Tnel de viento

- Dispositivo que permite conocer las fuerzas que actan sobre un objeto cuando se encuentra en

movimiento

Permite el control de las condiciones de flujo

Medicin de las fuerzas en condiciones de flujo

Se disean para uso especfico y rangos de velocidades

Re

-Nmero adimensional que se basa en la relacin entre las fuerzas inerciales y fuerzas viscosas de

un flujo.

Numero de Mach

-Es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un

objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto

Tipos / Clasificacin

-Subsnico M < 0,7

Transnico 0,7 < M < 1,2

Supersnico 1,2 < M < 5

Hipersnico M > 5

*Clasificacin por circulacin de aire

Abierto

Cerrado

*Por la velocidad del flujo en su interior

Subsnico.

Transnico.

Supersnico.

Hipersnico.

Historia de los tneles de viento

- Although the Wrights' were the first to use a wind tunnel as part of the aircraft design process,

they did not invent it, or the notion of testing surfaces in a laboratory environment.

El ingeniero militar ingls Benjamn Robins(1707-1751) invent un aparato de brazo giratorio para

realizar experimentos de resistencia dentro de la teora de la aviacin.

George Cayley (1773-1857), tambin us un brazo giratorio para medir la resistencia y sustentacin

de varios labes. Sin embargo, el brazo giratorio no produce un flujo de aire que impacte las

formas de la prueba a una incidencia normal. Las fuerzas centrfugas y el hecho de que el objeto

est movindose a travs de su propia estela significan que una examinacin detallada del flujo de

aire es difcil.

Francis Herbert Wenham (1824-1908), un Miembro del Consejo de la Sociedad Aeronutica de Gran

Bretaa, arregl estos problemas, diseando y operando el primer tnel aerodinmico en 1871.

Como debe ser la velocidad del fluido dentro del tnel de viento (graficas de practica

1)

- Velocidades uniformes, la diferencia de velocidades entre las orillas y el centro del tnel no deben tener variaciones considerables de velocidad para que no arroje datos errneos

Como se define la intensidad de turbulencia

- La intensidad de la turbulencia es un indicador de la energa turbulenta contenida en el flujo. La media de la

intensidad de turbulencia se determina como la media de la relacin de la desviacin estndar

dividida por la media de la velocidad del viento por cada periodo.

Sistemas de adquisicin de datos

-Consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analgico) para generar datos que

puedan ser manipulados por un ordenador u otras electrnicas (sistema digital). Consiste, en tomar

un conjunto de seales fsicas, convertirlas en tensiones elctricas y digitalizarlas de manera que se

puedan procesar en una computadora

Frecuencia de muestreo

- Es el nmero de muestras por unidad de tiempo que se toman de una seal continua para

producir una seal discreta, durante el proceso necesario para convertirla de analgica en digital.

(Hz)

Resolucin de un DAQ

- La resolucin de una tarjeta de adquisicin de datos depende de la potencia que tenga, de

cuantos bytes pueda procesar por un determinado tiempo

Problema - Conversin A-D: ejemplo en clase. 1-5vdc, para un sensor de 1bar,

Seleccionar el rango de medida, 14 bits?

EE raza no tengo idea de cmo hacerlo pero me pasaron estas fotos por si uno de uds sabe que

onda y les ayuda.

Teorema de Nyquist

- Una seal analgica puede ser reconstruida, sin error, a partir de muestras tomadas en iguales

intervalos de tiempo. La razn (velocidad) de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su

ancho de banda de la seal analgica

Tcnicas convencionales:

Temperatura

- Magnitud escalar que mide la cantidad de energa calorfica de un cuerpo, y a nivel microscpico

la cantidad de energa interna producida por la cintica de las molculas

RTD conexin, circuito equivalente, costos, pt100, modelo de calibracin

- Es un detector de temperatura resistivo, un sensor de temperatura basado en la variacin de la

resistencia de un conductor con la temperatura, Al calentarse un metal habr una mayor agitacin

trmica, dispersndose ms los electrones y reducindose su velocidad media, aumentando la

resistencia. A mayor temperatura, mayor agitacin, y mayor resistencia.

*Sensor de Platino100 (Pt100).R=100 a 0C, son los mejores que los de cobre y niquel

alta resistividad para un mismo valor hmico, la masa del sensor ser menor, por lo que la respuesta ser ms rpida

margen de temperatura mayor

alta linealidad

sin embargo, su sensibilidad ( ) es menor

donde:

es la resistencia a la temperatura de referencia

es la desviacin de temperatura respecto a

es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura

*VENTAJAS

Margen de temperatura bastante amplio.

Proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad.

El valor de resistencia del RTD puede ser ajustado con gran exactitud por el fabricante (trimming), de manera que su tolerancia sea mnima. Adems, ste ser bastante estable con el tiempo.

Los RTD son los ms estables con el tiempo, presentando derivas en la medida del orden de 0.1 C/ao.

La relacin entre la temperatura y la resistencia es la ms lineal.

Los sensores RTD tienen una sensibilidad mayor que los termopares. La tensin debida a cambios de temperatura puede ser unas diez veces mayor.

La existencia de curvas de calibracin estndar para los distintos tipos de sensores RTD (segn

el material conductor, y ), facilita la posibilidad de intercambiar sensores entre distintos fabricantes.

A diferencia de los termopares, no son necesarios cables de interconexin especiales ni compensacin de la unin de referencia.

*DESVENTAJAS

Dado que el platino y el resto de materiales conductores tienen todos una resistividad muy baja, para conseguir un valor significativo de resistencia ser necesario devanar un hilo de conductor bastante largo, por lo que, sumando el elevado coste de por s de estos materiales, el coste de un sensor RTD ser mayor que el de un termopar o un termistor.

El tamao y la masa de un RTD ser tambin mayor que el de un termopar o un termistor, limitando adems su velocidad de reaccin.

Los RTD se ven afectados por el autocalentamiento.

Los RTD no son tan durables como los termopares ante vibraciones, golpes

Los RTD son los ms apropiados para aplicaciones en las que la exactitud de la medida es crtica mientras que la velocidad y el coste son menos importantes.

Termopar costo, conexiones, cjc compensacin unin fra, tipos, error de medida,

calibracin (ejercicio: calibracin sensor de presin)

El mecanismo de Compensacin de unin fra es una tcnica utilizada en circuitos de medicin

de temperatura, principalmente basados en termopares, para compensar la dependencia con la

temperatura ambiente inherente en la realizacin de la medida. Dicha compensacin, permite la

realizacin de una medida absoluta de la temperatura de un cuerpo o fluido.

El mecanismo de Compensacin de unin fra es una tcnica utilizada en circuitos de medicin

de temperatura, principalmente basados en termopares, para compensar la dependencia con la

temperatura ambiente inherente en la realizacin de la medida. Dicha compensacin, permite la

realizacin de una medida absoluta de la temperatura de un cuerpo o fluido.

*Un error de conexin es unir los termopares sin soldadura o en otro sentido, hacer una mala

soldadura a los metales.

*Una medida de calibracin es la siguiente:

Conviene empezar la experiencia de calibracion del termopar con agua a una temperatura lo mas

baja posible, midiendo, a esta temperatura, la correspondiente f.e.m. del termopar. Despues se

pondr a calentar el agua y se realizaran medidas de la f.e.m. cada cierto intervalo de temperatura

hasta alcanzar una temperatura proxima a la temperatura de ebullicion del agua.

Termografa tipos, principio de funcionamiento, clasificacin, especificaciones

tcnicas, rangos de medida, errores comunes, resultados de su aplicacin, etc.

*Los tipos de sensores:

-Scaners

-FPA(Matriz de plano focal)

*Principio de Funcionamiento: llega energa a un detector (bolmetro) que cambia dicha energa a

voltaje donde el procesador de datos lo cambia a temperatura.

*Los rangos de medida, es la longitud de la onda donde van desde 1 micra hasta .1 cm.

0.8-4(micras): SIR (BAJO)

3-5(MICRAS): MIR (MEDIO)

5-20(MICRAS): FIR (ALTO)

Algunos errores se presentan en metales y en materiales reflectivos

Presin ejercicio calibracin sensor de presin (p man, patm, p vacio)

Ejercicio: Tuberia vertical, d=2in, h=3m

Contiene agua, en la parte baja de la tuberia se coloc un sensor de presin, el cual da una medida

de 0 a 1 bar cuando la seal elctrica en C.C. es de 0 a 5V.

Solucion: h = A * V + B

1. grfica linear, sacar pendiente m =(y2-y1)/(x2-x1) = 1/5 =0.2

*Se llama presin manomtrica a la diferencia entre la presin absoluta o real y la presin

atmosfrica.

*La presin atmosfrica es la presin que ejerce el aire sobre la Tierra. 1atm = 1.013x10^5Pa.

*Se denomina tambin vaco a la condicin de una regin donde la densidad de partculas es muy

baja, como por ejemplo el espacio interestelar; o la de una cavidad cerrada donde

la presin de aire u otros gases es menor que la atmosfrica.

Caudal vs velocidad: tcnicas de medidas locales y globales, ejercicio de calibracin,

efecto doppler, costos, clasificacin, errores asociados

Caudal : V*A ; Velocidad: dx/dt

En dinmica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo. Se

denomina tambin caudal volumtrico o ndice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa

o en volumen

*Medicin de Caudal.

- Invasivos (reducen la energa de flujo): deslazamiento positivo, elementos derimgenos

(diferencia de presin)

- No Invasivos (no modifican estado energtico): electromagnticos, ultrasonido, efecto coriolis

*Medicin de velocidad: anemometra de hilo caliente (HWA), anemometra de efecto doppler,

velocimetra de partculas por imagen (PIV), anemometra de lser doppler (LPA)

*Medida de Caudal

Elemento deprimgeno: produce una cada de presin en su uso. El fluido debe ser incompresible y

el caudal msico no se altera. Tambin hay medidores de desplazamiento lineal, de vortex,

electromagnticos, de efecto coriolis, doppler, dispersin trmica.

LDA

- Hasta 3 componentes de velocidad, no invasiva, no necesita calibracin

Ver diagrama de presentacin. (TM3)

CTATipos, dimensiones, funcionamiento, principio de medida, cuidados, operacin,

condiciones de experimento, tratamiento de datos, aire vs agua, calibracin: ejercicio,

etc

Constant Temperature Anemometry (CTA), also known as Thermal Anemometry, is a technique for

the measurement of turbulence in 1, 2 or 3-dimensional gas and liquid flows, using hot-wire or hot-

film probes inserted in the flow.

CTA is particularly suitable for the measurement of flows with very fast fluctuations at a point (high

turbulence) and the study of flow micro structures, where there is a need to resolve small flow

eddies down to the order of tenths of a mm

Features:

Measures velocities from a few cm/s to supersonic High temporal resolution: fluctuations up to several hundred kHz High spatial resolution: eddies down to 1 mm or less Measures all three velocity components simultaneously Provides instantaneous velocity information Continuous analog output

El CTA es todo lo del hot wire, aplica el mismo diagrama, la misma resitencia de Churchill y las mismas probetas.

Fuentes laser

Tipos, capacidades, enfriamiento, material de ganancia, longitud de onda/color, sistemas de

bombeo, longitud focal, caractersticas generales, potencia, seguridad, emisin espontnea,

estimulada y absorcin

Tipos de lser

En grandes rasgos, los lser pueden clasificarse en dos categoras de emisin:

- Onda continua: Emiten de modo continuo con una potencia constante

- Pulsados: La emisin es en picos breves de mxima energa. Los lseres Q-swiched producen

pulsos muy cortos de muy elevada energa.

The gain medium is excited by an external source of energy into an excited state. In most lasers

this medium consists of population of atoms which have been excited into such a state by means of

an outside light source, or an electrical field which supplies energy for atoms to absorb and be

transformed into their excited states.

The gain medium of a laser is normally a material of controlled purity, size, concentration, and

shape, which amplifies the beam by the process of stimulated emission described above. This

material can be of any state: gas, liquid, solid, or plasma. The gain medium absorbs pump energy,

which raises some electrons into higher-energy ("excited") quantum states.

La distancia focal o longitud focal de una lente es la distancia entre el centro ptico de la lente o

plano nodal posterior y el foco (o punto focal) cuando enfocamos al infinito. La inversa de la

distancia focal de una lente es la potencia.

Propiedades:

Colimacin (Se denomina luz colimada a la luz cuyos rayos son paralelos entre s, lo que se

puede lograr de diferentes formas, siendo la ms sencilla hacerla incidir en

un espejo cncavo desde una fuente situada en el foco.)

Monocromaticidad

Coherencia

Intensidad y resplandor

Enfoque

Determinantes: Intensidad y longitud de onda

El lser tiene 3 caractersticas: la coherencia (misma longitud de onda), la

amplitud y la fase. Las ondas son colimadas (viajan en la misma direccin en

forma paralela) y son monocromticas.

Hay cuatro procesos bsicos que se producen en la generacin del lser, denominados bombeo,

emisin espontnea de radiacin, emisin estimulada de radiacin y absorcin.

Cuando un electrn se encuentra en un nivel de energa elevado, tiende a caer espontneamente a

un nivel de energa inferior con la subsiguiente emisin de luz. Esto es lo que se llama emisin

espontnea y es la responsable de la mayor parte de la luz que vemos. Por otro lado, un fotn

puede estimular la cada de un electrn a un nivel inferior si tiene una energa igual a la diferencia

entre los dos niveles, en ese caso se emitir un segundo fotn idntico al que ha inducido la

transicin. Esta es la llamada emisin estimulada.

Laser pumping is the act of energy transfer from an external source into the gain medium of

a laser. The energy is absorbed in the medium, producing excited states in its atoms. When the

number of particles in one excited state exceeds the number of particles in the ground state or a

less-excited state, population inversion is achieved. In this condition, the mechanism of stimulated

emission can take place and the medium can act as a laser or an optical amplifier. The pump power

must be higher than the lasing threshold of the laser.

The pump energy is usually provided in the form of light or electric current, but more exotic

sources have been used, such as chemical or nuclear reactions.

Absorcin: Proceso mediante el cual se absorbe un fotn. El sistema atmico se excita a un

estado de energa ms alto, pasando un electrn al estado metaestable. Este fenmeno compite

con el de la emisin estimulada de radiacin.

LDACapacidades, dimensiones (cuantas se pueden medir), requisitos fuente laser,

sembrado o dopado del fluidos, tratamiento de datos, efecto doppler, principio de

medida, velocidad media, cta vs lda

Fuente Laser, requisitos y caracterisitics: Monocromatica, Coherente, Linealmente polarizada,

Baja divergencia (collimador), Distribucin Gaussiana de intensidad

Hasta 3 componentes de velocidad

No invasiva (tcnica optica)

Medicin absoluta (no requiere calibracin)

Muy alta exactitud

Muy alta resolucin espacial debido al pequeo volumen de medida

Partculas trazadoras son necesarias

Componentes del sistema de transmisin :

Laser: 1D, 2D, 3D: Argon-ion: refrigerado con agua o aire, Transmitter, Manipulators, Sonda.

Efecto Doppler.- La variacin de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida

por un objeto en movimiento.

Principio de medida.-

Velocidad media.- es un vector que tiene la misma direccin y sentido que el vector desplazamiento

y su modulo se obtiene de dividir el modulo del desplazamiento por el tiempo transcurrido.

*PREGUNTAS DE EXAMEN*

Funcionamiento del laser

1) absorcion 2) emision espontanea 3) emision estimulada

Qu es la Rodamina?

Se utilizan como colorantes y como medio amplificador en los lseres de colorante. Tambin se utilizan a menudo como un tinte indicador en el agua para determinar el volumen, la velocidad y las direcciones de flujo y transporte.

De que depende la frecuencia aparente en el efecto doppler?

-frequencia -vel relativa de la onda -vel relatica del observador Con cuantas haces de luz se mide 1,2, o3 componentes? -un par de haces por cada componente

Cul es la funcin de la clula de briggs y la del colimador? -Uno de los dispositivos especiales de fibra ptica son las denominadas rejillas de Bragg de fibra ptica las cuales pueden ser utilizadas para reflectar, filtrar dispersar luz, evitando la necesidad de utilizar espejos dielctricos de volumen y rejillas de difraccin, disminuyendo con esto las nodeseadas prdidas de energaconocer las partes que la componen *En sensores de fibra ptica basados en rejillas de Bragg, las rejillas funcionan como elementos sensores de temperatura y tensin. *COLIMADOR Un colimador es, por definicin, un instrumento de precisin para una tarea especial. El objetivo de la colimacin es hacer que el eje ptico de cada lente o espejo coincida con el rayo central del sistema, un lser colimador debe lograr un haz as -frame rate: es la frecuencia (velocidad) en el que un dispositivo de imgenes reproduce imgenes nicas consecutivas. Velocidad de cuatros se expresa en FPS( fotogramas por segundo) y tambin como Hertz -color o monocromtica: A diferencia de la luz blanca, que est formada por muchos componentes, la luz monocromtica es aquella que est formada por componentes de un solo color. Es decir, que tiene una sola longitud de onda, correspondiente al color

-linea o area scan: *AREA SCAN.- El trmino se refiere al sensor de la cmara que cubre un rea donde las clulas de deteccin se replican para producir una matriz de clulas durante un cierto nmero de filas y columnas que forman una matriz rectangular de pxeles. *LINE SCAN.- Una cmara de exploracin de lnea es muy similar a un escner de cama plana, es

una lnea, o fila, en un patrn de exploracin de trama. Exploraciones de lneas son importantes en las representaciones de datos de imagen, porque muchos de los formatos de archivo de imagen tienen normas especiales, para los datos al final de una lnea de exploracin. - Area y el sistema de lnea de deteccin se pueden configurar tambin tienen una mayor velocidad y resolucin de las capacidades visuales humanos

-interlineado o progresivo: *INTERLINEADO Es una tcnica utilizada para formar los cuadros de imagen en un video, Supongamos que estamos viendo una pelcula que tiene una resolucin de 640*480 Lo que va a hacer nuestro televisor para reproducirla, es primero, un barrido mostrando solo las 240 filas impares de arriba a bajo, y despus un segundo barrido mostrando las 240 filas pares, sumando esto las 480 filas que componen el cuadro completo. Este proceso ocurre 24 veces por

segundo por lo cual para nosotros la imagen siempre se ve entera y el video fluido. Escaneo Progresivo: Es la tcnica alternativa al interlineado. Utilizando este mtodo, lo que va a hacer nuestro televisor para reproducir el video, es un solo barrido por cuadro, con un puntero que va de izquierda a derecha y de arriba hacia debajo, de el mismo modo que usted movera su vista para leer. Este mtodo nos da una visin del cuadro completo, antes de que se empiece a representar el siguiente cuadro. Y denuevo este proceso es tan rpido que al ojo humano, la

imagen siempre esta completa y en fluido movimiento. Por la naturaleza de esta tecnologa la imagen es ms suave y fluida que la obtenida con el mtodo de interlineado. -tipo CCD vs CMOS

Ccd

Convierte las cargas de las celdas de la matriz en voltajes y entrega una seal analgica en

la salida que es digitalizada por la cmara.

La estructura interna del sensor es simple pero es necesario un chip adicional que se

encargue del tratamiento de la informacin proporcionada por el sensor por lo tanto son

mas grandes y costos.

Es mejor en el rango dinamico (coeficiente entre la saturacin de los pixeles y el umbral

por debajo del cual no captan seal) ya que supera al CMOS en un rango de dos

En el ruido son superiores a los CMOS debido a que el procesado de la seal se lleva a

cabo en un chip externo, el cual puede optimizarse mejor para realizar esta funcin.

En la respuesta uniforme que es el resultado que se espera de un pxel sometido al mismo

nivel de excitacin que los dems, y que ste no presente cambios apreciables en la seal

obtenida En el CCD, al ser toda la matriz de pxeles uniforme, tiene un mejor

comportamiento. A pesar de todo, la adicin de circuitos con realimentacin nos permite

subsanar este problema en losCMOS, los CCD estn un poquito por encima igualmente.

CMOS

En el caso del CMOS, aqu cada celda es independiente. La diferencia principal es que aqu

la digitalizacin de los pxeles se realiza internamente en unos transistores que lleva cada

celda, por lo que todo el trabajo se lleva a cabo dentro del sensor y no se hace necesario

un chip externo encargado de esta funcin. Con esto conseguimos reducir costes y equipos

ms pequeos.

CMOS son ms sensibles a la luz, por lo que en condiciones pobres de iluminacin se

comportan mucho mejor. Esto se debe principalmente a que los amplificadores de seal se

encuentran en la propia celda, por lo que hay un menor consumo a igualdad de

alimentacin. Todo lo contrario que ocurra en los CCD.

En cuanto a la velocidad, el CMOS es claramente superior al CCD debido a que todo el

procesado se realiza dentro del propio sensor, ofreciendo mayor velocidad.

Son superiores en el blooming. Este fenmeno se produce cuando un pxel se

satura por la luz que incide sobre l y a continuacin empieza a saturar a los que estn a

su alrededor

-La exactitud que tiene un termopar y una termo grafa? TERMOPAR .- Generalmente la exactitud no es mejor que 0,5 C.

TERMOGRAFIA.- +/- 2 C +/- 2%