METODOLOGÍA EXPERIMENTAL.

En el desarrollo experimental de este trabajo, que comprende la medición de los perfiles de velocidad de la capa límite sobre el álabe, se realizaron una serie de mediciones con el anemómetro de hilo caliente, modificando el ángulo de ataque de la cascada y manteniendo constante la frecuencia del motor eléctrico para obtener distintos comportamientos de la capa límite. Estas pruebas se efectuaron para una velocidad promedio de entrada de 32.2 m/s que equivale a una frecuencia de operación del ventilador de 27.5 Hz. De acuerdo a la matriz experimental se realizaron tres condiciones, las cuales fueron la variación del ángulo de entrada del flujo con una velocidad determinada en base a la velocidad media como lo muestra la tabla 3.3.

Tabla 3.3 Matriz experimental.

Condición Velocidad [m/s] Reynolds Ángulo de flujo Intensidad de turbulencia [%] -5° 24.45 ° 0° 29.45 ° +5° 32.2 3.59x105 34.45 ° 4.0

Antes de iniciar la experimentación se evaluó el perfil de entrada perpendicular a los planos de medición, eje Z de la instalación. Para esta medición se empleó un tubo Pitot tipo L y posteriormente el anemómetro de hilo caliente con la sonda 55P11 para eliminar los problemas causados por el diámetro del tubo Pitot cerca de la pared. Después de la medición del plano Z se comenzó con la medición de las tres condiciones mostradas en la matriz y la metodología experimental.

A continuación se describen las etapas que se siguieron para realizar los experimentos:

1.- Revisión de la instalación experimental.- Primero se revisa que este libre la entrada acampanada del túnel, que el ducto de entrada este libre de polvo y suciedad, que las ventanas de acceso a la sección de pruebas estén cerradas y fijas. 2.- Calibración de la sonda.- Para la calibración de la sonda se prepara el sistema de calibración con el que cuenta el anemómetro de hilo caliente. Se inicializa el programa de adquisición de datos y se prepara para la calibración, se verifica la presión de operación necesaria para la operación del sistema de calibración, se monta la sonda y se inicia la calibración en el intervalo de velocidad a medir. Para la medición de los perfiles de salida y de entrada a la cascada de álabes se uso la sonda 55P11. Para los planos de capa límite se usó la sonda 55P15. Una vez terminada la calibración de la sonda se monta en el sistema posicionador para realizar las lecturas de los planos de medición de la cascada, por el lado derecho del túnel visto de frente.

3.- Encendido del ventilador.- Desde el tablero de control del ventilador se arranca el ventilador centrífugo y usando el potenciómetro se trabaja a 27.5 Hz, se espera hasta tener la velocidad necesaria de 32.2 m/s.

4.- Medición de los perfiles de salida.- Una vez que se alcanza la velocidad establecida de 32.2 m/s, se toman las lecturas de las condiciones ambientales, presión atmosférica y temperatura ambiente y se inicia la lectura de velocidad en los puntos determinados por la malla cubriendo toda la longitud de cada plano. Cada plano cuenta con 31 puntos igualmente distribuidos para cubrir una distancia de 0.25 m.

5.- Punto de evaluación.- Una vez terminada la adquisición de datos se vuelve hacer la lectura de la temperatura ambiente para determinar si la diferencia es aceptable entre la temperatura de inicio de la lectura y la final que es de 3°C. Si se cumple esta condición se procede a detener el ventilador y retirar la sonda del túnel, si no se cumple se detiene el ventilador y se retira la sonda para volver a repetir las etapas 2, 3 y 4.

6.- Medición de los perfiles de capa límite (1).- Se repiten las etapas 2 y 3, pero ahora con la sonda 55P15. La sonda se alinea para medir en la superficie de succión del álabe y una vez estabilizada la velocidad del túnel se inicia la lectura de los planos de capa límite en el lado de succión.

Las lecturas se realizaron a partir del plano que se localiza a 50% de la cuerda del álabe, avanzando 10% corriente abajo del álabe hasta cubrir el 100% de la cuerda. Cada plano cuenta con 40 puntos distribuidos con un factor de crecimiento (coordenada del segundo punto / coordenada del primer punto) de 1.16 de 0.114 mm a hasta 69 mm a partir de 2 mm de la superficie del álabe. Una vez terminada la lectura del plano se verifica la etapa 5, si se cumple se procede a retirar la sonda y orientarla para medir la superficie de presión.

Los planos de medición de la capa límite en el lado de presión inician a partir del 5% hasta el 100% de la cuerda. Los planos en esta etapa cuentan con 24 puntos distribuidos con el mismo factor de crecimiento a partir de 2 mm hasta 69 mm a partir de 0 mm de la superficie del álabe. Una vez terminada la medición de la capa límite en el lado de presión se repite la etapa 5.

7.- Medición de los planos de entrada.- Se repite la etapa 2 con la sonda 55P11 y ahora se monta en sistema posicionador en el otro costado del túnel para poder acceder a la otra ventana de acceso. Se repite la etapa 3 y una vez estabilizado la velocidad de 32.2 m/s se inicia la lectura del plano de entrada a la cascada localizado a 1c del borde de entrada de la cascada. La distribución de este plano es igual a la de los planos de salida.

8.- Medición de los planos de capa límite (2).- Se repite la etapa 2, con la sonda 55P15 y la etapa 3. La sonda se alinea para medir la superficie de succión del álabe una vez estabilizada la velocidad del túnel se inicia la lectura de los puntos de los planos de capa límite en el lado de succión. Cada plano cuenta con 26 puntos distribuidos con el mismo factor de crecimiento de 3 mm hasta 52 mm a partir de 0 mm de la superficie del álabe. Las lecturas se realizaron a partir del plano que se localiza a 5% de la cuerda del álabe, avanzando 10% corriente abajo del álabe hasta el 40% del álabe para completar todos los planos de medición del lado de succión. Al finalizar la lectura se repite la etapa 5.

9.- Medición de la presión estática en la pared.- Una vez terminada la medición con el anemómetro de hilo caliente, se retira la sonda y se cierran las ventanas de acceso para impedir filtraciones, se vuelve a arrancar el ventilador y se deja estabilizar el flujo, se toma la lectura de referencia con el tubo Pitot localizado a 1c del borde de entrada de la cascada y se inicia la lectura de cada toma de presión estática en la pared hasta cubrir el arreglo de 11 x11.

Estas etapas se realizaron para las tres condiciones de ángulo de entrada del flujo a la cascada lineal de álabes. Al término de cada ciclo se cambiaba el ángulo de la cascada para empezar de nuevo las lecturas para la siguiente condición. La distribución de los planos de medición con respecto al álabe se muestra en la figura 3.9.

Figura 3.9 Planos de medición eje Z y X-Y.