Visualización de flujo por medio de humo en el túnel de viento TVIM 460-30-3.6

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(1)IM-2003-II-03. VISUALIZACIÓN DE FLUJO POR MEDIO DE HUMO EN EL TÚNEL DE VIENTO TVIM 460-30-3.6. LUIS FERNANDO BARRERO GUINAND. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA, DEPARTAMENTO DE MECÁNICA BOGOTÁ, D.C. 2003. i.

(2) IM-2003-II-03. VISUALIZACIÓN DE FLUJO POR MEDIO DE HUMO EN EL TÚNEL DE VIENTO TVIM 460-30-3.6. LUIS FERNANDO BARRERO GUINAND. Proyecto de grado para optar por el título de ingeniero mecánico. Asesor: ALVARO PINILLA SEPÚLVEDA I.M., M,Sc., Ph.D.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA, DEPARTAMENTO DE MECÁNICA BOGOTÁ, D.C. 2003. ii.

(3) IM-2003-II-03. Agradecimientos:. A mi familia sin cuyo apoyo los resultados no hubieran sido iguales. A mi novia por su ayuda incondicional. A todo el Departamento de Ingeniería Mecánica.. iii.

(4) IM-2003-II-03. RESUMEN. En este trabajo se hicieron los estudios necesarios para implementar un sistema que permitiera ver el flujo de aire alrededor de un cuerpo localizado en la zona de pruebas del túnel de viento TIVM 460-30-3.6 del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Los Andes. La visualización de flujo aplicada a este túnel de viento de baja velocidad se hizo en tres grandes etapas: La primera consistió en investigar las diferentes maneras de producir el humo que pudiera ser utilizado para tal efecto, buscando características de poca o ninguna toxicidad, baja viscosidad para poder dirigirlo por tubería, pocos residuos, etc. Y probarlos cada uno en el túnel de viento para poder ver su comportamiento en tuberías y sometidos a fuertes aceleraciones. Para ello se analizaron tres opciones que fueron el hielo seco, el humo pirotécnico y el humo comercial. En segunda instancia se implementó un sistema que permitiera dirigir el humo escogido dentro de la zona de pruebas del túnel de viento. Por último, se realizaron pruebas de visualización con ayuda de perfiles utilizados en trabajos anteriores para obtener una colección de fotografías y de videos en donde se pueden ver los principales fenómenos aerodinámicos como entrada en pérdida, vórtices y demás, para poder comparar varios perfiles.. iv.

(5) IM-2003-II-03. CONTENIDO. Pág.. INTRODUCCIÓN. 0. 1. OBJETIVOS. 2. 1.1 OBJETIVOS GENERALES. 2. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 2. 2. MARCO TEÓRICO. 3. 2.1 NÚMERO DE REYNOLDS. 3. 2.2 LA CAPA LÍMITE. 4. 2.3 PERFILES AERODINÁMICOS. 4. 2.4 ENTRADA EN PÉRDIDA. 4. 2.5 FLUJO EN TUBERÍA. 5. 2.5.1. FLUJO LAMINAR. 6. 2.5.2. FLUJO TURBULENTO. 6. 2.6 PROPIEDADES FÍSICAS DE VARIAS OPCIONES EN HUMOS. 8. 2.6.1. HIELO SECO. 8. 2.6.2. PIROTÉCNICOS. 11. 2.6.3. HUMOS COMERCIALES. 12. 2.6.3.1 EL INTERCAMBIADOR DE CALOR. 13. 2.6.3.2 LA BOMBA. 13. 2.6.3.3 CONTROL. 14. 3. INSTRUMENTACIÓN. 15. 3.1 TÚNEL DE VIENTO. 15. 4. INVESTIGACIÓN EN HUMOS. 17. 4.1 HIELO SECO. 17. 4.2 PIROTÉCNICOS. 19. 4.3 HUMO COMERCIAL. 21. v.

(6) IM-2003-II-03. 5. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA. 24. 5.1 ELABORACIÓN DEL MARCO. 24. 5.2 TUBERÍA. 26. 5.3 FOTOGRAFÍA. 32. 6. ARCHIVO FOTOGRÁFICO. 34. 6.1 PLACA PLANA. 34. 6.2 PERFIL GOTTINGER 417 A. 35. 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 37. 8. ANEXOS. 38. vi.

(7) IM-2003-II-03. LISTA DE FIGURAS. Pág. FIGURA 1. VISUALIZACIÓN DE FLUJO AYUDADA POR COMPUTADOR.. 1. FIGURA 2. VISUALIZACIÓN DE FLUJO AYUDADA POR COMPUTADOR.. 1. FIGURA 3. PERFILES AERODINÁMICOS.. 5. FIGURA 4. FLUJO A LA ENTRADA DE UN TUBO.. 6. FIGURA 5. DIAGRAMA DE MOODY.. 7. FIGURA 6. FACTORES DE FRICCIÓN EN CAMBIOS DE DIÁMETRO. 8. FIGURA 7. DIAGRAMAS DE FASE DEL AGUA Y DEL CO2. 9. vii.

(8) IM-2003-II-03. LISTA DE TABLAS. PÁG.. TABLA 1. PROPIEDADES FÍSICAS DEL CO2. 11. TABLA 2. CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR DEL TÚNEL DE VIENTO. 15. TABLA 3. CARACTERÍSTICAS DEL EXTRACTOR DE GASES. 15. viii.

(9) IM-2003-II-03. LISTA DE FOTOGRAFÍAS. PÁG. FOTO 1. HIELO SECO A VARIAS TEMPERATURAS. 9. FOTO 2. VARIADOR Y CAJA DE CONTROL DEL TÚNEL DE VIENTO. 16. FOTO 3. EMBUDO PLÁSTICO. 17. FOTO 4. EXTRACCIÓN DEL HUMO. 18. FOTO 5. HUMO DEL HIELO SECO CON SALIDA DE 1 IN. 18. FOTO 6. BOMBA DE HUMO PIROTÉCNICO. 19. FOTO 7. HUMO PIROTÉCNICO BLANCO. 19. FOTO 8. HUMO PIROTÉCNICO NARANJA. 19. FOTO 9. VENTILADOR CONTAMINADO. 20. FOTO 10. VENTILADOR CONTAMINADO. 20. FOTO 11. VENTILADOR CONTAMINADO. 20. FOTO 12. EMBUDO CONTAMINADO. 21. FOTO 13. EMBUDO CONTAMINADO. 21. FOTO 14. MÁQUINA COMERCIAL. 22. FOTO 15. ESTRUCTURA INTERNA MÁQUINA COMERCIAL. 22. FOTO 16. ESTRUCTURA INTERNA MÁQUINA COMERCIAL ADQUIRIDA. 23. FOTO 17. MARCO FABRICADO CON MÁQUINA MONTADA. 25. FOTO 18. MEDICIÓN DE TEMPERATURA DE LA BOQUILLA. 26. FOTO 19. MONTAJE COMPLETO. 27. FOTO 20. PRIMEROS RESULTADOS. 28. FOTO 21. MONTAJE EN ZONA DE PRUEBAS ABIERTA. 28. FOTO 22. VISUALIZACIÓN DEL AIRE ENTRANDO A LA ZONA DE PRUEBAS. 29. FOTO 23. CONEXIÓN DE LA TUBERÍA. 30. FOTO 24. SALIDA DEL HUMO Y CONDENSACIÓN. 31. FOTO 25. PRIMERAS VISUALIZACIONES EN EL TÚNEL. 31. ix.

(10) IM-2003-II-03. FOTO 26. SOPORTE PARA LOS PERFILES. 32. FOTO 27. MONTAJE COMPLETO. 33. FOTO 28. PLACA PLANA α=0, F= 20HZ. 34. FOTO 29. PLACA PLANA α=15, F = 20 HZ. 34. FOTO 30. DETALLE BORDE DE ATAQUE. 34. FOTO 31. DETALLE BORDE DE FUGA. 34. FOTO 32. PERFIL GOTTINGER 417 A α=0, F= 20HZ. 35. FOTO 33. PERFIL GOTTINGER 417 A α=-15, F= 20HZ. 35. FOTO 34. PERFIL GOTTINGER 417 A α=-15, F= 20HZ. 36. x.

(11) IM-2003-II-03. LISTA DE ANEXOS. Anexo 1. Manual de instrucciones Fogstorm 700 Anexo 2. Reporte de toxicidad del Líquido de Humo Anexo 3. Calibración del túnel de viento y números de Reynolds. Anexo 4. Relación de costos Anexo 5. CD con videos 1, 2 y 3. xi.

(12) IM-2003-II-03. SÍMBOLOS UTILIZADOS L. =. Fuerza de sustentación (Lift).. D. =. Fuerza de arrastre (Drag).. Cl. =. Coeficiente de sustentación.. Cd. =. Coeficiente de arrastre.. Cp. =. Coeficiente de presión.. c. =. Cuerda.. M. =. Número de Mach.. Re. =. Número de Reynolds.. L0. =. Longitud.. D0. =. Diámetro.. K. =. Factor de fricción.. hf. =. Perdida de cabeza.. P. =. Presión.. ε. =. Rugosidad.. α. =. Ángulo de ataque.. τ. =. Esfuerzo cortante.. ν. =. Viscosidad cinemática.. µ. =. Viscosidad dinámica.. ρ. =. Densidad.. V. =. Velocidad del flujo.. Fv. =. Fuerzas inerciales.. Fx. =. Fuerzas viscosas.. xii.

(13) IM-2003-II-03. INTRODUCCIÓN. El túnel de viento ha sido desde los principios de la aeronáutica, hace ya 100 años, una herramienta fundamental en el estudio de la aerodinámica. Gracias a los estudios realizados en él, se han podido diseñar aviones que vuelen más lejos, vehículos terrestres que consumen menos combustible y viajan más rápido, altos edificios y puentes que resisten más las cargas que el viento ejerce sobre ellos e incluso ha mejorado el rendimiento en deportes como el automovilismo o el ski. Sin embargo, un túnel de viento no sirve de nada si no se tienen los instrumentos necesarios para hacer unas buenas mediciones y observaciones; poder medir las fuerzas aerodinámicas de arrastre y sustentación con la ayuda de balanzas aerodinámicas es de gran utilidad. En la Universidad de Los Andes ya se han realizados estos experimentos con buenos resultados en el túnel de viento TIVM 460-30-3.6, cuyo diseño y construcción estuvo a cargo del ingeniero Jaime Luis Ramírez en su proyecto de grado titulado “Diseño y Construcción de un Túnel de Viento de Baja Velocidad” cuando optaba por el titulo de Ingeniero Mecánico. Varias modificaciones y reparaciones se han hecho desde entonces y han permitido buenas mediciones. También es de gran importancia poder ver que es lo que sucede alrededor del cuerpo que se está analizando para así aplicarlo a diferentes opciones: obtener una primera impresión del flujo de aire alrededor de un modelo a escala o de un prototipo sin la necesidad de hacer cálculos, servir como inspiración para el desarrollo de nuevas y mejores teorías en dinámica de fluidos o verificar una teoría o un modelo. La visualización de este flujo de aire es complicada simplemente porque el aire es invisible, se debe establecer entonces qué es lo que se quiere observar, si el flujo sobre la superficie del cuerpo o alrededor de él, y para cada necesidad hay varias opciones. Para la primera se usan pequeños filamentos o “tufts” adheridos a la superficie en prueba y para la segunda existe una gran cantidad de posibilidades desde las más simples hasta las que involucran luz ultravioleta y rayos láser.. 0.

(14) IM-2003-II-03. Entre los simples y más populares se sitúa la visualización con humo que es el propósito de este trabajo. El desarrollo de la visualización con humo ha sido importante en el sentido en que se buscan humos no tóxicos, muy densos y que no se disipen cuando se aceleran. Para este caso se han examinado por lo menos tres formas diferentes de producir humo que incluyen el hielo seco, los humos pirotécnicos y los humos “comerciales”. Cada uno trae sus ventajas y desventajas como lo veremos más adelante. La visualización de flujo se ha desarrollado al punto de poderlo hacer mediante el uso de poderosos computadores o CAV (por sus iniciales en inglés Computer Aided Visualization) que han llevado este estudio un paso más allá, algunas de las imágenes obtenidas se pueden ver a continuación. Figura 1. Visualización ayudada por computador. Figura 2. Visualización ayudada por computador. FLUID FLOW VISUALIZATION Frits H. Post, Theo van Walsum Delft University of Technology, The Netherlands* Published in: Focus on Scientific Visualization, H. Hagen, H. Müller, G.M. Nielson (eds.), Springer Verlag, Berlin, 1993, pp. 1-40 (ISBN 3-540-54940-4). 1.

(15) IM-2003-II-03. 1. Objetivos. 1.1 Objetivos generales. El objetivo principal de este trabajo era hacer la investigación y posteriormente la implementación de un sistema que, por medio de humo, permitiera la visualización del flujo de aire sobre una superficie como un perfil aerodinámico, todo esto trabajando en el túnel de viento de la Universidad referenciado como el TVIM: 460-30-3.6.. 1.2 Objetivos específicos. Para cumplir el objetivo general es necesario hacer una investigación de las maneras más comunes de producir humo, buscando buenas características de densidad y de poca o ninguna toxicidad.. Luego de obtener la mejor opción es necesario el diseño de un sistema que permita la introducción de este humo de una manera controlada a la zona de pruebas del túnel de viento.. Construir e implementar el sistema diseñado anteriormente.. Lograr unas muestras fotográficas y en video de lo que puede llegar a observar con el sistema operando por completo.. 2.

(16) IM-2003-II-03. 2. MARCO TEÓRICO El marco teórico que necesita este trabajo incluye el número de Reynolds, el concepto de capa límite, el funcionamiento de los perfiles aerodinámicos y la entrada en pérdida, el flujo por tuberías y finalmente las características físicas de los diferentes humos. 2.1 Número de Reynolds.. El número de Reynolds proviene del estudio adimensional de la relación entre las fuerzas inerciales de un fluido alrededor de un cuerpo y las fuerzas viscosas del mismo. Gracias al teorema de PI-Buckingham, se relacionan estas dos magnitudes, y el resultado es un número sin dimensiones físicas que muestra el comportamiento de un flujo a cierta velocidad sobre cierta geometría. Las fuerzas inerciales requeridas para acelerar una unidad de volumen, de un flujo estacionario, desde un punto donde la velocidad es U a uno donde sea U + ∂U es:. Fx = ρ * U *. ∂U ∂x. De la misma manera, la fuerza viscosa neta en cualquier lugar se deriva de la ley de flujo. ⎛. ∂U ⎞. ⎟ donde τ es el esfuerzo cortante en el fluido, µ es la viscoso de Newton, ⎜⎜τ = µ ∂y ⎟⎠ ⎝ viscosidad y el último factor es la variación de la velocidad con respecto a una altura y.. Fv =. ∂λ ∂ 2U = µ* 2 ∂y ∂y. Siendo estas las dos fuerzas, el número de Reynolds es la división de éstas dos cantidades y se calcula de la siguiente manera:. ∂U V2 ρ* Fx ∂x = D = ρ *V * D Re = = 2 V Fv µ ∂U µ* 2 µ* 2 D ∂y. ρ *U *. 3.

(17) IM-2003-II-03. 2.2. La Capa Límite. Cuando un fluido pasa alrededor de un cuerpo, una delgada capa de éste se. mantiene pegada al cuerpo y es un lugar en donde predominan las fuerzas viscosas, lo que lleva a una separación del flujo. Poder controlar la dimensión de esta capa límite puede llevar a una disminución significativa del arrastre (fuerza aerodinámica) generada por la presión alrededor del cuerpo y a su vez aumenta el generado por la viscosidad. Al separarse la capa límite del cuerpo lo que se generan son vórtices alrededor del cuerpo y producen una pérdida significativa en la fuerza de sustentación y un aumento dramático en el arrastre. A bajas velocidades del fluido y bajo número de Reynolds la separación de la capa límite sucede muy rápidamente generando un arrastre mayor al que se obtendría a velocidades mucho más altas, es por esto que el estudio de perfiles a bajo número de Reynolds difiere tanto de los que se hacen a uno elevado. En este caso, se trabaja con número de Reynolds bajos (menores a 100.000), por lo que la visualización de este fenómeno cobra mucha importancia. 2.3 Perfiles Aerodinámicos Es también de suma importancia conocer los términos que se utilizan al hablar de perfiles aerodinámicos que expondremos a continuación ya que nos permiten ubicarnos espacialmente sobre ellos. Se le llama borde de ataque (Leading Edge) al que enfrenta el fluido, por lo tanto es la primera parte del perfil que recibe el flujo, el borde final del perfil se conoce como borde de fuga (Training Edge) y es por donde “sale” el flujo. La cuerda (Chord) es la línea recta que une estos dos puntos. La línea de curvatura media (Mean Camber Line) es aquella que una los puntos medios entre la superficie superior e inferior del perfil. La curvatura (Camber) es la distancia máxima entre la cuerda y la línea de curvatura media, medida perpendicularmente desde la cuerda.. 4.

(18) IM-2003-II-03. Sustentación (Lift) es la fuerza aerodinámica resultante que es perpendicular al la velocidad del fluido y el arrastre (Drag) es aquella es paralela a la velocidad del fluido. El ángulo de ataque (α) es al ángulo que se forma entre la velocidad del fluido, y la cuerda. Para ilustrar mejor estas definiciones se exponen en la figura siguiente. Figura 3. Perfiles aerodinámicos. 2.4. Entrada en pérdida. Como se dijo anteriormente, en el momento en que la capa límite se separa del cuerpo, aumenta el arrastre y disminuye la sustentación. Esto sucede, dependiendo del número de Reynolds entre 16 y 20 grados de ángulo de ataque que reduce la circulación y se dice que el perfil entre en pérdida. A bajos números de Reynolds, esta separación de la capa límite sucede muy cercana al borde de ataque y lo que se vería sería una zona por donde no fluye el fluido o donde aparecen vórtices.. 2.5. Flujo en tubería. Las fuerzas que actúan en un fluido que fluye por una tubería y llenando por completo un tubo horizontal son la inercia, la viscosa, la presión y la elástica. Siendo ε la rugosidad superficial del tubo, ya sea por análisis de similitud o dimensional se llega a: C p = f (Re, M , L0 / D0 , ε / D0 ) que para fluidos incompresibles se puede escribir. 5.

(19) IM-2003-II-03. como:. ∆p =. C pV 2 2. =. KρV 2 2. donde. K. es. el. factor. de. fricción. dado. por K = f (Re, L0 / D0 , ε / D0 ) y ε/D0 es la rugosidad relativa del tubo. La caída de presión o de cabeza se puede expresar como h f = en la práctica se utiliza el factor de fricción f, definido como f =. ∆p. γ. =. KV 2 ; 2g. KD0 ó L0. fL0 2 V D0 KV hf = = en donde f = f (Re, ε / D0 ) 2g 2g 2. A la entrada de una tubería, el flujo se comporta como se muestra a continuación: Figura 4. Flujo a la entrada de un tubo. 2.5.1 Flujo Laminar En este tipo de flujo, la resistencia es debido solo a las fuerzas viscosas asi que es independiente de la rugosidad relativa y aplicando esto a la ecuación de movimiento, el factor de fricción se convierte en f =. 64 . Re. 6.

(20) IM-2003-II-03. 2.5.2 Flujo Turbulento. Cuando el número de Reynolds es superior a 4.000 el factor de fricción se calcula con la ecuación de Colebrook:. ⎛ ε / D0 2.51 1 = −2 log10 ⎜ + ⎜ f Re/ f ⎝ 3.7. ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. El resultado de graficar esta ecuación es el gráfico de Moody y al analizar esta ecuación se determina que si la rugosidad relativa tiende a cero (0) el factor de fricción depende solo del número de Reynolds. Se le llama a un tubo liso, aquel cuya relación (ε/D)/3.7 es pequeña en comparación con 2.51/(Re *√f). Por otro lado, si 2.51/(Re *√f) tiende a cero, el factor de fricción depende de la rugosidad relativa, y se la llama a éste un tubo rugoso. Para el caso del cobre que trataremos más adelante, la rugosidad superficial de un tubo comercial, limpio y nuevo la rugosidad está tabulada como de 1.524*10-6 m.1 Figura 5. Diagrama de Moody. http://www1.ceit.es/asignaturas/heattransf/Figura%208.3.pdf 1. Tomado de “Pipe Friction Manual”, Hydraulic Institute, 3rd ed., 1961. 7.

(21) IM-2003-II-03. Los factores de resistencia al flujo dados por codos, ampliaciones o reducciones están tabulados y se muestran a continuación: Figura 6. Factores de fricción en cambios de diámetro. th. Marks´ Standard Handbook for Mechanical Engineers” 10 Ed. Avallone, Baumeister III. 1996. 2.6. Propiedades Físicas de Varias Opciones en Humos. 2.6.1. Hielo Seco La primera forma de producir humo que se utilizó fue la del hielo seco, que no es otra cosa que dióxido de carbono solidificado, es decir a altas presiones y a muy bajas temperaturas.. 8.

(22) IM-2003-II-03. La característica más importante de este elemento es su capacidad de sublimarse, es decir pasar de sólido a gas directamente, a presión y temperatura atmosféricas. Esta se puede ver claramente examinando detalladamente la siguiente figura en donde se ven los diagramas de fase tanto del agua como del CO2 respectivamente.. Figura 7. Diagramas de fase del agua y del CO2. http://onsager.bd.psu.edu/~jircitano/phase.html. Vemos entonces que el punto triple del CO2 se encuentra a 5.1 atm y -56.6ºC y por debajo de esta temperatura y presión, el sólido pasará directamente a su estado gaseoso creando un humo blanco muy denso, más que el aire, que lo hace quedarse en la parte baja del recipiente que lo contiene. Podemos ver esto en la siguiente fotografía:. 9.

(23) IM-2003-II-03. Foto 1. Hielo seco a varias temperaturas. La cantidad de humo que se produce, es decir, la cantidad de sólido que se sublima es proporcional a la temperatura del medio en que se encuentra, es por esto que se calienta agua y en ella se introduce el hielo. Podemos ver este efecto claramente en la fotografía anterior; los tres vasos que se encuentran en el primer plano, de izquierda a derecha cada vez agua más caliente, vemos como en el tercer vaso, la cantidad de humo formado es mayos que en los dos primeros. En la olla que se encuentra al fondo, el agua es aun más caliente (punto de ebullición a la altura de Bogotá) y se ve claramente como el humo se desborda de esta. El hielo seco tiene varias características que lo hacen especial, primero abordemos el tema de la seguridad: En primera instancia es importante no tener un contacto prolongado con la piel ya que su extremadamente baja temperatura (-78.5ºC ó -109.3ºF) producirían quemaduras graves en la piel, por lo mismo no es apto para la ingestión y es necesario el uso de guantes gruesos como en cuero o carnaza. Otro punto importante es la ventilación necesaria, el aire que respiramos es nitrógeno en un 78%, un 21% es oxígeno y solamente el 0.035% es dióxido de Carbono (CO2), se ha comprobado que si este valor aumenta a un 5% este gas es tóxico e incluso, en concentraciones mayores y prolongadas, puede llegar a ser mortal. Por lo tanto es muy importante tener un sitio bien ventilado para poder manipularlo, además hay que recordar. 10.

(24) IM-2003-II-03. que este gas en más pesado que el aire, entonces es importante tener en el sitio unos “sifones o desagües” por donde pueda evacuarse el gas. En cuanto al almacenamiento, es importante tenerlo lo más aislado térmicamente posible del exterior, ya que como vimos, su tasa de sublimación depende de la temperatura del ambiente. Por lo tanto se recomienda guardarlo en una nevera de icopor e introducir esta ya sea en la nevera o el congelador hasta el momento en que se vaya a usar; esto no detendrá la sublimación pero si la hará mucho más lenta. En cuanto a las propiedades físicas del hielo seco, las podemos resumir en la siguiente tabla:. Tabla 1. Propiedades físicas del CO2 PROPIEDADES FÍSICAS Densidad Crítica. 28.9855 lb/ft³ (464.3 kg/m3). Presión Crítica. 1066.3 psia (7.3519 MPa). Temperatura Crítica. 87.8°F (31ºC). Densidad del Gas. 0.1234 lb/ft³@32°F (1.9767 kg/m3 @ 0ºC). Densidad del Líquido. 63.69 lb/ft³@0°F (1020.216 kg/m3 @ -17.7ºC). Calor Latente de Vaporización. 241 Btu/lb @ 0°F (560.19 J/kg). Peso molecular. 44.004. Temperatura de Sublimación. -109.3°F ó -78.5°C. Solubilidad en Agua. 79ft³ CO2 gas/ft³ (con H2O @ 32°F) 2.23 m 3 CO2 gas / m3 H2O @ 0ºC. Punto Triple. -69°F (-56.11ºC) 75.1 psia (517.8 kPa). Viscosidad del Gas. 0.015 Cp @32°F (0.015 mPa.s @ 0ºC). Viscosidad del Líquido. 0.14 Cp @ 0°F (0.15 mPa.s @ -17.7ºC). Formula Química. CO2. Familia Química. Inorgánico. Sublimación. Una libra de Hielo Seco se sublima en 8.3 pies cúbicos de gas carbónico, 10% cada 24 horas aproximadamente. 11.

(25) IM-2003-II-03. 2.6.2 Pirotécnicos La pirotecnia fue la segunda opción que se consideró al momento de generar humo para visualizar el flujo en el túnel de viento de la Universidad. Para esto se buscó la posible composición de una mezcla que al agregarle energía produjera una buena cantidad de humo y lo más importante de todo, que no fuera tóxico. La palabra pirotecnia significa “Ciencia del Fuego” y en principio cubre todos los químicos que se queman para producir una explosión, fuego, luz, color, ruido o humo. Luego de esta primera definición se hace una siguiente división entre explosivos, fuegos artificiales y pirotécnicos; los primeros son para producir explosiones y los segundos se usan a manera de entretenimiento y los terceros crean fuego, luz, humo, calor pero no explosiones entre ellos se cuentan las granadas de humo, los fósforos. Por obvias razones, utilizaremos los terceros. La gran mayoría de los pirotécnicos y algunos explosivos funcionan por procesos de combustión en los cuales se combinan un combustible, oxígeno y calor para obtener ciertos productos (calor, luz, humo o gas). Se pueden iniciar por diferentes medios entre los que se incluyen llama directa, fricción, impacto, shock eléctrico, alta temperatura ambiente o incluso por rayo láser. La pólvora negra es uno de los principales productores de humo. Es además la forma más antigua de pirotecnia y se remonta al imperio Chino hace más de mil años. Sus primeras composiciones eran de partes másicas iguales de carbón, azufre y nitrato de potasio (KNO3). Posteriormente se optimizaron estas cantidades y ahora estas proporciones son del 15:10:75 en peso, respectivamente. El principal problema es que es un explosivo, y que se puede iniciar fácilmente con fuego directo o chispa. Aunque sus componentes sean baratos, abundantes no tóxicos y ambientalmente seguros, el peligro de una explosión en el laboratorio de la Universidad no se debe ni siquiera contemplar. Otra opción para crear humo es el fósforo, uno de los principales constituyentes de los fósforos. Lo hay de dos formas, “rojo” y “blanco” dependiendo de la forma de su organización molecular; el blanco tiene una organización tetrahedral formada por cuatro átomos y es el que se usa principalmente para la creación de humo. Sin embargo, se debe manipular con extrema precaución ya que se enciende a temperatura ambiente.. 12.

(26) IM-2003-II-03. Maneras adicionales de crear humo es con azúcar pulverizada mezclada con un oxidante como cloruro de potasio y existe la posibilidad de agregar color a esta mezcla, y generar humo de colores. 2.6.3 Humos Comerciales Llamaremos en este trabajo, “humo comercial” aquel se hace por medio de glicerina, y otros aceites minerales mezclados con agua a los que se les calienta y pasa a presión por una boquilla que vaporiza el líquido. Se le llama comercial porque es vástamente utilizado en espectáculos artísticos, discotecas y demás, por lo que es fácil la consecución de estos productos en el mercado. Ya que el proceso es relativamente sencillo se puede, aunque no es muy recomendable, fabricar caseramente un sistema de éstos; el líquido no sería más que una mezcla de glicerina y agua destilada que en diferentes proporciones crea diferentes efectos. Ya vimos las partes fundamentales del proceso, ahora veamos una por una cómo funciona una máquina comercial de humo. Estas máquinas de humo constan de varios subsistemas que pueden variar entre una máquina y otra, pero los principales son: ∗ Intercambiador de calor ∗ Bomba ∗ Sistema de control 2.6.3.1 Intercambiador de Calor. Los intercambiadores de calor varían de un fabricante a otro y sus características de materiales y recorrido del fluido, así como su potencia hacen más difícil su elección. En cuanto a materiales se refiere, el más utilizado es el aluminio por sus características de costo, factor de conductividad térmica, facilidad de manufactura, etc. El aluminio se calienta rápido pero también se enfría rápido y el resultado son grandes expulsiones de humo por cortos periodos de tiempo. También se utiliza acero aleado con níquel, que ofrece un periodo de tiempo de expulsión más largo por lo que se demora más en enfriarse; pero también más en calentarse.. 13.

(27) IM-2003-II-03. La potencia requerida por el intercambiador es la que generalmente citan los manufactureros para vender sus máquinas y aunque es muy importante, no es la principal especificación que se debe tener en cuenta para la adquisición de un sistema de éstos. La importancia de la buena fabricación y escogencia del intercambiador de calor radica en que si nos es lo suficientemente potente, el líquido no se calentará lo suficiente y el resultado será que no se alcanza a vaporizar el líquido y éste sale por la boquilla. Por el contrario, si el intercambiador calienta demasiado la mezcla, ésta puede llegar a quemarse y cambiar sus propiedades hasta poder cambiar su composición química y alterar su toxicidad. Para esto es necesario controlar la temperatura y se hace por medio de un termostato. 2.6.3.2 Bomba. La bomba es la encargada de llevar y pasar el líquido por el intercambiador de calor y por eso debe estar especificada correctamente para cumplir su misión. Si la bomba no hace pasar lo suficiente o si por el contrario pasa mucho líquido, los resultados no van a ser los óptimos. Dependiendo del uso que se la vaya a dar al humo, las bombas varían en un gran rango de posibilidades; que van desde pequeñas bombas de pistón como las utilizadas en los limpiaparabrisas de los automóviles hasta bombas industriales de diafragma operadas por medio de aire comprimido que pueden pasar el líquido por varios intercambiadores de calor al tiempo e incluso bombas peristálticas a las que se puede controlar la velocidad del flujo. 2.6.3.3 Control Existen innumerables formas de controlar la salida del humo por la boquilla. Las hay desde manuales, en donde se hace por medio de una jeringa hasta automáticas en donde se puede programar el tiempo y la cantidad de humo necesario. Las primeras usan en vez de bomba, una jeringa donde se introduce el líquido y cuando el intercambiador está en la temperatura óptima, la presión en la jeringa, determinará la cantidad de humo que sale por la boquilla.. 14.

(28) IM-2003-II-03. 3. INSTRUMENTACIÓN. 3.1 Túnel de viento TVIM: 460-30-3.6. El túnel de viento de baja velocidad de la Universidad de los Andes fue construido en el año 2001 por el entonces estudiante de Ingeniería mecánica Mauricio Acevedo, en su trabajo de grado titulado “Puesta en marcha del Túnel de Viento de Baja Velocidad TVIM: 460-30-3.6”. La referencia del túnel quiere decir Túnel de Viento Ingeniería Mecánica 460 por la medida en milímetros del diámetro de la sección de pruebas, 30 por la velocidad máxima del flujo de aire en la zona de pruebas en metros por segundo y 3.6 por la potencia del motor. A través de los años este ha venido siendo modificado y estudiado ampliamente como en el proyecto de grado del ingeniero Augusto José Amaya López titulado “Instrumentación y estudio del túnel de viento de baja velocidad TIVM 460-30-3.6”, posteriormente se reemplazaron las aspas del rotor por unas de un extractor industrial de gases pero sin reemplazar el motor con las siguientes características técnicas. Tabla 2. Características del motor del túnel de viento Marca. Tipo. Polos. Rpm. SIEMENS. Trifásico. 4. 1800. 220/440V. Las características de extractor industrial se relacionan a continuación. Tabla 3. Características del extractor de gases DIAMETRO CAUDAL POTENCIA INTENSIDAD REFERENCIA (mm) (m3/s) (KW) (A) 14(220V) 2CC1 714 - 5YB6 710 8,37 3,58 7(440V). 15. PESO (Kg.) 46.

(29) IM-2003-II-03. Puesto que la parte aerodinámica del rotor fue cambiada por completo, las especificaciones técnicas del túnel también cambiaron, y se debieron hacer nuevas mediciones de la velocidad del viento2. La operación del túnel es sencilla; todo funciona con un variador de velocidad que asocia una frecuencia a la velocidad angular del eje del motor. A continuación se vé una foto de la caja de control del túnel. Foto 2. Variador y caja de control del túnel de viento. 2. Ver anexo 3, Calibración del túnel de viento y números de Reynolds. 16.

(30) IM-2003-II-03. 4. INVESTIGACIÓN EN HUMOS. 4.1 Hielo seco. Teniendo a mano todas las características del hielo seco, se debe pensar entonces en una forma para llevar este humo dentro de la zona de pruebas del túnel, para ello se pensó en una técnica que se utiliza extensamente en escenas teatrales que consiste en dirigir el humo por una manguera impulsado por un pequeño ventilador, para lo que se adquirió un ventilador de computador de 12V y 0.09 A, con 2.5 cm de ancho y un diámetro de 7.5 cm de cual se le acopló un embudo del mismo diámetro con una salida de 1.5 cm y un largo total de 9 cm. Foto 3. Embudo plástico. A la salida del embudo, se instalaron varios tubos endotraqueales de 7.5 mm de diámetro con el fin de dirigir con estos el humo hacia la zona de pruebas. Sin embargo estas pruebas fueron infructuosas ya que: ∗ La presión con que se empujaba el humo dentro de la tubería no era muy grande. 17.

(31) IM-2003-II-03. ∗ La relación de reducción del embudo era muy grande, del orden de 5, valor tan grande que ni siquiera aparecen datos sobre el factor de fricción (K) que debe ser mayor de 0.453 ∗ Las pérdidas de presión son muy grandes dentro de un tubo tan pequeño, que sumado a la poca o nula presión que se estaba ejerciendo sobre el humo solamente lograban agitar el humo sin alcanzar a introducirlo por el tubo endotraqueal. Para solucionar estos inconvenientes, se decidió aumentar la potencia del ventilador, para cual se utilizó un secador comercial de pelo de 1500 Watts al que se le acopló una manguera corrugada de una pulgada de diámetro y con este si se consiguió dirigir el humo hacia donde se quería. En las siguientes fotografías vemos cómo se dirige el humo a través de la manguera corrugada y en la segunda, el contraste del humo con un fondo negro.. Foto 4. Extracción del humo. Foto 5. Humo del hielo seco con salida de 1 in. Es importante recalcar que el secador que se utilizó, no debía tener elementos que calentaran el aire que sale por la boca ya que cambiaría las propiedades del humo y se disiparía más rápidamente. 3. “Marks´ Standard Handbook for Mechanical Engineers” 10th Ed. Avallone, Baumeister III. 1996 pág 3-51. 18.

(32) IM-2003-II-03. 4.2 Pirotécnicos. Pequeñas bombas de humo con estas características se consiguieron en el mercado; se trata de esferas de unos tres centímetros de diámetro con una mecha que al consumirse produce un denso humo de varios colores. Foto 6. Bomba de humo pirotécnico. Al alumbrar la mecha, tenemos seis segundos de generación continua de humo que como ya se mencionó anteriormente, se puede obtener hasta con colores; las siguientes fotografías muestra una bomba de humo de color blanco y una de color naranja. Foto 7. Humo pirotécnico blanco. Foto 8. Humo pirotécnico naranja. 19.

(33) IM-2003-II-03. Una vez obtenidas las granadas de humo, se decidió utilizar la misma técnica que con el hielo seco para llevar el humo hasta la zona de pruebas del túnel de viento, es decir con ventilador que lo impulsara. Los resultados fueron iguales que anteriormente, la fricción contra las paredes del tubo endotraqueal, y las perdidas de presión en el cuello del embudo, sólo permitían la salida de una ínfima proporción de humo. Sin embrago, un resultado interesante que arrojó este experimento fue la constatación de la gran cantidad de depósitos sólidos que se posaron no solo sobre las paredes del embudo sino también de las aspas del ventilador. A continuación vemos las fotografías de los depósitos sólidos en el ventilador: Foto 9. Ventilador contaminado. Foto 10. Ventilador contaminado. Foto 11. Ventilador contaminado. 20.

(34) IM-2003-II-03. Además de la contaminación del ventilador, el embudo también sufrió una severa contaminación, a continuación tenemos las fotografías.. Foto 12. Embudo contaminado Foto 13. Embudo contaminado. Esta contaminación tan evidente, sumada al extremado mal olor producido por este artefacto, fue lo que sin hacer más pruebas, sacó de la imagen la posibilidad de utilizar este tipo de pirotécnicos en el túnel de viento de la Universidad. 4.3 Humo Comercial. Las primeras aproximaciones a este tipo de humo se hicieron con una máquina de humo de fabricación nacional que en vez de bomba, utilizaba una jeringa para llevar el líquido hacia el intercambiador de calor que no era más que una tubo de cobre enrollado alrededor de unas resistencia eléctricas. Con este sistema se obtuvieron buenos resultados en el túnel de viento ya que al ser acelerado por el flujo, el humo no se disipaba y se mostraba constante a lo largo de todo el túnel de viento.. 21.

(35) IM-2003-II-03. A continuación vemos la apariencia externa de la primera máquina de humo que se utilizó, así como su estructura interna en la segunda fotografía.. Foto 14. Máquina comercial. Foto 15. Estructura interna máquina comercial. Con esta máquina, se realizaron pruebas para saber si el humo que ésta producía, podría ser visto en el túnel, y se demostró que era viable seguir investigando la posibilidad de implementar un sistema de visualización de flujo por medio de este tipo de humo. En el video numero 1 se ve como es introducido el humo por la parte de admisión del túnel de viento, y se alcanza a ver como este pasa de un lado al otro de la zona de pruebas. Si bien no parece ser un humo muy denso, hay que tener en cuenta las condiciones de luz del momento; para el momento de tomar fotografías, la zona de pruebas del túnel de viento debe ser oscurecida para poder ver bien el humo. Se cotizaron varias máquinas de humo de diferentes constructores y se tomó la decisión de adquirir una máquina marca AmericanDJ de referencia Fogstorm 700 de 700 vatios de potencia del intercambiador de calor, las especificaciones y el manual de operación se adjuntan en el anexo número 1.. 22.

(36) IM-2003-II-03. En la siguiente fotografía, se aprecia la estructura interna de la máquina. Se ve también el control remoto que posee esta máquina que indica cuando esta lista para producir el humo. Foto 16. Estructura interna máquina comercial adquirida. Con la máquina lista, era el momento de iniciar la implementación de un sistema que permitiera llevar el humo dentro de la zona de pruebas del túnel de viento.. 23.

(37) IM-2003-II-03. 5. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA. Una vez adquirida la máquina AmericanDJ Fogstorm 700, era el momento para adaptar esta al túnel de viento, para esto, se debía construir un marco que fuera capaz de sostener tanto la máquina como la tubería que se utilizaría. 5.1 Elaboración del marco. Para lo anterior se midieron las zonas aledañas al túnel de viento y más específicamente a la zona de prueba, lo que implicaría una longitud del túnel menor y por lo tanto menos pérdidas de presión. Al realizar estas mediciones, se encontró que todo el sistema debía caber en un paralelepípedo de lados 130x70x100 en centímetros. En donde la longitud total de la zona de pruebas es de 100 cm, la altura desde el piso hasta el tomacorriente es de 130 cm y la distancia entre la pared y la zona de pruebas es de 70 cm. Además de esto, para que el humo pudiera ser introducido a la zona de pruebas, se debía medir la altura entre el piso y la parte superior de la misma que resultó ser de 113 ± 7 cm. La poca precisión en esta medición es debida a la cantidad de arreglos por los que ha pasado el túnel de viento y para alinear y poner vertical todo el sistema se han necesitado pequeños tacos de madera. Con estas medidas a la mano, se decidió hacer un marco en aluminio, que pudiera contener la máquina de humo y sostener la tubería que llevaría el humo. El marco tiene como medidas 30cm de ancho, 40 de largo y 120 de alto y en la parte más alta, y gracias a las agarraderas que posee la máquina, se puede atornillar al marco, en la siguiente fotografía se ve la estructura construida con la zona de admisión del túnel en el fondo, lo que da una idea de su tamaño. La uniones se hicieron con remaches de aluminio o remaches “pop”, el resultado es un marco resistente y liviano con gran movilidad para poderlo aplicar a otras visualizaciones.. 24.

(38) IM-2003-II-03. Foto 17. Marco fabricado con máquina montada. Se utilizaron perfiles en L de una pulgada, lo que facilitaba el remachado y por la naturaleza del material, su manufactura es sencilla y no se requirieron herramientas diferentes a una segueta, lima y remachadora. Por razones de estabilidad, se instalaron en la parte baja de la estructura, vigas a 45º para crear estructuras triangulares que repartieran el peso de una manera. Puesto que además del peso de la máquina, la estructura debía soportar el peso de la tubería, se ubicó la máquina en uno de los extremos de la estructura con el fin de balancear la estructura con el peso de los tubos.. 25.

(39) IM-2003-II-03. 5.2 Sistema de tubería.. Como ya se dijo anteriormente, el humo sale vaporizado por una boquilla con hueco diminuto, era entonces necesario modificar esto para poder dirigir el humo con la menor cantidad de pérdidas posibles por lo que se instalaron varios acoples a esta boquilla. Primero, y puesto que la boquilla principal tiene una rosca macho, se buscó el acople necesario para pasar de esta a una rosca macho de ¼ de pulgada, y de allí se conectaba un tubo de cobre del mismo calibre. Se utilizó tubo de cobre ya que las altas temperatura de la boquilla, con la que sale el humo, sumado al confinamiento del mismo, calentaban demasiado la tubería; al punto que la primera que se utilizó, tubería plástica para transporte de aire comprimido, fue totalmente inoficiosa; la temperatura de la boquilla puede llegar a los 193ºC. Como se aprecia en la fotografía. Foto 18. Medición de temperatura de la boquilla. Sin embargo, cuando todo el montaje estuvo listo, las perdidas de presión eran tan importantes que al accionar la máquina, el humo se volvía a condensar y lo único que obteníamos a la salida, no era otra cosa que el líquido de humo que se le agrega a la máquina.. 26.

(40) IM-2003-II-03. Luego de este primer fallo, se tomó la decisión de utilizar una tubería con un diámetro más grande, y se notó que en el momento de no poner ningún acople entre la salida de la máquina y la entrada del tubo, se tenían buenos resultados. Es de anotar que las paginas de Internet consultadas, especializadas en humos recomiendan, si es necesario redireccionar el flujo de humo, utilizar un diámetro mínimo de 4 pulgadas en PVC, es por esto que debimos utilizar tubería en cobre (para resistir la alta temperatura). Con tubo de ¾ de pulgada los resultados fueron excelentes y no solo se obtuvo que el humo saliera por el otro costado, sino que se perforaron pequeños agujeros en un costado del tubo y se vieron las primeras líneas de humo que se podían introducir a la zona de pruebas del túnel de viento. El sistema completo se ve de la siguiente manera: Foto 19. Montaje completo. Los primeros resultados se pueden observar en la fotografía siguiente:. 27.

(41) IM-2003-II-03. Foto 20. Primeros resultados. Teniendo en cuenta las medidas de la zona de pruebas, y la distancia entre ésta y la zona de pruebas, es necesario un metro de tubo de cobre, del cual 45 cm entran al túnel y el resto lo dirige hacia él. En la siguiente fotografía, se ve el montaje con la zona de pruebas abierta. Foto 21. Montaje en zona de pruebas abierta. 28.

(42) IM-2003-II-03. Sin embargo, con un tubo de ¾ de pulgada dentro de la zona de pruebas, se modifica el flujo y crea grandes turbulencias detrás de él por lo que veamos encima de los perfiles a probar puede que no sean totalmente verídicos. El número de Reynolds que se calculó para cada rango de velocidad para el tubo de ¾ de pulgada varía entre 1200 y 16.0004 por lo que detrás de una forma circular, el flujo es turbulento y la capa límite se ha separado. Por esta razón se buscó disminuir el impacto de este fenómeno y se buscó utilizar tubería de menor diámetro teniendo en cuenta que se debían equilibrar las pérdidas de presión y la turbulencia causada en el túnel de viento. Sin embargo las primeras visualizaciones se pudieron obtener con esta configuración: en la siguiente fotografía se ve cómo entra el aire a la zona de pruebas cuando ésta se encuentra abierta. Foto 22. Visualización del aire entrando a la zona de pruebas. 4. Ver anexo 2; calibración del túnel de viento y cálculos de Reynolds. 29.

(43) IM-2003-II-03. Para disminuir el efecto del tubo de ¾ repulgada, se buscó entonces hacer todo el sistema en tubería de ½ pulgada; también se buscó la manera de hacer un acople que permitiera pasar el humo directamente por la tubería y que además dejara la posibilidad de enroscar una gran variedad de aditamentos en un futuro. Con esto en mente se adquirieron los aditamentos necesarios para realizar esta conexión que se ve en la siguiente fotografía. Foto 23. Conexión de la tubería. Con este tubo de ½ pulgada, tenemos una buena salida de humo por el extremo aunque las variaciones de presión hacen que la condensación del líquido sea importante, en la siguiente foto vemos cómo sale el humo y además alcanzamos a ver algo de condensación.. 30.

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(45) IM-2003-II-03. 5.3 Fotografía. El paso siguiente sería el acondicionamiento de la zona de pruebas para obtener imágenes de gran calidad fotográfica; esto implica oscurecer la zona de pruebas con el fin de crear un gran contraste para poder visualizar mejor el humo ya que con la luz del día este se veía poco y se confundía con el fondo blanco de la pared. Además de esto, era necesario iluminar sólo la parte interna de la zona de pruebas para contrastar mejor el humo con el fondo negro. Para esto, se recubrió la parte superior de ésta con cartulina negra a la que se le recortó un círculo que permitiera la entrada de la luz artificial provista por una lámpara, que se apuntó directamente sobre el perfil. La luz artificial se debió utilizar ya que por el material en que está hecha la zona principal, y como no se podía perforar ya que modificaría el flujo en la misma, el flash de la cámara producía un reflejo tan importante que las fotografías obtenidas no mostraban ningún dato relevante. Además de esto para la grabación de video, era necesaria una fuente alterna de luz. Los perfiles que se iban a estudiar se montaron en la base que ya existía de trabajos anteriores, solamente se modificó el soporte sobre el que descansa el vástago vertical de tal forma que pudiera estar todo el sistema dentro de la zona de pruebas y así evitar agujeros que modificaran el flujo; para tal fin se construyó, con los perfiles en L, una forma en H a la que se pudiera acoplar el vástago y que resistiera las fuerzas aerodinámicas resultantes, los tres perfiles se unieron con soldadura epóxica. El soporte se muestra en la fotografía siguiente. Foto 26. Soporte para los perfiles. 32.

(46) IM-2003-II-03. El montaje completo se ve así. Foto 27. Montaje completo. Con todo el montaje listo, se procedió a tomar varias fotografías y videos de distintos perfiles a distintos ángulos de ataque y números de Reynolds y así obtener una buena colección que permitiera comprobar datos numéricos experimentales.. 33.

(47) IM-2003-II-03. 6. ARCHIVO FOTOGRÁFICO. 6.1 Placa Plana Foto 28. Placa plana α=0, f= 20Hz. Foto 29. Placa plana α=15, f = 20 Hz. Foto 30. Detalle borde de ataque. Foto 31. Detalle borde de fuga. 34.

(48) IM-2003-II-03. 6.2 Perfil Gottinger 417 A Foto 32. Perfil Gottinger 417 A α=0, f= 20Hz. Foto 33. Perfil Gottinger 417 A α=-15, f= 20Hz. 35.

(49) IM-2003-II-03. Foto 34. Perfil Gottinger 417 A α=-15, f= 20Hz. 36.

(50) IM-2003-II-03. 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. El sistema diseñado para la visualización de flujo ha resultado conveniente para los diferentes experimentos realizados en el laboratorio de Ingeniería mecánica y en particular para ver como se separa el flujo a grandes ángulos de ataque a bajas velocidades.. La toma de un archivo fotográfico puede llegar a ser muy extensa y se deben planificar los diferentes experimentos a realizar; teniendo en cuenta que había 4 perfiles diferentes, 30 ángulos de ataque y 55. diferentes velocidades del viento y por ende. números de Reynolds, la cantidad de experimentos puede superar los 6000.. Es de particular importancia el montaje que se debe hacer para tomar buenas fotografías, es decir crear un medio contrastante y a la vez iluminar bien la zona de pruebas y no olvidar eliminar el flash de la cámara ya que las paredes de la zona de pruebas en plexiglás lo reflejan todo y no se alcanzan a obtener fotografías de calidad. Para la toma de videos no es necesario modificar el montaje.. Es necesario para futuras pruebas, crear un sistema de extracción de aire en la zona donde se encuentra el túnel de viento ya que al realizar estos experimentos, todo el laboratorio resultaba lleno de humo que aunque no es tóxico, si es incómodo para el resto de la gente que allí trabaja.. También es necesario encontrar una mejor forma de sujetar el modelo de prueba ya que a altas velocidades de viento éste puede salir despedido hacia atrás y dañar las aspas de la hélice.. 37.

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(52) IM-2003-II-03. TALERO TOVAR, Alejandro. Perfiles alares a bajos números de Reynolds. 2003. http://onsager.bd.psu.edu/~jircitano/phase.html. http::/www.americandj.com. http::/www.dryiceinfo.com. http::/www.howstuffworks.com. http://www.polyfoam.com/dry_ice_makers.html. http://www.rombox.com/oz/dryice.html. http::/www.rosco.com. http://www.seal-fla.com/Eric_Fog/Eric_Fog.htm. http://chemistry.about.com/library/weekly/aa010603c.htm. http://www.vectorsite.net/ttpyro.html. 45.

(53) IM-2003-II-03. ANEXOS. Anexo 1. Manual de Instrucciones de la máquina de humo Fogstorm 700 Tomado de Americandj.com. 38.

(54) IM-2003-II-03. Anexo 2. Reporte de toxicidad del Líquido de Humo Tomado de Americandj.com. 39.

(55) IM-2003-II-03. Anexo 3. Calibración del túnel de viento y números de Reynolds.. Con ayuda del variador de velocidad en la caja de control del túnel de viento, se fue aumentando la velocidad del viento, y con la ayuda de un anemómetro de turbina, se midió la variación de la velocidad de la siguiente, manera: ∗ 20 segundos esperando la estabilización del flujo ∗ 20 segundos midiendo la velocidad máxima registrada ∗ 20 segundos midiendo la velocidad mínima registrada. De esta manera se lograron obtener los siguientes resultados.. Frecuencia (Hz) 5 7 10 13 15 17 20 23 25 27 30 33 35 37 40 43 45 47 50 53 55. Vel Min (m/s) 1,01 1,61 2,51 3,12 3,92 4,38 5,30 5,89 6,67 7,23 8,07 9,10 9,66 9,92 10,86 11,85 12,26 12,80 13,44 13,34 13,81. Vel Max (m/s) 1,13 1,67 2,60 3,42 4,04 4,57 5,50 6,19 6,87 7,49 8,40 9,51 10,01 10,31 11,27 12,31 12,86 13,42 14,09 14,16 14,16. V Prom (m/s) 1,07 1,64 2,56 3,27 3,98 4,48 5,40 6,04 6,77 7,36 8,24 9,31 9,84 10,12 11,07 12,08 12,56 13,11 13,77 13,75 13,99. Re Tubo 3/4 1217,326 1865,809 2906,794 3720,241 4527,999 5091,155 6143,517 6871,637 7702,150 8373,386 9368,863 10586,190 11189,164 11507,717 12588,521 13743,275 14289,365 14915,094 15660,279 15643,214 15910,571. Re Tubo 1/2 792,823 1215,168 1893,142 2422,926 2949,005 3315,778 4001,162 4475,374 5016,272 5453,436 6101,772 6894,595 7287,302 7494,770 8198,678 8950,748 9306,407 9713,933 10199,259 10188,145 10362,269. Con los resultados anteriores, se pudo calcular una velocidad promedio en la zona de pruebas, y se realizó el siguiente gráfico.. 40.

(56) IM-2003-II-03. Relación entre la frecuencia del variador y la velocidad del viento. 16,00 14,00. Velocidad (m/s). 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 5. 7. 10 13. 15. 17. 20. 23. 25. 27. 30. 33. 35 37. 40. 43. 45. 47 50. 53. 55. Frecuencia (Hz) Vel Min (m/s). Vel Max (m/s). V Prom (m/s). En la tabla anterior, se ven también tabulados los cálculos del número de Reynolds para la tubería de ¾ y ½ de pulgada, se observa la reducción de este número cuando se usa la tubería más delgada, lo que diminuye el impacto del tubo en el flujo de aire en la zona de pruebas.. 41.

(57) IM-2003-II-03. Anexo 4. Relación de Costos.. Descripción Hielo Seco 5kg Hielo Seco 5kg Hielo Seco 3kg Bombas pirotécnicas Ventilador 3" 12V Adaptador AC/DC Perfiles Aluminio Acoples tubo cobre 1/4 tubo cobre 3/4, codos Tubo cobre 1/2, codos Maquina Líquido (1 galón) Total con máquina Total sin máquina. 42. Precio 16.000,0 16.000,0 13.000,0 5.000,0 16.000,0 16.000,0 72.000,0 7.800,0 4.000,0 26.000,0 16.000,0 280.000,0 80.000,0 567.800,0 207.800,0.

(58) IM-2003-II-03. ANEXO 5. CD con videos 1, 2 y 3. Anexo a este documento se encuentra un CD con los videos 1, 2 y 3 que se relacionan a continuación: ∗ El primer video muestra el paso del humo de una máquina comercial a través de la zona de pruebas ingresando desde la zona de admisión del túnel; se ve claramente éste aunque la zona de pruebas no esté acondicionada correctamente. ∗ El segundo video, muestra la visualización del flujo de aire con la zona de pruebas completamente acondicionada. El experimento es con una placa plana a 15º de ángulo de ataque y con una velocidad promedio de viento de 5.4 m/s. ∗ El tercer video muestra la visualización del flujo de aire sobre la misma placa plana pero desde varios ángulos de cámara, especialmente el borde de fuga y el borde de ataque.. 43.

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(62) Fog Storm™ Series. Safety Precautions. • Be sure to save the packing carton in the unlikely event the unit may have to be returned for service • Do not spill water or other liquids into or on to your fogger. Be sure that all the fog fluid is kept inside the fluid reservoir • Be sure that the local power outlet match that or the required voltage for your fog machine • Do not remove the top cover under any conditions. There are no user serviceable parts inside • Disconnect the unit’s main power when left unused for long periods of time • Never connect this unit to a dimmer pack • Do not attempt to operate this unit, if it becomes damaged in anyway • Never operate this unit when it’s cover is removed • To reduce the risk of electrical shock or fire, do not expose this unit rain or moisture • Do not attempt to operate this unit if the power cord has been frayed or broken. Do not attempt to remove or break off the ground prong from the electrical cord. This prong is used to reduce the risk of electrical shock and fire in case of an internal short • Disconnect from main power before making any type of connection • Never block the ventilation holes. Always be sure to mount this unit in an area that will allow proper ventilation. Allow about 6” (15cm) between this device and a wall • This unit is intended for indoor use only, use of this product outdoors voids all warranties • Always mount this unit in a safe and stable matter • Please route your power cord out of the way of foot traffic. Power cords should be routed so they are not likely to be walked on, pinched by items placed upon or against them • Cleaning -The fixture should be cleaned only as recommended by the manufacturer. See page 7 for cleaning details • The unit should only be serviced by qualified service personnel when: A. The power-supply cord or the plug has been damaged. B. Objects have fallen, or liquid has been spilled into the unit. C. The unit has been exposed to rain or water. D. The appliance does not appear to operate normally or exhibits a marked change in performance. ©American. DJ Supply® - Fog Storm™ Series Instruction Manual Page 3. Fog Storm™ Series. Description. The new Fog Storm™ Series fog machines included a revolutionary new heating element that has been specially designed to prevent excessive particle build up that can cause premature fogger failure. Each of the fog machines in this series include a wide-angle spray nozzle and long-life pump that was specially designed for high performance fogger output. Each of the fog machines also includes a 25 foot (eight meters) remote control, that may be removed for periods on non-use. An optional wireless remote control is also available from American DJ® for each of the fog machines and increases the functionality of the fogger greatly. Fog Storm™ Series. Set-Up. 1. Open the shipping carton and carefully remove the unit from the shipping carton. 2. Be sure to remove all the packing material especially around the nozzle. 3. Set the fog machine on a flat dry surface. Locate the included bracket from the package and install it using the supplied hardware to the side casing. Note: The bracket is an optional accessory and may not be used if desired, however if you intend to suspend the unit from truss the bracket must be used. 4. Remove the fluid reservoir and fill it with American DJ® branded fog juice only and replace the reservoir. 5. Place the feeder tube with the filter deep in side the reservoir and tighten the cap. 6. Firmly attache the remote control unit to the rear remote control socket on the unit. 7. Plug the unit in to a matching power supply. Wait approximately five minitues for the fogger to reach normal operating temperature. 8. Follow the operating instructions on the next page for proper operation.. ©American. DJ Supply® - Fog Storm™ Series Instruction Manual Page 4.

(63) Fog Storm™ Series. Operating Instructions. Always be sure to maintain an adequate supply of American DJ® Brand Fog Juice™ in the fluid reservoir. Running the fog machine dry will cause pump failure and or clogging. This is the largest cause of failure in fog and haze machines. Only American Fog Juice™ is recommended and not all fog juice is created equal.. Remote Operation: The remote control comes connected to the fog machine but can be removed to access the 25 foot cord. Once the machine is plugged in and turned on, a red power L.E.D. on the remote will glow indicating the unit is receiving power. The unit has a warm up time of five (5) minutes. After the unit has warmed up, a GREEN L.E.D. on the remote will light indicating the unit is ready to emit fog. To emit fog, simply press the green button on the remote for desired length of time. If the GREEN L.E.D. is on and fog does not come out after holding the button down for 30 seconds, check the fluid tank and hose to make sure there is fluid going through the hose.. Optional Timer: You can also operate the fog output automatically by purchasing the optional timer remote. The timer function allows haze to be emitted at designated intervals. The remote has three (3) L.E.D.s that indicate different functions; The YELLOW L.E.D. will indicated the timer is turned on and is activated. The RED L.E.D. indicates power is on. The GREEN L.E.D. indicates fog output is available. The remote also contains two rotary knobs. The Duration knob serves two functions 1) Turns the timer on and off. 2) Sets the timers duration (Length of fog output). The interval knob sets the amount of time in between fog output from 30 seconds to 10 minutes. Turing these knobs in a clockwise direction will increase there values, turning them in a counter-clockwise direction will decrease their values.. Caution: Before removing or replacing the remote control unit. Fog Storm™ Series. Clean Machine. To help prevent the unit from clogging, use American DJ ® Clean Machine™ liquid. Clean Machine is recommended when storing your fogger for more than 1 week, or at least once a month as normal maintenance under regular usage. Clean Machine removes particle build up in the heater and gives longer life to the fog machine. Clean Machine is like a tune up for your fog machine! Clean Machine is available in gallon or quart bottles. Fog Storm™ Series. Warranty Registration. The Fog Strom™ series fog machines carries a one year (365 days) limited warranty. Please fill out the enclosed warranty card to validate your purchase. All returned service items whether under warranty or not, must be freight pre-paid and accompany a return authorization (R.A.) number. The R.A. number must be clearly written on the outside of the return package. A brief description of the problem as well as the R.A. number must also be written down on a piece of paper and included in the shipping container. If the unit is under warranty, you must provide a copy of your proof of purchase invoice. You may obtain a R.A. number by contacting customer support at (800) 3226337. Fog Storm™ Series. Trouble Shooting. If you experience low fog output, pump noise, or no fog output at all, disconnect and discontinue use immediately. Do not attempt to continue pushing the remote control’s activation button as this may damage the fog machine. Check fluid level, the external fuse or breaker, remote connection, and be sure the wall outlet is sending power. If all of the above appear to be okay, and the unit fails to operate correctly, the unit will require service. Return the machine to an American DJ® authorized dealer or service center.. disconnect the power supply.. ©American. DJ Supply® - Fog Storm™ Series Instruction Manual Page 5. ©American. DJ Supply® - Fog Storm™ Series Instruction Manual Page 6.

(64) 1 YEAR LIMITED WARRANTY A. American DJ® hereby warrants, to the original purchaser, American DJ® products to be free of manufacturing defects in material and workmanship for a period of one year (365 days) from the date of purchase. This warranty shall be valid only if the product is purchased within the United States of America, including possessions and territories. It is the owner’s responsibility to establish the date and place of purchase by acceptable evidence, at the time service is sought. B. For warranty service, send the product only to the American DJ® factory. All shipping charges must be pre-paid. If the requested repairs or service (including parts replacement) are within the terms of this warranty, American DJ® will pay return shipping charges only to a designated point within the United States. If the entire instrument is sent, it must be shipped in its original package. No accessories should be shipped with the product. If any accessories are shipped with the product, American DJ® shall have no liability whatsoever for loss of or damage to any such accessories, nor for the safe return thereof.. MODEL - Fog Storm 700™ VOLTAGE*: WEIGHT: DIMENSIONS: FUSE: WARM UP TIME: TANK CAPACITY: OUTPUT: FLUID TYPE: DUTY CYCLE: HEATER:. 120v~50/60Hz or 230v~50Hz 8 Lbs. / 3.5 Kgs 9.5" x 6” x 5.25” / 240 x 150 x 130 mm 120v=10A/30mm or 230v=5A/30mm 5 Minutes 1 Liter Removable 3500 cubic feet per minute Water Base American DJ Fog Juice™ Not to exceed 6 hours turned on. 700 watt. *Voltage is preset at the factory and may not be changed. C. This warranty is void if the serial number has been altered or removed; if the product is modified in any manner which American DJ® concludes, after inspection, affects the reliability of the product; if the product has been repaired or serviced by anyone other than the American DJ® factory unless prior written authorization was issued to purchaser by American DJ®; if the product is damaged because not properly maintained as set forth in the instruction manual. D. This is not a service contract, and this warranty does not include maintenance, cleaning or periodic check-up. During the period specified above, American DJ® will replace defective parts at its expense, and will absorb all expenses for warranty service and repair labor by reason of defects in material or workmanship. The sole responsibility of American DJ® under this warranty shall be limited to the repair of the product, or replacement thereof, including parts, at the sole discretion of American DJ®. All products covered by this warranty were manufactured after January 1, 1990, and bear identifying marks to that effect. E. American DJ® reserves the right to make changes in design and/or improvements upon its products without any obligation to include these changes in any products theretofore manufactured. F. No warranty, whether expressed or implied, is given or made with respect to any accessory supplied with products described above. Except to the extent prohibited by applicable law, all implied warranties made by American DJ® in connection with this product, including warranties of merchantability or fitness, are limited in duration to the warranty period set forth above. And no warranties, whether expressed or implied, including warranties of merchantability or fitness, shall apply to this product after said period has expired. The consumer’s and or Dealer’s sole remedy shall be such repair or replacement as is expressly provided above; and under no circumstances shall American DJ® be liable for ananto any loss or damage,. ©American. DJ Supply® - Fog Storm™ Series - Instruction Manual Page 7. sd. and. n. ©American DJ Supply® A Division of the American DJ Group of Companies American DJ World Headquarters: 4295 Charter Street Los Angeles, CA 90058 USA Tel: 323-582-2650 / Fax: 323-582-2610 Web: www.americandj.com / E-mail: [email protected].

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