, la presin dinmica tampoco es la misma, entonces igualando ambas presiones dinmicas tenemos que:

Despejando Vcorr, obtenemos la siguiente ecuacin:

3. Deducir la ecuacin para la correccin de la velocidad por error en la presin dinmica (ecuacin (4)).La presin dinmica est definida por :

Adems, al realizar mediciones de la presin dinmica con un tubo Pitot, este genera ciertos errores (ET) que debemos tomar en cuenta para obtener la presin dinmica corregida, definida por la siguiente ecuacin:

Igualando las dos presiones y despejando Vcorr obtenemos:

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 esttica con respecto a la punta y al vstago (erros de punta y error de vstago). Mencione y explique dos factores ms que producen error en el tubo Pitot. Error de instrumento.Se denomina as a cualquier tipo de error que pueda tener debido a la falta de precisin en su construccin.

Error de posicin.Este tipo de error proviene de la dificultad de encontrar una posiciona donde la presin esttica , pueda ser medida sin que este afectada por la distribucin de presiones a causa de la velocidad. En general el error de posicin se origina nicamente en la toma de presin esttica.

5. En un avin, la lectura del indicador de velocidad (IAS), es realmente la velocidad del avin? Explique detalladamente que se debe efectuar para obtener la velocidad verdadera.

El indicador de velocidad (IAS) solo mide la velocidad de la aeronave con respecto al aire que se mueve. Se puede calcular la velocidad verdadera a partir de una computadora de vuelo, en el cual seleccionando la velocidad calibrada, la altitud de presin y la temperatura se obtiene la velocidad verdadera de forma calculada. Tambin, algunos anemmetros llevan incorporado un pequeo calculador mecnico que funciona de la forma siguiente: en la parte superior del instrumento hay una ventanilla en la cual aparece un dial movible sobre una pequea escala de temperaturas; moviendo este dial con el botn giratorio anexo al instrumento de forma que queden enfrentadas la altitud actual con la temperatura exterior, se muestra la velocidad verdadera en la ventanilla de la parte inferior del instrumento.Botn giratorioVentanilla de temperaturaVelocidad verdadera

6. Explique el funcionamiento de dos anemmetros diferentes a los utilizados en esta prctica.Anemmetro de esfera o cilindro de arrastreEste tipo de anemmetros son sensores que miden la velocidad del viento al medir la fuerza de arrastre sobre el objeto dentro del flujo. El cilindro de arrastre se utiliza para medir el flujo en 2 dimensiones mientras que la esfera puede medir el vector viento en sus 3 dimensiones.Como desventajas presenta que es muy difcil la medicin de vientos dbiles, ya que la defeccin es muy pequea y tampoco son capaces de soportar vientos fuertes. En climas fros, la acumulacin de nieve y hielo afecta la aerodinmica pudiendo generar un error muy grande.Anemmetro de hilo calienteEstos anemmetros operan basados en el principio de que la taza de prdida de calor desde un cuerpo est relacionada con la taza de flujo de aire que pasa a travs del el.La configuracin de corriente constante mide la velocidad del viento de la siguiente manera: un aumento en la velocidad del viento aumentara la transferencia de calor al medio, lo que generar una disminucin de la temperatura y la resistencia en el hilo. Al disminuir la resistencia resulta en un desbalance de voltaje del circuito puente el cual es amplificado (con un amplificador no-lineal) obtenindose la indicacin de la velocidad del viento.

Conclusiones

Flores Lpez Yair AlfonsoCon el realizar de esta prctica pudimos conocer distintos tipos de anemmetros y su principio de funcionamiento e identificar las situaciones para usar cada uno de ellos.Con el tubo por Pitot pudimos obtener el valor de la presin dinmica del flujo de viento y, por tanto, la velocidad del mismo. Luego, con el anemmetro de turbina medimos directamente la velocidad del viento y aprendimos que este est restringido a especificaciones de operacin (velocidades bajas y un rango de temperatura especfico). Con el anemmetro diferencial proporciona la velocidad del viento a travs de diferencia de presiones. Y por ultimo, el anemmetro de copas mide la velocidad del viento atmosfrico a travs del giro sobre un eje producido por el mismo viento.

DANIEL GARCIA OCAA Los anemmetros son indispensables en diversas ramas de la ciencia, una de ellas meteorologa. Pero ms importante an es en la ingeniera aeronutica, ya que al poder conocer la velocidad del viento, es posible determinar condiciones del vuelo de la aeronave.Si no conociramos las formas y los instrumentos de medicin de la velocidad del viento, no seriamos capaces de determinar la velocidad de las aeronaves y ms importante an la altitud a la que estaran volando. Ya que si es a una altitud muy pequea, podran ocurrir accidentes fatales.Es por eso que gracias a la gran cantidad de anemmetros, se puede hacer que el vuelo de los aviones sea ms seguro y rpido. Pero esto se va a lograr siempre y cuando los anemmetros se encuentren calibrados, que no haya errores tanto de uso (paralaje con respecto a la direccin del viento, obstrucciones, etc.) como de mala interpretacin de datos.

LOPEZ HERNANDEZ JUAN Los diferentes instrumentos de medicin de velocidad de viento son muy importantes ya que en la aerodinmica es necesario de conocer la velocidad del viento ya que en la aeronutica podemos conocer todas las condiciones que puede sufrir cualquier parte de un avin. Los instrumentos utilizados para la medicin de la velocidad son diferentes, y para poder utilizarlo tenamos que saber que medicin bamos a realizar con el aire.Gracias a estos instrumentos podemos conocer el comportamiento de la velocidad del aire, pero se tiene que tomar en cuenta que los instrumentos siempre deben estar calibrados para tener una medicin sin ningn error o un error en la posicin del instrumento.MAGOS VARGAS IVANEn esta prctica se nos enseo acerca del anemmetro y su funcin tanto en el rea de meteorologa, como aplicado en la aeronutica, por ejemplo, en meteorologa se usa para la prediccin del clima y, especficamente, para medir la velocidad del viento aire, (cabe aclarar que se hizo unas mediciones al aire libre). En aeronutica, para el control de la velocidad de la aeronave.Tambin pudimos observar mediante toma de mediciones y clculos su funcionamiento, y correcciones, que est basado en la comparacin de la presin de impacto del aire y su presin esttica.Mrquez de la Mora Garca Edgar CarlosSe puede concluir de esta prctica que para la mayora de los estudios de la aerodinmica experimental necesitamos de la anemometra que es el clculo de las velocidades del viento y que a partir de los anemmetros poder realizar correcciones a las velocidades que tomamos de la lectura del instrumento, la mayora de estos aparatos requieren correcciones por no ser tan exactos y es entonces cuando el objetivo de la prctica que fue el conocer los instrumentos de medicin as como los mtodos y clculos para la obtencin y correccin de las velocidades del viento se ve cumplido ya que como se demostr en los clculos se obtuvo las correcciones de dichas velocidades.BIBLIOGRAFA

http://www.manualvuelo.com/INS/INS25.html, recuperado el 12/02/2013Frank M. White, Mecnica de fluidos, Ed. Mc. Graw Hill, Sexta Edicin