Mecánica de Fluidos Trabajo Práctico # 9 Semejanza con Modelos. Problemas Resueltos

Transcripción

1 Mecánica de Fluidos Trabajo Práctico # 9 Semejanza con Modelos Como Proceder: Lea los contenidos de la parte Teórica correspondiente al Módulo 08 B haga un resumen de conceptos y de fórmulas, lo indicado como Notas Complementarias es de lectura opcional, después intente resolver los problemas uno a uno, si no puede lograrlo consulte la guía ya resuelta, y analice el procedimiento. (Tiempo estimado a dedicar 4 a 5 hs. durante la semana). Problemas Resueltos 1.- Un dirigible meteorológico a escala, de diámetro 1.5m, es testeado en un túnel de viento en iguales condiciones de presión y temperatura que tendrá en el prototipo en su desempeño.. El factor de escala para la construcción del modelo es 1: 3, la velocidad media del prototipo esperada es de 15 Km/h.En la prueba de resistencia de avance realizada en el túnel la fuerza registrada en el modelo fue de 350 N. Se pide determinar: a.- cual será la fuerza de arrastre esperada en el prototipo. b.- definir cual deberá ser el diámetro apropiado para la zona de ensayo del túnel, y la potencia requerida para el motor que mueve la hélice del mismo, considerando una eficiencia de transferencia de energía de 80%. Considere que un factor de bloqueo adecuado del túnel sería Un modelo a escala de un submarino, con factor de escala 1 : 25, es testeado a una velocidad de 60 m /seg. en un túnel de viento, usando aire a temperatura estándar a 20ºC y nivel del mar. Cual será la velocidad esperada del prototipo en agua de mar a 20ºC que reproduzca las condiciones del ensayo efectuado por los diseñadores? datos adicionales: Kg/m3] μ E-5 [Pa.seg] ρ(agua de Kg/m3] μ (agua de E-3 [Pa.seg] 3.- Se utiliza un modelo de madera de un automóvil de 3.75 m de largo y en escala 1 : 10 para medir la fuerza de arrastre de un diseño de carrocería propuesto por el grupo de ingeniería de diseño y se está interesado en determinar las propiedades del flujo a definir en el túnel de viento y el flujo sobre el prototipo cuando marche a 90 Km / h,. la velocidad máxima de la corriente disponible en el túnel es de 80 m/seg. Se pide determinar: a.- que velocidad del aire deberá utilizarse en el túnel de viento para aire de condiciones estandard. b.- cual sería la fuerza de arrastre del prototipo. datos adicionales: ν [ 2 ( 20º C) = m / seg]

2 4.- Se desea estimar la resistencia al avance para un nuevo diseño de casco de un velero oceánico, a partir de un modelo de ensayo construido para un canal de ensayos hidrodinámicos, con una relación de escalas 1 : 10. a.- Definir cual debería ser la viscosidad cinemática teórica del fluido a usar en el canal si se desea el etricto cumplimiento de igualdad de los nºs de Re y Fr. El prototipo funcionará en agua de mar de características: ρ = 1025 Kg/m3 μ = E-3 Pa.seg b.- cuales serían las fórmulas que permiten conocer la velocidad para remolcar el modelo en el canal, y para determinar la fuerza de arrastre del prototipo. 5.- Un submarino a escala 1:20 se prueba en un túnel aerodinámico. Las condiciones de operación bajo la superficie, típicas del submarino se desarrollan a una velocidad de 9 nudos (4.63 Km / h) y a una temperatura del agua oceánica de 5ºC. a.- Se pide determinar a que velocidad del aire en el túnel debe efectuarse la medición de la fuerza de arrastre si este trabaja con aire en condiciones estándar y a una T de 20ºC b.- Definir si será posible realizar la prueba en el túnel de viento, explicando la respuesta. datos: ν [ 2 ( 20º C) = m / seg] ν [ 2 ( agua de mar) = m / seg] 6.- Un avión prototipo, está diseñado para volar a crucero de alta velocidad, con V = 240 m/seg (M=0.72) a una altitud es de 8 Km. Se construirá un modelo para prueba de túnel con una relación de escala 1:12, y que será ensayado en un túnel cerrado en anillo que permite ser presurizado. Encontrar la velocidad y la presión requeridas dentro del túnel para reproducir la igualdad entre los fenómenos aerodinámicos entre el modelo y el prototipo. Datos del 8000 m: ρ =0.526 [Kg/m3] ; T = [ºC] ; μ = 1.53 E -5 nivel del mar: ρ = 1.29 [Kg/m3] ; T = 25[ºC ] ; μ = 1.84 E -5[ Pa.seg] Cte. particular de los gases para el aire: R = 287 Joule / Kg ºK

3 Taller y Laboratorio 7.- Una turbina eólica de tres palas, tiene un diámetro de hélice expuesta de 3.4 m, está diseñada para trabajar con vientos nominales promedio de 32.5 Km/h, rotando en esta condición a 410 RPM, y extrayendo una potencia teórica de 1.5 Kw, a nivel del mar y condiciones estándar de presión y temperatura. Va a ser sometida a pruebas en un túnel de viento, cuyas características se indican como datos del problema. Se pide definir: a.- Que escala geométrica será la adecuada para la construcción del modelo. b.- Que velocidad lejana de aire se deberá utilizar en el túnel, y que revoluciones deberán sintonizarse en el modelo para simular las condiciones reales de operación. c- Si debe conservarse la similitud geométrica en todos los aspectos entre prototipo y modelo, esto es: número de palas, perfil aerodinámico de las palas, ángulo de paso etc. Como podría lograrse mantener las revoluciones al valor de velocidad del aire que surja de los resultados del punto b.? d.- Que potencia estimada debería medirse en el modelo cuando esté sintonizado en revoluciones. datos adicionales: ρ ( aire a nivel del laboratorio@15º C) = 1.29 Kg / m3 ν [ 2 ( 15º C) = m / seg] (viscosidad cinemática) Datos correspondientes a datos del Túnel B del: Lab. de Capa Límite y Fluido dinámica Ambiental (UNLP). []

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13