. a n a l e sd e .,, ingenieramecanica revista de la asociacinespaola de ingenieramecnica ao12/volumen2 /diciembre1998 1 m EDITORES Dr.FranceseAstalsComa Dr.JaimeGibertPedrosa Estenmerodelarevistarecogelasponenciaspresentadasen el XIIICongresoNacional deIngenieraMecnica Terrassa,2,3 y 4 deDiciembrede1998 EscuelaTcni caSuperior deIngenierosIndustriales deTerrassa UPC UniversittPol i tcni cadeCatal unya Edita:AsociacinEspaoladeIngenieraMecnica Imprime:SerafIndstriaGrficaPublicitria,S.A. Tel.937801529.Terrassa I.S.S.N.:0212-5072 Depsitolegal:B-48.377-1998 XIIICongresoNacional deIngenieraMecnica Terrassa,2,3y 4deDiciembrede1998 COMITORGANIZADOR PresidentedeHonor: ExcelentsimoSr.RectorMagnficode laUniversittPolitcnicadeCatalunya D.JaumePagsFita Presidente: limo.Sr.DirectordelaEscuela TcnicaSuperiorde IngenierosIndustrialesdeTerrassa D.FrancescAstalsComa Vicepresidentes: D.MarianoArtsGmez (Presidentedela AsociacinEspaola deIngenieraMecnica) D. ngelLlobetDiez (DecanodelColegiode IngenierosIndustrialesdeCatalunya) D. AntonioCarrilloOrozco (DecanodelColegiode IngenierosTcnicosIndustrialesdeBarcelona) Secretario: D.JaimeGibertPedrosa Vocales: D. AntoniAbadPous D.RamnCarrerasPlanells D.EsteveCodinaMaci D.MunirKhamashtaShahin D.PerePagsFigueras D.RafaelPindadoRico D. AntonioViedmaMartnez COMITCIENTFICO Presidente: MuirKhamashtaShahin Vocales: RamnCapdevilaPags RamnCarrerasPlanells EsteveCodinaMaci FedericoGarrigaGarzn JaimeGibertPedrosa AssensiOlivaLlena PerePagsFigueras MontserratPepiVials AnnaPuigMontada AntonioViedmaMartnez ENTIDADESCOLABORADORAS AsociacinEspaoladeIngenieraMecnica MinisteriodeEducacinyCultura.SecretaradeEstadode Universidades,InvestigacinyDesarrollo. DireccinGeneraldeEnseanzaSuperior(ref:CO.97-0136) GeneralitatdeCatalunya.DepartamentdelaPresidncia. ComissionatperaUniversitatsi Recerca(exp.1998ARCS 00142) AjuntamentdeTerrassa DiputaciProvincialdeBarcelona Col-legid'EnginyersIndustriisdeCatalunya Col-legid'EnginyersTcnicsIndustriisdeBarcelona UniEmpresarialMetaMrgica UniPatronalMetaMrgica Museudela Cienciai dela TcnicadeCatalunya UniversittPolitcnicadeCatalunya Escola TcnicaSuperiord'EnginyersIndustriisdeTerrassa MECATRNI CAYFLUI DOMECNI CA ANALISISDE TOBERASNEUMATICASDEHILATURADEL TIPOCOAXIAL Snchez,A.,Tornero,J.A.,Valencia,E., Coll,Ll.,Bergada,J.M3 MODELADODE LAFORMACIONDE CHORROSATOMIZADOSINTERMITENTES CONEVAPORACION Tinaut,F.V., Melgar,A.,Gimenez,B8 SIMULACIONNUMERICAMEDIANTEELMETODODEELEMENTOSFINITOS DELFLUJODE AIREEN TOBERASDEHILATURA Bailach,V., Tornero,J.A.,Bergada,J.M.,Coll,Ll., Valencia,E., Garcia,M14 MODELOSESTRUCTURALESTIXOTRPICOSDEHIDROGELES. FLUIDOSCONMEMORIA Torres,R., Adria,M.A.,Barraco,M23 ACCINDEL VIENTOSOBREUNEDIFICIOOCTOGONAL Trillas,E29 ESTUDIOEXPERIMENTALDELASCONDICIONESDERESONANCIAHIDRAULICA ENUNCIRCUITODEBOMBEO Valero,C36 ESTUDIO TEORICODE LASCONDICIONESDERESONANCIAHIDRAULICA ENUNCIRCUITODEBOMBEO Valero,C42 CARACTERIZACIONDE VENTILADORESINESTABLESPARTEPRIMERA: COMPORTAMIENTOAERODINAMICO Velarde,S.,Santolaria,C.,Ballesteros,R48 CARACTERIZACIONDE VENTILADORESINESTABLESPARTESEGUNDA: COMPORTAMIENTOACUSTICO Velarde,S.,Santolaria,C.,Ballesteros,R54 EFECTODELAS ACELERACIONESNOUNIFORMESSOBRELAESTABILIDAD DEPUENTESFLUIDOSENMICROGRAVEDAD,CONCARGASLATERALESYAXIALES Zayas,F.60 ESTUDIODE LASCONDICIONESDE ESTABILIDADDEESTRUCTURAS MULTI-CILINDRICASBAJOCARGAFLUDODINAMICAY APLICACINALCASO DEUNATORREDE PLANTAQUIMICA Fernandez,J.,Parrando,J.,Scanlon,T.,Blanco,E66 MOVIMIENTOTEORICODE UNEJEDENTRODEUNCOJINETEHIDRODINMICO Guts,M.,Castilla,R72 ESTUDIODE LASFUERZASRADIALESALAFRECUENCIADE PASODE ALABES SOBREELRODETEDE UNABOMBACENTRIFUGA Parrando,J.L.,Santolaria,C.,Ballesteros,R.,Fernandez,J78 EVALUACINDE LASPULSACIONESDE CAUDALENBOMBASDE ENGRANAJESEXTERNOS Torrent,M.,Codina,E.,DeLasHeras,S84 MODELIZACIONNUMERICADELFLUJOENUNABOMBACENTRIFUGA CONACOPLAMIENTOENTREELRODETE YLAVOLUTA Fernndez,J.,Santolaria,C.,Blanco,E91 CARACTERIZACIONDE LASSOLICITACIONESMECANICASSOBRELOS ALABESDE UNVENTILADORAXIAL Blanco,E.,Santolaria,C97 LASPULSACIONESDE CAUDALENLASBOMBASDEENGRANAJES. INFLUENCIADE LOSPERFILESDEDIENTE Roquet,PCodina,E103 ENERG AYMEDI OAMBI ENTE COMBUSTIONDELIQUIDOSDEPIROLISISDEMADERAENMOTORDIESEL Agudelo,J.,Casanova,J115 VEHICULOURBANOHIBRIDOCONACUMULADORCINETICODEENERGIA lvarez,J.,Callejn,I,Iglesias,A.,Jimenez,J.A121 ADQUISICINY TRATAMIENTODELASEALDE PRESINEN CMARA.INFLUENCIA SOBRELOSRESULTADOSDEUNMODELODEDIAGNSTICODELACOMBUSTIN Armas,O.,Desantes,R,Fos,J132 ESTUDIOEXPERIMENTALDELCOMPORTAMIENTODEUN CHORRODIESELDEINYECCINDIRECTA Arrgle,J.,Encabo,E.,Arregle,J138 SIMULACINDELCOMPORTAMIENTOHIDRODINMICODE UNSISTEMA DEINYECCINDIESELCOMMON-RAIL Arrgle.J.,Rodrguez,P, Garcia,E144 MODELADODEUNCOMPRESORALTERNATIVODE CILINDRADAVARIABLE USADOEN SISTEMASDE AIRE ACONDICIONADOPARAAUTOMOCION Corbern,J.M.,Gonzlez,J,Garcia,M150 ESTUDIOEXHAUSTIVODELARELACIONENTRESWIRLY PERMEABILIDADENEL CONJUNTOPIPAVALVULA.APLICACIONAUN MOTORDEENCENDIDOPROVOCADODE1,4L. Corbern,J.M.,Royo,R.,Garrido,L.,Perez, R156 OPTIMIZACIONDELLLENADOENUNMOTORDE1.8L.MULTIVALVULADE ENCENDIDOPROVOCADO Royo,R.,Corberan,J.,Rougier,F., Thomas,F., Trinidad,M.,Azurmendi,M.,Moran,L.. . 163 DEGRADACIONDELMEDIOAMBIENTEURBANO Curiel,J.,Canto,J170 GESTIONEFICAZDELOSRESIDUOSURBANOS Curiel.J.,Calvo,M.A176 DETERMINACINDELRENDIMIENTODELA TURBINADEUNMOTORDIESEL TURBOALIMENTADOEN CONDICIONESREALESDEFUNCIONAMIENTO DeLosReyes,E.,Galindo,J.,Santos,R182 ESTUDIODELA TURBULENCIAGENERADAPORPIPASDEADMISIN ENFLUJOESTACIONARIO Desantes,J.M.,Pastor,J,Doudou,A188 ESTUDIOPARAMETRICODELA VARIACIONDE LOSCOEFICIENTESDE EXTINCIONDE AEROSOLESMONOCOMPONENTESDEBIDOALACOAGULACION, CONDENSACIONYDEPOSICIONPORGRAVEDAD Garca, P.J194 ANLISISDELOSBALANCESENERGTICOSINTEGRALESDEASTURIAS. Gonzles,S.,Xiberta,J.,Llaneza,H201 VENTILACIONDE BAOSDE TRATAMIENTOSUPERFICIAL:INFLUENCIADE ALGUNASVARIABLESSOBRELAEFICACIADECAPTACIN Gonzlez,E.,Miana,A.,Baeza,A.,Morales,F., Marzal,F.J207 METODOLOGAPARALACARACTERIZACINDELASPARTCULASEMITIDAS PORMOTORESDIESEL Hernndez,J.J.,Ballesteros,R., Amat,F.213 INFLUENCIADE LACOMPOSICINDELA GASOLINASOBRELOS HIDROCARBUROSEMITIDOSPORUNMOTORDEENCENDIDOPROVOCADO Lapuerta,M.,Bermudez,V.,Lapuerta,M,Primo,J221 DIAGNSTICOEXPERIMENTALDELPROCESODE COMBUSTINDEUNMOTOR DIESELI.D.EQUIPADOCONUNSISTEMADEINYECCINTIPOCOMMON-RAIL Lapuerta,M.,Armas,O.,Hernndez,J.J228 EVALUACINDE LARECIRCULACINDELGASDEESCAPE(EGR) COMOTCNICAPARAREDUCIRLASEMISIONESDEUNMOTORDIESEL Lapuerta,M.,Hernndez,J.J.,Gimenez,F.236 OPTIMIZACINDELOSPARMETROSDE COMBUSTINDERESIDUOS PROVENIENTESDE LAINDSTRIAOLEICA Lara,A.,Calvo,A,Izquierdo,V.244 SEPARACINDE SLIDOSPORULTRASONIDOSEN AGUASRESIDUALES DELAINDSTRIAAGROALIMENTARIA Lara,A.,Calvo,A,GonzaloDeLuis,C250 ANLISISTERMOECONMICODELASPLANTASDECOGENERACIN PROPUESTASPARAUNAFACTORADEVULCANIZACIN Largo, J256 DESARROLLODEUNSISTEMAAUTOMTICODEDIAGNSTICODEMOTORESA GASDE COGENERACINPORANLISISDE ACEITE Lerma,M.J.,Bernardo,T., Garca,A.V.262 DIGESTIONANAEROBIADELOSRESIDUOSDE CAADE AZUCARCON FINESENERGETICOS Lpez,R.,Luengo,J.C.,Xiberta,J.,Delgado,J268 OBTENCIONDE BIOGASAPARTIRDE LACAADEAZUCAR: EFECTODEL TAMAODEPARTICULA Lpez,R.,Xiberta,J.,Prieto,1274 ESTUDIOTEORICODELAINFLUENCIADEL AREAEFECTIVADELASVALVULAS DEESCAPEENMOTORESDIESELTURBOALIMENTADOS Lujan,J.M.,Santos,R,Serrano,J.R280 APLICACINDEUNMODELODE TRANSITORIOSDE CARGAPARADETERMINARLA INFLUENCIADELAINERCIADELROTORDEL TURBOGRUPOENUNMCIA Lujn.J.M.,Galindo,J.,Serrano,J.R286 DIAGNSTICODEMOTORESDE COMBUSTININTERNAALTERNATIVOSA TRAVSDEL ANLISISDELASOSCILACIONESDELBLOQUE Macin.V.,Torregrosa,J.,Barila,D292 SIMULACINDINMICADELAGEOMETRIADELOSFRENTESDELLAMA TURBULENTOSENMOTORESDE COMBUSTININTERNA Martnez,V.,Carreras,R.,Comas,A298 TRATAMIENTOYDEPURACIONINTEGRALDEALPECHIN Merino,M.,Calvo,A.,Lara,A304 INVESTIGACIONYMODELIZACIONDE LAEXTRACCIONDECONTAMINANTES ORGANICOSVOLATILESEN TERRENOSINDUSTRIALESPORSISTEMASSVE Navarro, A310 MODELOMATEMATICODE UNMOTORALTERNATIVODEENCENDIDOPORCHISPA, ORIENTADOALCONTROLDELAMEZCLADE AIRE YCOMBUSTIBLE Nevot,J318 EVALUACINDE MEJORASTERMODINMICASPORPRECALENTAMIENTO REGENERATIVOEN TURBINASDEGAS Nieto,R.,Gonzlez,C,Herrero,F, Lacalle,J.Ma324 RECUPERACINDEMETALESDE LOSOXIDOSDE ACERIA CONHORNOSDEINDUCCION Herrero,A.,Rubio,MaD.,Parrn,N330 MEDIDADEPENETRACINY NGULOEN CHORROSDEINYECCINDIESEL MEDIANTE TCNICASDE PROCESADODIGITALDEIMGENES Pastor,J.V.,Correas,D.,Palomares,A336 ANLISISTERICO-EXPERIMENTALDELAPRDIDADE CARGAENCMARAS LATERALESDE SILENCIADORESDEESCAPE Payri,R.,Gimenez,J.,Guzman,A342 ESTUDIODELAINFLUENCIADELOSPARMETROSDEFUNCIONAMIENTO SOBRELASPRESTACIONESYEMISINDEHUMOSYNoxENUNMOTOR DIESELI.D.CONCOMMONRAIL Payri.F.,Arregle,J.,Molina,S348 UTILIZACIONDEMODELOSMULTIZONAPARALAPREDICCIONDELAS EMISIONESDE HCENMEP Tinaut,F.V.,Melgar,A.,Horrillo,A.J345 OPTIMIZACIONDELPROCESODE TRANSESTERIFICACIONENU\OBTENCIONDEBIO-GASOLEO Tinaut,F.V.,Briceo,Y, Antolin,G,Castao,V.360 UTILIZACIONDEUNMODELOPARAELDIAGNOSTICODEFALLOSENELSISTEMA DE INYECCIONDIESEL Tinaut.F.V.,Melgar,A.,Gimenez,B.,Montero,V.366 ANLISISTERMODINMICODEUNAPLANTAGENERADORADEPOTENCIA COMBINADACONUNAPLANTADESALINIZADORA Uche,J.,Serra,L., Valero,A372 INSTALACINDE UNACENTRALDE COGENERACINCONPLANTAENFRIADORAPOR ABSORCINPARAPROPORCIONARELECTRICIDAD,VAPORY AGUAFRA AUNA FBRICADEREFRESCOS Vilardeb,R.,MiguelJ380 PREDICCIONDELASPROPIEDADESDELASHULLASDELACUENCAASTURIANA MEDIANTEFLUORESCENCIADISPERSIVADERAYOS-X Xiberta,J.,Fernndez,P,Montesern,A.,Daz,R.M386 MODELOSMATEMTICOSPARAPREDICCIONESDE VARIABLESENERGTICAS Xiberta,J.,Gonzales,S392 PREDICCIONESDE VARIABLESENERGTICASDE ASTURIASMEDIANTEANLISIS UNIVARIANTEARIMA Gonzales,S.,Xberta,J399 EVALUACIONDE LA ACTIVIDADENERGETICADEL CARBONYSUSDERIVADOS ENASTURIAS Gonzales,S.,Xberta,J.,Llaneza,H405 FRENOHIDRAULICOCONCONTROLADORBORROSOPARAENSAYOSDE MCIAENFASETRANSITORIA Zueco,J.,Guerrero,A.,Hernndez,J412 ESTUDIOTEORICODELACOMBUSTIONDE UNAMEZCLAAIRE-HIDROCARBURO Mara,J.,Martn,V., Simn,J.,Fygueroa,S.,Jess,O.,Araque,M419 MATERI ALES ANALISISDELASINESTABILIDADESDE INTERCARAENEL CONFORMADODE BIMETALICOSBAJOCARGABIAXIAL Alcaraz,J.L429 CARACTERIZACINMECNICADE UNSISTEMAEPOXIDE ALTASPRESTACIONES Barral,L.,Cano,J.,Lpez,J.,Lpez,I.,Nogueira,P,Ramrez,C.,Torres,A435 VARIACINDELASPROPIEDADESMECNICASCONLADEGRADACINTRMICA ENUNSISTEMAEPOXIDE ALTATEMPERATURA Barral,L.,Cano,J.,Lpez,J.,Lpez,I.,Nogueira,P., Ramrez,C., Torres, A441 ESTUDIODE LADEGRADACINDE FILMSPARAINVERNADEROATRAVS DEL TRABAJOESENCIALDEFRACTURA Bellini.L.,Santana,O,Ferrer,D.,Maspoch,M.LI.,Miranda,C447 PROPIEDADESTRIBOLGICASDE ESTIRENO-ACRILONITRILOCONCRISTALLQUIDO Bermdez.M.D.,Carrion,F.J.,Martnez,G.,Rubio,M453 MODELIZACINDEPROCESOSDEDEFORMACINPLSTICAA ALTATEMPERATURA MEDIANTELA TCNICADE LOSELEMENTOSFINITOS Cabrera,J.M.,Barran,M.A.,Riera,M.D.,Prado,J.M459 RECUBRIMIENTOSDUROSOBTENIDOSPORPROCESOSC.V.D.,T.R.D.D.,P.V.D. Carreras,Ll.,Bueno,S.,Mntala,F., Sitjar,R469 DIFERENCIASENEL COMPORTAMIENTOFRENTE ALENVEJECIMIENTODELPEI REFORZADOCONTEJIDODEFIBRADE VIDRIOYFIBRADECARBONO Castrillo.M.A.,Argelles,A.,Via, A.,Garcia,J.,Via,J476 CORRELACIONESENTRE VARIABLESMECNICASENHORMIGONESREFORZADOS CONFIBRAS Cobo,A.,Gonzlez,M.,Mancebo,J.A.,Rodrguez,A.,Sierra,M482 ESTUDIODEL COMPORTAMIENTOMECANICODELHDPESOMETIDOADISTINTAS CONDICIONESDEDEGRADACIONYENVEJECIMIENTO Colom.X.,Pages,R,Carrasco,F., Caavate,J.,Perez-Folch,J488 EFECTODE LAFLEXINALTERNATIVASIMPLESOBRELAFRAGILIZACINDE ALAMBRESDE ACEROPARACABLES Crespo,G494 MODELIZACIONDELCOMPORTAMIENTOMECANICODELASALEACIONES CONMEMORIADEFORMA DeLaFlor.S.,Ferrando,F.500 INFLUENCIADELESPESORDELAPROBETASOBREEL TRABAJOESSENCIALDE FRACTURAENFILMSYPLANCHASDEPOLIPROPILENO Ferrer.D.,Maspoch,M.LI.,Santana,O.,Snchez,M507 FABRICACIONY CARACTERIZACIONDEMATERIALESCOMPUESTOSDE MATRIZDE ALUMINIOOBTENIDOSPORPROCEDIMIENTOSPULVIMETALURGICOSYEXTRUSION Ferrer.C.,AmigoBorras,V., Salvador,M.D.,Busquets,D513 CONFORMACIONENESTADOSEMISOLDO(SSM):EFECTODELTRATAMIENTO TERMICOENA357 Fom,A.,Baile,M.T.,Nogue,R519 EFECTODEL TRATAMIENTOTERMICOENLASPROPIEDADESMECANICASDELAS ALEACIONESTi-0.2Pd Forn,A.,Picas,J.A.,Gil,F.J.,Planell,J.A525 INFLUENCIADELMODOMIXTODE CARGASOBRELAFRACTURADEELEMENTOS DE VIDRIO Garca,M.A.,Bernardo,A.,LamelaRey,M.J.,Fernandez,A531 INFLUENCIADELAPROPORCIONDEDILUYENTEENLASPROPIEDADESMECANICAS DE COMPOSITESEPOXI/CARBONO Garca,L,Artiaga,Naya,S., Varela,A.,Mier, J.L.,Gmez,F.537 COMPORTAMIENTOAFATIGADEMUELLESCONMEMORIADEFORMADE LAALEACIN CU-Zn-AI-ZrCONESTRUCTURAMARTENSITICA Pea,J.,Guillemany,J.M.,Gil,F.J542 ESTUDIOEXPERIMENTALDEL COMPORTAMIENTOAFATIGADE COMPUESTOSLAMINA-DOSDEFIBRADECARBONO Lpez,M.,Lamela,M.J.,Fernandez,A548 PROPIEDADESMECNICASDE UNPMMAMODIFICADOCON MICROESFERASDE VIDRIO Maspoch.M.LL,Tafzi, A.,Santana,O.,Miranda,F., Ferrer.D554 COMPORTAMIENTOADESGASTEDERECUBRIMIENTOSDEWC-CO PROYECTADOSPORPLASMA.EFECTODELPOSTRATAMIENTOCONLSER Mateos,J.,Cuetos,J.M.,Luque,P,Fernandez,Ma.R560 REGENERACINMEDIANTEREFUSINCONLSERDERECUBRIMIENTOSCERMICOS DEFECTUOSAMENTEPROYECTADOSPORPLASMA Mateos,J.,Cuetos,J.M.,Cadenas,M566 EVALUACIONMEDIANTECORRIENTESINDUCIDASDELASVARIACIONES ESTRUCTURALESENMATERIALESCOMPUESTOSDEMATRIZMETALICA. Nogu,R.,Martin,E., Vidal,J.,FomA572 INFLUENCIADEL ADITIVOZnDDPENLOS ACEITESMINERALESSN-350YSN-600, ENEL COMPORTAMIENTOEXTREMAPRESIN,ANTIDESGASTEYFATIGA Osorio,A.,Garcia,D,Fernandez,M.R,,Mateos,J,LuqueP.578 ENVEJECIMIENTOARTIFICIALDELPOLIETILENODE ALTADENSIDADMEDIANTE RADIACIONU.V. Pags,P.,Carrasco,F., Pascual,S.,Espaa,F., Colom,X585 MEDIDASDE PROPIEDADESMECANICASDEPOLIMEROSDEGRADABLESA ESCALADELABORATORIO Prez,A.T.,AliaA.,Ducreux,A.S,Fernandez, J.M.,Muoz,S591 COMPORTAMIENTODE LOS ACEROSINOXIDABLESDEL TIPOAISI304AISI329 Y AISI420ANTEELDESGASTEABRASIVO Reinoza,R.,Suarez,J.L.,Rodrguez,G597 COMPORTAMIENTODE LOS ACEROSINOXIDABLESDEL TIPOAISI304AISI329 Y AISI420ANTEELDESGASTEEROSIVO Renoza.R.,Suarez,J.L.,Rodrguez,G603 REVISINDELAPROPUESTADE NORMAEUROPEASOBRECARRILESDE ACERO "DRAFTEUROPEANRAILSSTANDARD.PART1" Rodrguez,C.,Gonzlez,J.L.,Belzunce,F.J609 COMPARACINDELCOMPORTAMIENTOTRIBOLGICODEDIFERENTESTRATAMIENTOS TERMICOSSUPERFICIALESDE ENDURECIMIENTODEL TITANIOY SUSALEACIONES Rodrguez,D.,Gil,F.J.,Planell,J.A615 ENVEJECIMIENTODE LASCARACTERISTICASACORTADURAEN COMPOSITESDE POLIESTER-FIBRADE VIDRIO. Segova.F.,Salvador,M.D.,Amigo,V.621 IMPORTANCIADE LAS TENSIONESRESIDUALESSUPERFICIALESENLA FRAGILIZACIONPORHIDROGENODE ACEROSDEPRETENSADO Toribo,J627 PAPELDE LAS TENSIONESRESIDUALESDE FONDODE GRIETAENFENMENOS DE CORROSINBAJOTENSION Toribio.J633 CARACTERIZACIONMECANICADEESPUMASPOLIOLEFINICASMEDIANTEIMPACTO PORCAIDADEDARDOINSTRUMENTADO Velasco,J.I.,Arencon,D,Rodrguez,M.A.,Martnez,A.B639 APLICACINDEL TRABAJOESENCIALDEFRACTURAEN GEOMETRASENBA COMPUESTOSDEPOLIPROPILENO Velasco.J.I.,Morhan,C.,Arencon,D647 ADAPTACINDE UNRUGOSMETRODE BAJOCOSTEPARALA OBTENCINDE IMGENESDE TOPOGRAFASUPERFICIAL Bethencourt,M.,J.J.Calvno,Botana,Fj,Marcos,M.,Rodrguez,M.A.,Snchez,M. . . .651 CRECIMIENTODE GRANOEN CHAPACOMERCIALDE ACERO INOXDIDABLEAUSTENTICO Lpez,A.,Alvarez,A.,Herrera,E.J657 INFLUENCIADELAFASEFERRITICAENELDAOSUPERFICIALASOCIADOAFATIGA DELOS ACEROSINOXIDABLESAUSTENO-FERRITICOS(a -g). Salan,N.,Mateo,A.,Llanes,L., Anglada,M665 ANLISISDE TOBERASNEUMTICASDE HILATURADELTIPOCOAXIAL ASnchez,J A.Tornero,E. Valencia,LI.Coll,J.M.Bergad. InstitutodeInvestigacinTxtily deCooperacinIndustrial. Colon.11 08222Terrassa J A.Tornero tornero@intextersystems.upc.es Resumen-Desde1994se vieneestudiandoenellaboratoriodeSistemasyProcesostextilesdelInstitutoTextil de Terrassaelcomportamientodel flujodeaireen toberasdehilaturadelmodeloMurata.Para conseguirmejorescaractersticasdelhiloen cuantoa la estructurafilarse decidiiniciarelanlisisde toberasdeltipocoaxialy cilindrica.En elpresentetrabajosepresentanlosresultadosdeuna modelizacinmedianteunprogramabasadoenelementosfinitos,y quese contrastaronconlos obtenidosenunamaquetaconstruidaa escala5 a1, lo cualhapermitidouna visualizacinapropiada delflujoparalaaplicacinde tcnicasdemedidaempleandoun anemmetrolserde efectoDoppler pordoblehazconunalongitudde ondade540mm. Abstract.-Thelaboratoryof textileprocessesand systemsofInstitutodeInvestigacinTextildeTerrassa (INTEXTER),hasbeenstuddingsince1994thebehaviourofair flowMurataspinningnozzles.In an attempttoachievebettercharacteristicsof theyarn,as toits structure,theanalysisofnozzles, cylindricalandcoaxialtype wasdecided tobe carriedout.Thispaperpresentstheresults foundfrom comparingamodelbasedona finiteelementsoftware,and theresultsobtainedin a 5:1scalemodel. In this way,asuitablevisualdisplayof the flow waspossiblebyusingaDopplereffectdoublebeam LaserAnemometer,with540mmwavelength. 1.INTRODUCCIN EnlasreferenciasL.Cot,E.Valencia,E.GarcayX.Farrs(1994)yLColl,E. Valencia,G.Adolphs,X.FarrsyJ.A.Piol(1995)seestudiaroncomparativamente tressistemasdehilaturaysecomprobaralasventajasdeltercero,basadoenel zunchadoneumticoportoberas.Unavariantedelmismoconstituyeeltemadel trabajopresente.Enlatabla1secomparanambosmtodos.Lanecesidadde conocerconprecisinlaevolucindelfluidoenelinteriordelastoberasdehilatura detorsinreal,hamotivadoelestudiodelasmismas,elcualconstadelas siguientesfases: a)Obtencinpormodelizacindelosperfilesdevelocidady valoresdepresindel flujodeaire en elinteriordelatobera. b)Estudiodel flujoa partirdelos datos obtenidospormodelizacin. c)Obtencindevaloresexperimentalesparasucomparacinconlosdatos obtenidospormodelizacin. Elhechoquenosepuedadeterminarconprecisinlaevolucindelfluidoenel interiordela toberaconmtodosexperimentales,hacenecesarioel estudiodedicho flujoconmtodosdemodelizacinbasadoenelementosfinitos.Elprograma utilizadoes el COSMOS/M2.0 y elmdulode clculoes elFLOWPLUS2.0. 2.INTRODUCCINA LAPROBLEMTICAENEL CLCULOTERICO Elmtododeloselementosfinitossebasaenlacertezadequeparaun determinadodiferencialdevolumenlaspropiedadesdelfluidoensuinteriorse mantienenconstantesyenconsecuenciaquesonciertaslasecuacionesaplicadas endichodiferencialdevolumen.Parallevaracaboestemtodosernecesario dividirlatotalidaddelvolumendecontrolendiferencialesdevolumenyaplicara dichosdiferencialesde volumenlas ecuacionesalgebraicas(Fig.1). Antesdeencontrarlasecuacionesalgebraicas aplicadasacadadiferencialdevolumensefijanlas ecuacionesenderivadasparcialesgobernantes.Las ecuacionesdelmodelodeturbulenciaqueseutilizan sonlasquecorrespondenalmtododek-s(verR.R. Parchen,W.Steenbergen(1998)yCJ.Scott,K.W. Bartelt(1976)).stassonla ecuacindecontinuidad, laecuacindelmomentocinticoenx,y,z,la ecuacindelaenerga,laecuacindelaviscosidad deremolino,la ecuacindeconductividadde Fig.1.Representacindela discretizacindelvolumende control. remolino,la ecuacindela energacinticaturbulentaylaecuacindela energade disipacinturbulenta. Delas anterioresnueve ecuacionesse obtienenlas nueveincgnitassiguientes: U: Velocidaden ei eje X V:Velocidad en el eje Y W: Velocidadenel eje Z P:Presin kt:Conductividadderemolino Verparael significadofsicode estoselementosla tabla2. T:Temperatura k:Energacinticaturbulenta s:Energade disipacinturbulenta iut: Viscosidadderemolino 3.RESULTADOSOBTENIDOSY SUVALORACIN Paraelestudiodelatoberasehanelegidocuatrozonasespecficasaestudiarque correspondenadosseccionesalejadasdelazonadeinyeccinydosseccionesen la zonadeinyeccin.Dichas zonassehanescogidoparadeterminarla evolucindel fluidoalo largodela toberaen funcindelaposiciny delapresindealimentacin ysusdistanciasrelativasalorigensonx^O.439,x2=0.506,x3=0.512yx4=0.542.El origenseindicaenla fig.2: Enlasseccionescorrespondientesalasabscisasxia x4sehanobtenidodeclculovelocidadesypresiones apartirdelascualessehandeterminadolosnmeros deRe,Eu,coeficientedegiroSyelrotacional.El sentido fsicode todosellos seindicenla tabla2. Fig.2.Sealizacindelassecciones dondesehanobtenidolosvaloresde lasmagnitudessignificativas,Re,Eu, S, y w. -x=0 506 ^x=0 512 i-xO.542 I COOO 2000C 30000 40000 50000 60000T0000 Reynolds s0 8 06 x = 0 542 - x = 05'2 X = 0 506i x = 0 439 alimantaci.0[ bar] Fig.3. Variacindeln deEuleren Funcindeln deReynoldspara cuatroseccionesdeestudio. Fig.4.Representacindel coeficientede giroS en funcincuatro delapresindealimentacinparalas cuatroseccionesdeestudio. Seccinx=0.439Seccinx=0. -. .02 Fig.5.Variacindelrotacionalenlascuatroseccionesdeestudiosiendolapresindealimentacin constantee iguala 2bar. Segnpuedeobservarsedelafigura3la toberacoaxialsecomportacomounabomba deinyeccinaumentandolapresinamedida que avanzamosen el conodifusor. Unparmetroimportanteeselcoeficientede girocuyavariacinenfuncindelaseccinde clculoy dela presinpuede verseenla figura 4.segnsedesprendedelamisma,elcoeficientedegiroaumentaconla proximidada la zonadeinyectores. Otroparmetrodeintersparavalorarelgiroconseguidoenlastoberasesel rotacionalelcualserepresentaenla fig.5. Al tratarsedeunparmetrodeexpresin diferencialesmssensiblealasvariacionesdevelocidad.Enconclusinseha preferidovalorarla eficienciadela toberaa travsdel coeficientede giro S. Enlafig.6tenemosunacomparacinentreresultadosexperimentales,obtenidos medianteanemometralser,ylosresultadosdelamodelizacinabasede elementosfinitos.Laconcordanciaentreambosesmuysatisfactoria,delocual deducimosquelamodelizacinindicadaha sidolacorrecta. CONCLUSIONES: Aunquelosobjetivospropuestossehancumplido,permanecenalgunasincgnitas que seresolvernen trabajosposterioresentrelasquecabecitarlamodelizacinno plenamentesatisfactoria,locualseresolveraconunamodelizacinmsprximaa larealidad.Otroinconvenienteloconstituyelaslimitacionesdelmodelok-sparael cualestprevistosustituirelsistemadeecuacionesactualporotromscompletoy finalmenteunaactuacinimportanteserunestudiomsexhaustivodelainfluencia delapresinde alimentacindela toberas. J6Seccinx=0.512Seccinx=0.542 .2 -Experimental [mvl] Pressin alimentacin [baf] Fig.6.Comparacinentreresultados experimentalesytericos. BIBLIOGRAFIA L. COLL,E. VALENCIA,E. GARCIAy X.FARRES(1994)"Fluidodinmicaaplicadaa la hilaturade alta velocidad",RevistaIntextern105pp 49-55. L.COLL,E. VALENCIA,G. ADOLPHS,XFARRESy J A.PINOL(1995)"Modelizain del flujode aire en toberasdehilatura",RevistaIntextern107pp57-64. "COSMOS/MFiniteElement AnalysisSystem"(1985),STRUCTURALRESEARCH& ANALYSISCORP. HUILI and YUJITOMITA(1994)"CharacteristicsofSwirlingFlowinaCircularPipe", JournalofFluidsEngineering,116pp370-373. R.R.PARCHENy W.STEENBERGEN(1998)"Anexperimentalandnumericalstudy of turbulentswirlingpipe flows",JournalofFluidsEngineering,120pp50-61. C.J.SCOTTyK.W.BARTELT(1976)"Decayingannularswirlflowwithinletsolid bodyrotation",JournalofFluidsEngineering,98pp33-40. AGRADECIMIENTOS AlaComisinInterministerialdeCienciayTecnologaCICYTporlafinanciacin parcialdelpresenteproyecto(proyectoTAP95-1544).AlSr.JosFresnoporla construccindel grupode toberasmodelo. Modeladodela formacinde chorrosatomizados intermitentesconevaporacin F.V. TINAUTFLUIX,A.MELGARBACHILLERYB.GIMNEZOLAVARRA Dpto.IngenieraEnergticayFluidomecnica,UniversidaddeValladolid,E.T.S.Ingenieros Industriales,PaseodelCauces/n,47011Valladolid.Tfno.983-423367(tinaut@dali.eis.uva.es) Resumen Sepresentaunmodelodeatomizacindeunchorrointermitenteconevaporacin,enelquese distinguenvariossubmodelos:enprimerlugarunmodelodeatomizacinprimariaoroturadelavena lquida,incluyendoelmodeladodeunalongitudintacta.Posteriormentesemodelalaatomizacin secundariaoroturadegotasconelmodelodelaanalogadeTaylor.Tambinsehadesarrolladoun modelodeevaporacindegotas,teniendoencuentatantoelprocesodecalentamientocomoel estacionario,ascomolosefectosdelaconveccinlibreyforzada.Sehamodeladotambinel frenadodelasgotasdebidoalaaccinaerodinmica.Losresultadosdelmodelosehancomparado condatosexperimentalesdedimetrosy velocidadesdegotasdeunchorroDieselobtenidosconun anemmetrodedesfaseDoppler(PDA)apresinambientey temperaturavariable. Abstract Amodelofan atomizedtransientsprayispresented.Thismodelincludesseveralsubmodels.Among themaprimaryatomizationsubmodelofthespraycore,basedon the jetinterfaceinstabilitiescaused byaerodynamicaction,includinganintactlengthmodel.Thedropletsecondaryatomizationis modelledbymeansoftheTayloranalogy.Asubmodelofdropletevaporationhasbeendeveloped,in whichaheat-uportransientperiodandsteadystatearetakenintoaccount,aswellasthefreeand forcedconvectioneffects.Finallyasubmodelofthedropletdecelerationcausedbytheaerodynamic actiondue totheair-dropletrelativevelocityis included.Resultsofthemodelarecomparedwithdata obtainedwithatwocomponentPhase-DopplerAnemometerinatestfacilitywithvariableair temperature(atatmosphericpressure)in whichaDieselsprayisinjected. 1.Introduccin Losprocesosde formacindelamezclaenmotoresDiesel,enconcretoelproceso deformacindelchorrodecombustibleatomizadoysuevaporacin,yde combustinsonlosfactoresmslimitativosdelfuncionamientodeesosmotores, motivoporel cuallainvestigacinesmuyactivaenesosaspectos. Enlneasgeneralessepuedeafirmarqueexistendosmtodosposiblespara abordarelestudiodelprocesodeformacindeunchorroatomizado.Unoque consisteenelensayosistemticodechorrosatomizadoseninstalaciones experimentales,yotroqueconsisteenevaluarmatemticamentecadaunodelos fenmenosquetienenlugarenelprocesodeformacindelchorroatomizado.El modeloanaltico,unavezajustadomedianteresultadosexperimentales,puede utilizarseparapredecirtendenciasde comportamientodelchorro. Enelpresenteartculosedesarrollaunmodelodelaformacindeunchorro atomizadoconevaporacin,elcualsehadesarrolladoinformticamenteen lenguajedeprogramacinC sobreunordenadorpersonal.Esunmodelosencilloen elquenosehantenidoencuentalacoalescenciadegotas,laturbulencianiel efectodela evaporacindeun conjuntodegotas. Losresultadosdelmodelosehancomparadocondatosexperimentalesobtenidos enunainstalacinexperimentalconposibilidaddeelevarlatemperaturaambiente hasta200C. 2.Modeladodelprocesodeatomizacin Elmodelodesarrolladosepodraincluirdentrodelacategoradelos fenomenolgicos,yaquesiguelastrayectoriasdelasgotasentresdimensiones, peronoresuelvelasecuacionesdeNavier-Stokesenundominiocomputacional divididoenceldas[Gimnez,1997], Respectoaltratamientodelasdosfasesexistentes,continua(gas)ydispersa (lquido),esunmodelodegotasdiscretas(DDM)elcualtrataala fasedispersapor separadodelafasecontinua.Cada"gota"delquidorepresentaunconjuntode gotasconlasmismascaractersticas:tamao,velocidad,temperatura,etc.Un ligamentoeslamasadecombustiblequeseinyectaporlatoberaenun determinadointervalodetiempo,yque sevesometidoaunprocesode atomizacinprimaria,Fig1.Elconjunto deligamentossimulanunavenalquida conunaciertalongitudintacta.Se llamarngotasalconjuntodegotas formadasbienporunprocesode atomizacinprimaria(roturadelos ligamentosiniciales)oporunode atomizacinsecundaria(roturaposterior degotasgrandes). El tiemposedivideenintervalosdetiempodeclculo,paracadaunodeloscuales elprogramadesarrolladorealiza,paracadagota,ligamentoexistenteylosque salenporlatoberaduranteeseintervalo,losclculoscorrespondientesalos siguientesprocesos: Lavelocidaddeinveccinymasainyectada,partiendodeunaleydeinyeccin determinada. Generacindeligamentosenlasalidadelatobera.Segeneranligamentos cilindricosquesalenporlatoberaconundimetroigualaldimetrodesta,d0,y con velocidaddesalidaaxialyconunamasaM0.Estosligamentossesometenaun procesode frenadodebidoalaaccindelairecircundanteenla superficielateral. Anlisisdelasgotasydelosligamentos.Enelanlisissedeterminasilos ligamentossesometenaunanlisisdeatomizacinprimariaodeatomizacin secundariaenfuncindequelamasadelligamentoseamayoromenor, respectivamente,deundeterminadoporcentajedesumasainicialM0.Siel ligamentohaperdidosuficientemasadebidoalaatomizacinprimaria,dejade perteneceralalongitudintactayseanalizasegnunprocesodeatomizacin Fig. 1. Esquema de atomizacinprimaria y secundaria. secundaria.Enelcasodegotassesometendirectamenteaunanlisisde atomizacinsecundaria,Fig.(1). Anlisisdeatomizacinprimaria.Silamasadelligamentoanalizadoesmayor queun determinadoporcentajedelamasaquetenastecuandosalidelatobera, M0,elligamentosesometeaunanlisisdeatomizacinprimariaconunmodelode crecimientodeinestabilidadesdeunavenalquida[Reitz,1987],Secalculael tiempoderoturadelligamento,T, yeldimetrodelasgotasdesprendidas,D,en funcindelalongituddeonda,Am,delaperturbacindemximavelocidadde crecimiento,com,deformaqueT=7.45B1DL//Lma)m,dondeDLeseldimetrodel ligamentoanalizadoyBiesunaconstante,yD=2B0AmdondeB0 esunaconstante. Anlisisdeatomizacinsecundaria.Losligamentosconunamasamenorqueun porcentajedeM0 ylasgotas formadasanteriormenteseanalizanconunprocesode atomizacinsecundaria,basadoenlaanalogadeTaylor[O'Rourke,1987],Eneste modeloseasemejaeldesplazamiento,Ar,delamasadeunsistemamasa-muelle amortiguadorconladeformacindeunagotadebidaalaaccinaerodinmica, definindoseunadeformacinadimensionalcomoy=Ar/Cbrdondereselradio inicialdelagotayCb esunaconstante.Apartirdelaecuacindelaaceleracinde dydy ladeformacindelagota,,secalculalavelocidaddedeformacin,,asi adtdt comoladeformacindelagotaencadainstante.Conestemodelosepuede calcularlacomponenteperpendicularalatrayectoriadelagotamadredelasgotas formadas,ascomosudimetroDigualandolasenergasdelagotamadreydelas gotashijas. Clculodela velocidaddelaire.La zonaocupadaporelchorrosehamalladocon geometracilindricayaxialconceldasdeundeterminadotamaoysecalculala cantidaddemovimientoquepierdenlasgotasalpasarporcadacelda.Alfinaldel intervalodetiempodeclculosemodificalavelocidaddelairedecadaceldaen funcindelacantidaddemovimientoquesehaaportado.Parasimularelproceso dedifusindecantidaddemovimientoenelairesetienenencuentalasfuerzas queaparecenentreceldascontiguasdebidoaladiferenciadevelocidadenlasdos direccionesdemovimientoquesecontemplanparaelaire(axialyradial). Procesodefrenadodelasgotasdebidoalainteraccinaerodinmica.Se calculalavelocidaddelaireenlaposicindondeseencuentralagotayapartirde stalavelocidadrelativagota-aire.Conestavelocidadsecalculanlasfuerzas aerodinmicasqueactansobrelagotaconlaexpresindelcoeficientedearrastre aerodinmicoCDdadapor[Putnam,1961]deformaqueseobtieneaceleracinde lagotaIntegrandolaexpresindelaaceleracin,seobtienelavelocidad, ylaposicindelagota,x, al finaldelintervalodetiempodeclculo. Procesodecalentamientoy evaporacindelasgotas.Igualandoelcalorquele llegaalagotaconelcalorutilizadoencalentarlamselcalorutilizadoen evaporarla,yporotroladoobteniendounaexpresinanalticadela tasamsicade evaporacindelquidobajounasciertashiptesis,[Spalding,1955]y[Faeth,1977], (entreellaslaausenciadeconveccin)seobtieneunaexpresindelavariacin c/7~dD temporaldelatemperatura,- ,ydeldimetrodelagota, .Parateneren dtdt cuentaenlatransferenciademasa/temperaturalosefectosconvectivos,seafectan alosnmerosdeNusselt/Sherwooddeunacorrelacinempricaquees funcinde los nmerosdeGrashof(conveccinlibre)o deReynolds(conveccinforzada)ydel nmerodePrandtl/Schmidt. Cadagotaoligamentosepuederompermsdeunavezenelintervalodetiempo considerado,dependiendodelostiemposderotura,yllevaasociadauna informacincorrespondientealinstantefinaldelintervalodetiempodeclculo: posicin,velocidad,dimetro,deformacin,velocidaddedeformacin,temperatura dellquidoenla superficiedela gota,nmerode gotasquerepresenta,etc. 3. Clculodinmicodelas variablesdelasgotasen eltiempo Lasgotasgeneradasporlaatomizacinevolucionanenelintervalodetiempode clculoteniendoencuentaelprocesoderotura(enelcasodequeserompa),el frenado,ladeformacinyla velocidaddedeformacinquesufrelagotadebidoala interaccinaerodinmica.Alavezlagotasecalientayexperimentaunprocesode evaporacinconlacorrespondientedisminucindesudimetro. La resolucindela evolucintemporaldeestasvariablesdelagota(y,y ,v,x, Ts, D)serealizaalavez,integrandolas10ecuacionesdiferencialescorrespondientes duranteun determinadotiempomedianteunmtodoRunge-Kuttadeorden4. 4. Ajuste delmodelo Paraajustarlasdistintasconstantesqueintervienentantoenelmodelode atomizacinprimariacomoeneldesecundaria,secomparanlosresultadosdel modeloconlosvaloresexperimentalesdepenetracin,velocidadesydimetrosde gotasdeunchorrotipoDieselmedidosapresinytemperaturaambiente,conun anemmetrodedesfase-Doppler(PDA)yconunsistemadeadquisiciny procesamientodeimgenesconcmaraCCD,[Melgar,1993],[Snchez,1996]y [Tinaut,1993],Respectoalajustedelalongitudintacta,elmodeloseajustade formaqueelvalordestaseacoherenteconelqueseobtieneconlasdiferentes expresionesqueseencuentranenlabibliografa,[Hiroyasu,1990],[Braceo,1985]y [Yule1995],Suponiendounavelocidadmediadeinyeccinde200m/syuna relacinlongitud/dimetrodelatoberade3.06,elvalordelalongitudintactasegn estosautoresestcomprendidoentre47 y 60mm. Loprimeroqueseintentaajustareslapenetracinylalongitudintactadelchorro. Losparmetrosquemsinfluyenenestasdosvariablescorrespondenalproceso de atomizacinprimaria:elporcentajedemasainicialM0\la constantedeltiempode roturadelmodelodeatomizacinprimaria,?;ylaconstantedeltamaodelas gotasformadasporunprocesodeatomizacinprimaria,B0,que,trasvariosajustes conlos dimetrosexperimentales,seha tomadoB0=1. Una vezquesehanobtenidovaloresrazonablesdelapenetracinydelalongitud intacta,sepuedenajustarlosvaloresdelosdimetrosconlasconstantesdel modelode atomizacinsecundaria,siendolasconstantesCb yk(constanteutilizada enelclculodeldimetrodelasgotasproducidas)lasquemsinfluyenyconlas quemejorseajustanlosdimetros. Tabla1. Valoresdelas constantesdel Config%M0 Bicv kcb 10.01301.53.330.8 20.1501.53.330.8 30.0150110.6 Enla ta Longitudintacta(mm) Conf.3 LConf.2 Conf.1 10'j200 300 Startup andcoastdownofmachine.Thosetests wereused todetectpossiblesresonant frequencies. =>Impacthammerblows for thedetectionof themechanicalresonantfrequencies Thedifferencebetweenthenaturalfrequenciesmeasuredinthehydraulicsystemandtheones calculated wasless than2%. 1.Introduccin El principal objetivo de este trabajo es el de contrastarel modelo tericopresentadoen elartculo"Estudiotericodelascondicionesderesonanciahidrulicasenuncircuito debombeo".Laexperimentacinseharealizadoenlainstalacindebombeoya descrita en el artculomencionado La cadena de medidasha sido diferente segn el tipo de seal que se ha registrado. Acel ermet rofijoalatuberi a Adems,a fin de distinguir entre frecuenciasnaturaleshidrulicasy mecnicasha sido necesario realizar pruebas de impactos en la tubera. 2.Procedimientoexperimentalpara la determinacinde les frecuencias propiashidrulicas 2.1. Pruebasrealizadas Pararealizarlasdiferentespruebassehadispuestode3acelermetrosy3 transductoresdepresinenlatuberadeimpulsinyenlaposicinquemuestrala figura siguiente,siendo la separacin entre ellos de1 m: Captadordepresi n enrasadoalatubera Cadenaparalamedidadepulsacionesde presin Figura1. Cadenademediciones PO AD AB PB Figura2. Posicindelossensores Se han realizado dos tipos de pruebas: -Transitorios de puesta en marcha y parada de la mquina. -Pruebas deimpactos. -Transitorios de puesta en marcha yparada. Eltransitoriodearrancadayparadadelabombasehaobtenidohaciendogirarel graduadorde velocidad del potencimetro de maneracontinuadade 0 a 10 y volviendo a 0 duranteun tiempo superior a 10 segundos. Analizandolosdatosdeltransitorioapartirdeespectrosdefrecuenciarealizadosa intervalosdetiempocortos,se podrverla evolucindelasealylas frecuenciasde resonancia, tanto hidrulicas comomecnicas. Lasfluctuacionesdepresinalentrarenresonanciahacenvibrarlaconduccinde estudio dando un seal que tambin ser captado por losacelermetros. Lasvibracionesmecnicasproducidasporlabombahacenvibrarlaconduccin, transmitiendolavibracinalfluidoenformadeondasdepresin,hechoqueser captado por los sensores de presin. Estas dos son las razones que hacen difcil la diferenciacin de los dos tipos de seal Afindeaislarlasfrecuenciaspropiasmecnicasdelainstalacinserealizaronlas pruebas de impactos. -Pruebas deimpactos Mediante el martillo de impactos se realizaronuna serie de impactosa fin de excitarlas frecuencias propias de la instalacin. Lapruebaconsisteenunaseriecontinuadadeimpactossobrelaconduccinenla direccindelacelermetroperoporlabandacontrariadelaconduccinyensentido hacia el centro de la conduccin. 2.2. Anlisis demedidas - Transitorios.Cascadas de espectros Lascascadasdeespectrossonmuytilesalahoradeanalizartransitoriosde arrancada y parada de la bomba. Estostransitoriospermitendetectarasimplevistaposiblesfrecuenciasderesonancia cuandoseutilizancascadasdeespectrosparaanalizarlos.Alvariarlafrecuenciade girodelabombasehacevariarlafrecuenciadelaspulsacionesdepresinEnel momento en quela frecuenciadelas pulsacionesde presinllega a una frecuenciade resonancia,la amplitudde estas pulsacionesaumenta visiblemente.Al seguirvariando la frecuencia de giro de la bomballegaun momentoen quelas pulsacionesdepresin se alejan de la frecuencia de resonancia,volviendo adisminuir de amplitud. Lo mismo suceder conla sealdelosacelermetrosalllegarauna frecuenciapropia mecnicadelainstalacin Semostrarnlosespectrosmssignificativosdecaraaencontrarlasfrecuenciasde resonancia. Enlabandadefrecuenciasde0a75Hzesdondeestsituadalafrecuenciade rotacin de la bomba,la cual tiene una frecuenciamxima de 39 Hz. EnlacascadadeespectrosdelacelermetroAB(grficol)seobservaunaposible frecuencia propia alrededor de 35 Hz. Se podradistinguira simplevista,observandolacascadadelcaptadordepresinPB (grfico2),quealpasodelafrecuenciaderotacinpor35Hznohayninguna resonancia.Aspues,esbastanteprobablequeseaunafrecuenciapropiamecnica de la instalacin. En el tramo de 75 a 200Hz sepuedeapreciarenlos captadoresdepresin(grfico3) una evolucin constantedel 4 armnicodela frecuenciaderotacindela bomba,sin mostrarningunaresonanciaimportante.En cambioenlosacelermetros(grfico4)se apreciaunaposible frecuenciaderesonanciamecnicaalpasopor129Hzypor114 Hz. De175a400Hzparaloscaptadoresdepresin(grfico5),esdondesehan distinguidomsclaramenteunafrecuenciaderesonanciahidrulica.Laexcitacinen presinmsimportanteenbombascentrfugasdeiestilodelautilizadaenla instalacinesla frecuenciadepaso de labes,es decir8xf.rotacinEn elespectroen cascadaseobservaunclaroaumentoenlaamplituddelafrecuenciadepasodel labes a! pasoporla frecuenciade 228Hz yuna disminucinposteriorprogresiva.En cambio,enlacascadadeespectrosdelosacelermetros(grfico6)alpasodela frecuencia de paso de labespor 228Hz no se aprecianingunaresonancia,pruebade que posiblementesea una frecuencia de resonanciahidrulica. Enla fraccindebandade300a700Hznosehaobservadoningunafrecuenciade amplitudimportante,niparalosacelermetrosniparaloscaptadoresdepresin.En los acelermetrosse ve unaseal bastanteclara y no se diferencianingunafrecuencia de amplitud grande.En los transductoresde presin el efecto dela turbulenciaensucia elespectro,elcualtampocomuestraningunafrecuenciadeamplitudconsiderable, comparndoloconlaamplituddela frecuenciadepasodelabes. Porencimadelos 700Hzla fraccinavisualizaryasehadeampliarenexcesoymuestrasealesmuy sucios debidos a la turbulencia Acontinuacin,sehaceunresumende encontradas en lascascadas deespectros: Hidrulicas 228HzMecnicas 35 Hz, lasposiblesfrecuenciasderesonancia 114 Hz,129 Hz Estas frecuencias debern confirmarse con otras tcnicas de anlisis. -Pruebas deimpactos. "Frequencyresponse" y coherencias -Mediantediversastcnicasdeanlisispuedendistinguirselasfrecuenciaspropias mecnicas y ver la influencia de stas sobre las pulsaciones de presin. Lastcnicasutilizadashansido:"Frequencyresponse"orespuestafrecuencialy coherencias. Unavezrealizadoelanlisisdelafase,parteimaginariaypartereal,sedestacan como frecuenciasnaturalesmecnicas: 14-15Hz,34- 35Hz,62- 64Hz,111Hz,163 Hz, 203- 213Hz, 284-295Hz,393Hz. Porotrolado,sehacomprobadoquelospicosderesonancianaturalesencontrados conlarespuestafrecuencial,comparandolassealesdediferentescanales,todos tienencoherenciaprximaa1,pudindolasconsiderarfrecuenciasnaturalesdel sistema. 3.Conclusiones Duranteelanlisisdeltransitoriodearrancadayparadadelabombaseha encontradocomo frecuencia de resonancia hidrulicala frecuencia de 228Hz,captada slo porlos transductoresde presin,que se ha detectadoal paso dela frecuenciade paso de labes por estepunto. Duranteeltransitorio,lassealesdelosacelermetrostambinmuestranpicosde resonancia,quesehacomprobadoquesonfrecuenciaspropiasmecnicasdela instalacin,mediante el anlisis de la respuesta frecuencial y de lascoherencias. Lasfrecuenciasresultantesdeesteanlisisson:Hidrulicas:228Hz.Mecnicas:35 Hz,114 Hz, 290 Hz Elanlisisexperimentaldelassealesobtenidasenlainstalacindebombeodan comoresultadoms significativouna frecuenciade resonanciahidrulicaa 228Hz. Laaplicacindelprogramaaestainstalacin(verartculo"Estudiotericodelas condicionesderesonanciahidrulicaenuncircuitodebombeo")dacomoresultado las frecuenciasde resonanciahidrulica:fi=223.5Hz, f2 =447Hzy f3 =670.4Hz Aspues,sepuedecomprobaranconlashiptesisrealizadasenla implementacindelprograma,stedaresultadosmuyaceptables.Elresultadodela primerafrecuenciaderesonanciaencontradaporlasdosviasdeestudiodapor debajo de un 2%de error. 4.Bibliografa [1] EgusquizaE. "FlowInduced Vibrations".HydraulicDesign of HydraulicMachinery. AveburyTechnical. 1997 l .< Grfico3.Cascadadeespectrosbanda75-Grfi co4.Cascadadeespectrosbanda75-200Hz. CaptadorPM200Hz.CaptadorAM Grfi co5.CascadadeespectrosbandaGrfico6.Cascadadeespectrosbanda0-175-400Hz.CaptadorPM400Hz.CaptadorAM. Grfico1 .Cascadade espectrosbanda0-Grfico2. Cascadadeespectrosbanda0-75Hz. Acelermetro AB75Hz.CaptadorPB "Estudio terico de las condiciones de resonancia hidrulica en un circuito de bombeo" Carme Valero.ETSEIB.DepartamentoMecnicadeFluidos.AvdaDiagonal,647. E-mail:valero@mf.upc.es Resumen Enunsistemadebombeo,duranteelfuncionamientonormaldeunamquina,seproducen perturbacionestantodepresincomodecaudalquesepropaganalcircuito.Ocasionalmente,estas perturbacionespuedenamplificarsealentrareninteraccinconelsistema,generndoseamplitudes importantesquepuedenocasionarlaproduccinderuidoyvibracionesenlatubera;sedice entoncesqueha tenidolugarunacondicinderesonancia. Losmtodostericosexistentesparaeltratamientodedichoflujosehanimplementadoenun programadeclculoenentornoMATLABquepermiterealizarunestudiodelascondiciones oscilatoriasdelflujoparauncircuitohidrulicocualquiera,querespondaalaconfiguracindeun sistemaenserie,paralelooramificadobajodistintascondicionesdefuncionamiento.Esteprograma sehaaplicadoauncircuitodebombeo,obtenindoseunosresultadostericos.Sehancalculadolas frecuenciaspropias delsistema,amortiguamientoylosmodos devibracin(realizandounanlisisde lavibracinlibre),ascomolarespuestadelcircuitoaperturbacionesdedistintasfrecuenciasyla respuestaenunpuntoconcretodelsistemaenfuncindelafrecuencia(apartirdelanlisisde respuestaenfrecuencia). Finalmente,se discutenlosresultadosobtenidosy semuestranlas conclusionesprincipales. Abstract During theoperationofa hydraulicmachinehydraulicdisturbancesaregeneratedandpropagated intothesystem.Thefinaleffectofthesedisturbancesdirectlydepensontheresponseofthe circuit, whichcanamplifyorreducethem. Themainobjectiveof this workis toevaluatetheoreticallytheresponseofalaboratorypumping system. For the theoreticalapproachTransferMatrixandImpedancemethodshavebeenbuiltup in aMatlabenvironment.Apackage tosolvetheseequationhasbeenbuiltupinaMatlabenvironment andit allows tostudy theoscillatingconditionsofanyinstallationunderdifferentworkingconditionsof themachine.ltcalculates thefollowing: -Naturalfrequenciesof the wholesystem. -Vibrationalmodeshapes. -Relativeamplitudesin anypointdependingon theexcitation. 1.Introduccin Duranteelfuncionamientodeuncircuitohidrulicoseproducenperturbacionesde presinydecaudaltantodurantelostransitorioscomoenoperacinnormal.Puede pasarqueseamplifiquendandolugarafluctuacionesdepresinimportantesque ponganenpeligrolainstalacin.Enestecaso,enelcircuitosehaproducidouna condicin de resonancia. La amplificacindelapresiny,porlotanto,lacondicinderesonanciatendrlugar cuandola frecuencia dela excitacin coincida con una frecuencia propia del circuito. Haymuchoselementosenuncircuitoquegeneranexcitacionesquepuedenprovocar resonancias[1]:unabombafuncionandoencondicionesnormalesprovoca perturbacionesdepresinproducidasfundamentalmenteporelpasodelabesporel cortaaguas o porlos elementos directrices;en una turbina trabajando a carga parcialse producela formacindevrticesespiraleseneltubodesalidaqueprovocantambin fluctuacionesdepresin;igualmentepuedepasarcuandotienelugarel desprendimientodevrticesenunacompuertaoenalgunaotraestructurahidrulica, etc.Estasperturbacionescuandoentranenresonanciaconelcircuitohidrulico provocan efectos totalmenteindeseables para elbuen funcionamiento de la instalacin: -Generacin de ruido en sistemas de bombeo. -Inestabilidades en sistemashidroelctricos. -Peligro de rotura por fatiga en cualquiercircuito Por lo tanto, en un circuito,deben conocerselas excitacionesprincipalesy larespuesta modaldelcircuitoenlaetapadediseoparaevitarproblemasduranteel funcionamiento,o bien para resolver problemas existentes una vez la instalacin est ya funcionando. 2.Modelo terico [2], [3] Parala aproximacin tericase ha utilizadoel mtodo dela matrizdetransferencia. El anlisisdeun sistema consisteenuna secuenciaordenadade productode matricesqueincluye todoslos elementosen unsistema. Si se asumela existenciade una oscilacinlibre en el fluido,el sistemade ecuacionespuede escribirsecomo: [ G] ( X) =0(1) Donde: [G]:matriz globaldelsistema (X):vectorconstituidaporlas variablesdelsistema. Cuando existeunavibracinlibre en el sistema,los elementosde(x)nopueden ser todoscero. As,el determinantedela matrizglobaldel sistemadebesercero: |G| = 0(2) Cadauno delos valorespropioscorrespondea un vectorsolucin: MkH X |keV(3) dondesk: frecuenciacomplejaak+ jco k( ak:factorde amortiguamiento;ok: frecuencianatural). Apartirdela frecuenciacomplejaskpuedencalcularselosmodosde vibracindel sistema. Cuandoen elsistemaseintroduceun excitador forzado,desarrollndoseuna vibracinoscilatorio-estacionaria,la presiny elcaudalvaranarmnicamenteen cadapuntodelsistemaala frecuenciadela vibracin.En este caso,la partereal dela frecuenciacomplejaescerodadoquela oscilacinestacionariasemantiene por el excitadorforzado Se ha desarrolladoun paqueteinformticoparala resolucinde este tipode problemaseninstalacioneshidrulicasquellevenincorporadosloselementos hidrulicosms comunes(bombas,turbinas,vlvulas,...)y querespondanauna configuracinde sistemasenserie,paraleloo ramificadoEl programapermite estudiarlas condicionesoscilatoriasde cualquierinstalacinde este tipotrabajando bajo distintascondicionesde funcionamiento.,enparticularse puedecalcular fcilmente: -Frecuenciasnaturalesdelsistema. -Modosdevibracin. -Amplitudesrelativas(en alturay en caudal)de cualquierpuntodependiendodela excitacin. Las principales hiptesis de trabajo que se han tomado son las siguientes: -Sehaconsideradoentodosloscasosquenoexisteinteraccinentrefluidoy estructura -Fluidopococompresible(aplicacinalcasodelquidos)yquecirculaabajas velocidades( M1) -Elflujonoestacionarioestudiadosepuedeclasificarcomoarmnicopermanente,es decir,quelescondicionesdel flujoserepitenidnticamentea cadaintervalodetiempo fijado;porlo tanto,se asumela existenciade un movimientooscilatorioperidicoenel sistema fluido -SehanreducidolosefectosviscososauncoeficientRsegnlaecuacindeDarcy-Weisbach. -Clculotericode la velocidad de las ondas depresin 3.Resultadostericos La eleccindelainstalacindebombeoenlaboratorioseha realizadobsicamente por el hechode quese tratabadeunainstalacindondesepodaprobarlavalidez delprogramade clculoen unainstalacinde estascaractersticasde forma relativamentesencilladadoque se evitabanlosproblemasquepodransurgiren unainstalacinreal,y adems erams fcilvariarlosparmetrosimportantes (comopor ejemplola velocidadderotacindela mquina)queparaunainstalacin real.El circuitoescogidoes el que se encontrabadisponibleen elLaboratoriode Mecnica deFluidos del'E.T.S.E.I.B. 1)Depsitometlico 2)Bombacentrfugaunicelularde8labes(sindifusor)H mxima de 20 m. Potenciamxima del motor 2.45kW. 3)Conducciones: Acero galvanizadoDimetrointerior 0.019m. Longitud aspiracin 0.95 m e impulsin1.98 m. 5)Depsitosuperior 6)Regulador de velocidad de giro de labomba Figura1.Instalacindebombeo La velocidad de las ondas de presin se ha tomado constante e igual a 1421.32 m/s.La bomba se ha simulado a partit de la pendiente en el punto de funcionamiento,calculado a partir de la curva caracterstica obtenida experimentalmente.El valor del pendienteen el punto de funcionamientoha resultadoigual a -1.856104 m2/s y el valor del caudal de 0.9289e"3 m3/s. Mediante la aplicacin del programa se han calculadolas tres primeras frecuenciaspropias: 51= -9.113 + j1404 (rad/s)f, =223.5 Hz 52 = -4.923 + j 2808 (rad/s) ^>f2=447 Hz s3 = -18 + j 4212(rad/s) ^>f3=670.4 Hz Los grficos1 y 2 muestranlos modos de vibracin calculadosparaestas tresprimeras frecuencias,as como la dependenciaimpedancia (cociente entre la altura y el caudal)-longitud. Porotroladosehaestudiadotericamentelarespuestadelsistemaaunaexcitacin conocida.En este caso se ha impuestola existenciade una fluctuacin de presin en el depsitosituadoaguasarriba.Lascaractersticasgeomtricasdelsistemanosehan variado y la simulacin se ha realizado manteniendola existencia de la bomba. Se han obtenido dos tipos de resultados: -Respuestadelsistemacuandola fluctuacindepresinseproduceaunafrecuencia igualalaprimera,segundaytercerafrecuenciaderesonancia, ysehancomparado con la respuesta obtenida cuando nos alejamos de stas. -Respuestadel sistema en un punto de la instalacin en funcin de la frecuencia. El grfico3muestrala respuestadel sistemaalas tresprimeras frecuenciaspropias y las que les siguen muestran los resultados que se han obtenido cuando se haimpuesto unaexcitacinaunafrecuenciadistintaaladeresonancia.Sepuedevercomoel sistema tiene una respuestamucho mayor en amplitud paralas tres frecuenciaspropias que a les otras que se ha probado. El grfico 4muestrala respuestadelsistemaenunpuntoconcretodelainstalacin en funcindela frecuencia.Elpuntoescogidoeselde justoantesdelabomba,y para este puntose puede vercomola respuestaesnotableparalos tresfrecuencias (notarqueW=1404rad/s=>f=223.5Hz;W=2808rad/s=^>f=446.9HziqueW=4212 rad/s=>f=670.4Hz).Paraestepunto,larespuestamsimportanteseraala segunda frecuenciapropia. 4.Conclusiones La simulacin en el banco de ensayo bsicamente tenia como objetivo validar el programa de simulacin en un problema de bombeo.Esta validacin sehar unavez se hayancon contrastadolos resultados experimentales(se presentan en el artculo "Estudio experimental de las condiciones de resonancia en un sistema debombeo"). En estecaso se trataba de una instalacinsencilla donde nicamente haba tuberas en serie y un elemento hidrulico adicional (bomba).Se ha visto que dadas les caractersticas de la bomba (bomba que conduce un caudal pequeo,con un pendiente elevado en el punto de funcionamiento),sta prcticamenteno influencia en el valor del periodo natural del sistema; estono suceder en otros casos en que el caudal sea ms grande y el pendiente ms pequeo. A partir de los grficos impedancia-distanciapara las tres frecuenciasnaturales calculadas se ha visto que en ninguno de los tres casos existe ha un mximo de impedancia en la posicin de la bomba (x=0.95 m), situacin que correspondera al modo oscilatorio ms peligroso si se considerala mquina como excitadorpotencial. Por otro lado,se ha visto que a travs del programa tambin se puededeterminar la respuesta del sistema a una excitacin conocida y como steresponde de forma mucho ms importante cuando se impone la frecuencia de la excitacinigual a unade las frecuencias propias.y, da e 5.Bibliografa EqTSn1cr^97dUCedW b r a t i 0 n S"H y d r a U , i C^fH y d r a u l i cW i n e r y . g K8-S , r e e , e r'V LT l u i dT r a n s i e" t sinSystems".MoGrav^Hill(1stEd.1978). K M ""A P P l i 8 dH y d r a U H C T r a n S i e n t S"V a nN o s , r a n dR e i n h ' Company. Caracterizacin de ventiladoresinestables. Parte primera: comportamientoaerodinmico SandraVelardeSurez,CarlosSantolariaMorrosyRafaelBallesterosTajadura readeMecnicadeFluidos.UniversidaddeOviedo E.T.S.I.I.eI.I.CampusdeViesques.33271.GIJN sandrav@sci.cpd.uniovi.es Resumen Enestetrabajosepresentaunestudioexperimentalynumricosobreelcomportamiento aerodinmicodeunventiladorcentrfugodecaractersticainestable.Unavezobtenidaslascurvas caractersticas,quepermitendeterminarlazonadefuncionamientoinestable,serealizaunestudio experimentaldelascondicionesdelflujoala salidadelrodete,enlavoluta.Esteestudioconsisteen laobtencindesealesdepresinyvelocidadendistintasposicionesycondicionesde funcionamiento,mediantelautilizacindetransductoresdepresinysondasdehilocaliente respectivamente.Acontinuacin,yconobjetodecompletarlasconclusionesobtenidasenelestudio experimental,sehautilizadounprogramacomercialparasimularelflujoenelventilador.Deesta formapuedenobtenerselascaractersticasdelflujoenelinteriordelrodete,cuestinmuydifcilde abordarexperimentalmente.Elestudiorealizadopermiteincrementarelconocimientosobreuntema complejoyannosuficientementetratado,ademsdeconstituirlabasedetrabajosposteriores sobrela generacinaerodinmicaderuido. Abstract Inthiswork,anaerodynamicstudy,includingexperimentalandnumericalanalysis,onaforward-curvedradialbladedfanhasbeencarriedout.Fanperformancecurveswereobtained,showingits unstablebehaviouroverawideoperatingrange.Followingthis,thevelocityandpressurefieldsat theoutletof theimpeller weremeasuredusinghot wireprobesandpressuretransducers,fordifferent operatingconditions.AlsoanumericalstudyoftheflowfieldatthefanhasbeenmadeusingaCFD code. 1.Introduccin Enlosventiladorescentrfugosconrodetesconstruidosconlabescurvadoshacia delante(enelsentidoderotacin)sepresentanfenmenosdeinestabilidad importantes,quelimitanelrangodeoperacindeestasmquinas,aunqueporotra partepresentanlaventajadeuntamaoycosteinferioresaotrasalternativas.Una caractersticafundamentaldeestosrodeteseseldeficienteguiadodelacorriente relativa,comoconsecuenciadelacortaextensinradialdeloslabesydesugran curvatura,locualsecompensaenparteporelelevadonmerodelosmismos.Este guiado deficienteprovoca el desprendimientode la corriente,incluso en lascondiciones de flujoptimas,aquellasenlascualeselrendimientoesmximo(puntoocaudalde diseo).Una perturbacin,peridica o aleatoria,de las condiciones de entrada o salida, puedeseramplificada,provocandolainestabilidaddelflujoenelventiladoryenel circuito,dandolugara fenmenosconocidoscomooscilacionesenmasay depresin, des pr endi mi ent orotativo y generacinde ruido y vibraciones. Cau etal.(1987)muestranensutrabajoqueeldeficientediseodelcanaldeflujoen estos ventiladoresdalugaraun flujoprincipalseveramentedistorsionado,apareciendo pr emat ur ament eseparacindelflujoenlacaradesuccin,tantoacaudalesbajos comoinclusoenelcaudaldediseo.Estosautoresatribuyenlasdeficienciasde f unc i onami ent odeestasmquinasalgirobruscodelacorrientedeladireccinaxiala la radial y a un mal acoplamientoentre el rodete y la voluta. Enestetrabajosepresentaunestudioexperimentalynumricosobreel comportamientoaerodinmicodeunventiladorcentrfugodecaractersticainestable. Unavezobtenidaslascurvascaractersticas,quepermitendeterminarlazonade funcionamientoinestable,serealizaun estudioexperimentaldelascondicionesde flujo tanto enla entradadel ventiladorcomoa lasalidadelrodete,enla voluta.Esteestudio consisteenlaobtencindesealesdepresinyvelocidadendistintasposicionesy condicionesdefuncionamiento,mediantelautilizacindetransductoresdepresiny sondasdehilocalienterespectivamente.Acontinuacin,yconobjetodecompletarlas conclusionesobtenidasenelestudioexperimental,sehautilizadounprograma comercialparasimularelflujoenelventilador.Deestaformapuedenobtenerselas caractersticasdelflujoenelinteriordelrodete,cuestinmuydifcildeabordar experimentalmente. 2. Caracterizacinfuncionaldelventilador 248 498 loLosensayossehanrealizado sobreunventiladorcentrfugode simpleaspiracin.Elrodetetiene un dimetrodeentradade300mm ydesalidade 400mm,y constade 38labescurvadoshaciadelante. Elventiladorestacoplado directamentea un motorde9.2kW, accionadoa1460rpm.Enlafigura 1semuestraunesquemadel ventiladorconsusdimensiones principalesexpresadasenmm.La distanciamnimaentre el rodete yla volutaesde50mmenlazonadel corta-aguas.El ngulode entradadel labees de 0o respectoala direccinradial.Esta caractersticaimplicaqueexistirchoquedelacorrienteincidentecontraellabeen cualquiercondicindefuncionamiento,inclusoparaelcaudaldediseo.Elngulode salidadellabeesde74respectoaladireccinradial.Sehadiseadounbancode ensayossiguiendolasnormasBS848:Part1:1980. Methodsoftestingperformancey BS 848: Part 2:1985. Methodsofnoisetesting.De esta formapuedeutilizarselamisma 300 400 Fi gur a1.Vent i l adorobj et odeest udi o instalacin tanto paralos ensayos de prestacionescomo paralos acsticos.En la figura 2sepresentaunesquemadeestebancodeensayos.Lascurvasdepresintotal, potencia y rendimientoen funcin del caudal se han obtenidosegnlas indicacionesde la norma.El procedimientodetalladoas comola instrumentacinempleadaserecogen en trabajos anteriores(Velarde,1997). Secci nASecci nB Ventilador, s e 23 1 Conode regul aci n ili UT < J I * TT Figura2.Bancodeensayos Enlas figuras3y4serepresentan lascurvascaractersticasdel ventilador.Enlacurva correspondientealapresintotal puedeobservarseunaampliazona dependientepositiva,enlaque puede producirseinestabilidad. Losfenmenosdeinestabilidad msimportantesquerefieren diversosautoresconsultadosson lossiguientes:separacindelflujo enloscanalesentrelabes, recirculacinyprerrotacin,que suelen darlugaralincrementode la generacinderuidoyvibraciones mecnicas,ascomodisminucin deprestacionesaerodinmicas.El puntode diseo,correspondienteal rendimientomximo,coincidecon elcomienzodelapendientenegativa.Estacircunstanciarevelaunmaldiseodel ventilador,quefuncionarhabitualmenteencondicionesdesfavorables.Lacurva correspondientealapotenciaelctricaconsumidaporelventiladorpresentaun crecimientocontinuadoymuyacusadoconelcaudal,pudiendoproducirsedaospor sobrecargaenelmotorelctricoencasodefuncionamientoacaudaleselevados durantelargosperodos. 3. Caracterizacinexperimental delflujo Figura3. Curvasdepresintotalyrendimiento ra -o o O. Figura4. Curvadepotenciaconsumi da Sehaestudiadoel flujoenlavoluta del ventilador,a la salidadelrodete, mediantelaobtencindeseales de presin y velocidadendiferentes posicionesyparatrespuntosde funcionamiento:elcorrespondiente al caudalde diseoy dosinferiores, el40%y70%delmismo.Parala obtencin delassealesdepresin sehanutilizadocomotransductoresmicrfonosde1/4",adecuadosalaamplitudy frecuenciadelasoscilacionesa medir.Paralamedidadela velocidadsehanaplicado tcnicasdeanemometratrmica;mediantelautilizacindeunasondadehilocaliente dedoshilossehanobtenidolasdoscomponentesradialytangencialdelcampode velocidad,consideradobidimensional.EnVelarde(1997)puedeencontrarseuna descripcindetalladadelainstrumentacinempleada,ascomosucalibracinyel procedimientodemedida.Se haestimadounaincertidumbredel2%paraelmdulode la velocidad y de 2o para elngulo. 50 m Figura5. Vectoresdevel oci dad Enlafigura5serepresentaunesquemadel ventilador,conlasposicionesenquesehan realizadolasmedidasysobreellaslos vectoresdevelocidadobtenidosparael70% delcaudaldediseo,promediadosaunsolo valor.Lasposicionessituadasmsprximasa lasalidadelrodetesedenominarnenlo sucesivointeriores,ylasmsalejadas exteriores.Lasposicionesdemedidaestn situadasa10y40mmrespectivamentedel planode salidadel rodete en direccinradial,y en el planomedio del anchodel rodete. Apartir delasmedidasdevelocidadenunareferencia absolutasehacalculadolavelocidaddela corrienterelativa,consucorrespondiente ngulo,quesecomparaenlafigura6conel ngulode salidadellabe. 101112 Enla figura7serepresentalaevolucin delassealestemporalesdevelocidad, promediadasenelespaciodeuncanal entre labes,en elpunto6 interiorypara losdiferentescaudalesestudiados. Puedeobservarseclaramenteenesta representacinlaestructurancleo-esteladelflujo,enlasdoscomponentes delavelocidad.Laformadeestas distribucionesesmuysemejanteenlos trescaudalesrepresentados.La componentetangencialdelavelocidad,adimensionalizadaconlavelocidaddepunta en el rodete,aumentaalhacerloelcaudal,comocorrespondeala zonainestabledela curvacaracterstica,enlaquelapresingeneradaporelventiladoraumentaconel caudal.Lacomponenteradialdelavelocidadsehaadimensionalizadoconla componenteradialmediacorrespondienteacadacaudal.Enla figura8serepresenta Posi ci onesdemedi da 40% Qo 70% Qo 0Qo BLADE ANGLE Figura6. ngul odelacorrienterelativa elespectrodelacomponentetangencialdelavelocidadcorrespondienteal70%del caudaldediseoenelpunto5interior,dondeseobservaclaramenteelpico correspondienteala frecuenciadepasodelabesascomosuprimerarmnico.Sin embargo,la estructurancleo-estelay elpicocorrespondienteala frecuenciadepaso delabesnohanpodidoobservarseporigualentodaslasposicionesdemedida, revelndoseunagranasimetradelflujoenlavolutayapareciendocomoprincipal factordistorsionanteelcorta-aguas.Algomuysimilarocurreconlasoscilacionesde presin. 4. Caracterizacinnumricadelflujo Comocomplementoalestudio experimental,se hautilizadoelprograma comercialFLUENTparasimularelflujo enelrodetedelventilador.Como dominioderesolucindelasecuaciones sehatomadoelespacioentredos labesconsecutivosdelrodete, prolongndoseendireccinradialtanto enlaentradacomoenlasalidalo suficientecomoparanodistorsionarla simulacindelflujoenlaszonasdeinters.Sehaadoptadounmalladotriangularno estructurado.El modelo fsicoes bidimensional,incompresibley turbulento(modelo k-e estndar). Enlafigura9serepresentanlaslneas decorrientedelflujoparaelcaudalde mximorendimiento.Enelinteriordel rodeteestarepresentacinserealizaen elcamporelativo,mientrasquefueradel mismosehaceenunareferencia absoluta,enconcordanciaconlas condicionesdecontornodefinidasen cadazona.Puedeobservarsela existenciadeunazonadeseparacino desprendimientodelacorrientesobrela caradesuccindellabe.Este comportamiento,msacusadoa caudalesinferioresaldediseo,eradeesperarteniendoencuentaelchoquedela corrientecontraellabeencualquiercondicindefuncionamiento,impuestoporel deficiente diseo del labe en la entrada (ngulo de 0o respecto a la direccinradial). I i - o -Ur/Um Utg/U2 024681012 UNCANAL Figura7.Componentesdelavel oci dad 3.5 2. 5 15 0 5 L J 5001000 Frecuencia(Hz) tfilfHliltn7MlMljflflMll 15002000 Figura8.EspectrodeUtg 5.Conclusiones Seharealizadouncaracterizacin exhaustivadelflujoenunventilador ^,centrfugoconlabescurvadoshacia delante.Lacaracterizacinfuncionaldel >ventiladorhapermitidodeterminarla existenciadeunaampliazonainestable defuncionamiento,enlaqueest contenidoelcaudaldediseo, imponiendoportantounascondiciones desfavorablesdeformahabitual.La Figura9.Lneasdecorrienteenelrodetecaracterizacinexperimentaldel flujoala salidadelrodetehapermitidoconstatarlaexistenciadeunpatrndeflujono axisimtrico,congrandesvariacionesentreunasposicionesyotrasdelavoluta,tanto enmduloydireccindelavelocidadcomoenlaestructurancleo-estela.Elfactor distorsionadorclavepareceserelcorta-aguasdelavoluta.Encuantoalas caractersticasespectralesdela presiny las componentesdela velocidad,predomina enlamayorpartedeloscasoslafrecuenciadepasodelabes,disminuyendoal disminuirelcaudal,mientrasqueenlazonaprximaalcorta-aguaselespectro contienepreferentementecomponentesenbandaanchaya baja frecuencia.Mediante unasimulacinnumricasehapodidoobservarlaexistenciadeunazonade desprendimientodelacorrienterelativasobrelacaradesuccindellabe,ms importanteamedidaquedesciendeelcaudal,peroclaramentevisibleinclusoenel caudal de diseo. Agradecimientos Estetrabajohasidorealizadoalamparodelproyecto"Estudiodelosmecanismosaerodinmicosde generacinacsticaenventiladoresaxiales"(Ref.PB-TDI97-01),financiadoporelPlanRegionalde Investigacin del Principadode Asturias. 6. Referencias -Blanco,E.,Ballesteros,R.,Santolaria,C.,1998,"Angularrangeanduncertainty analysisofnon-orthogonalcrossedhotwireprobes",ASMETrans.,Vol.167,J.of FluidsEng., Vol.120, pp.90-94. - BritishStandardBS-848,1980,"Fans forgeneralpurposes.Part1. Methodsof testing performance". -Cau,G.;Mandas,N.;Manfrida,N.;Nurzia,F.1987."Measurementsofprimaryand secondaryflowsinanindustrialforward-curvedcentrifugalfan",ASMETrans.,J.of FluidsEng., Vol.109, pp.353-358. -Chu,S.;Dong,R.;Katz,J.,1995,"Relationshipbetweenunsteadyflow,pressure fluctuations,andnoiseinacentrifugalpump-PartA:UseofPDVdatatocomputethe pressure field", ASME Trans.,J. of FluidsEng., Vol.117, pp. 24-29. -Chu,S.;Dong,R.;Katz,J.,1995,"Relationshipbetweenunsteadyflow,pressure fluctuations,andnoiseinacentrifugalpump-PartB:Effectsofblade-tongue interactions", ASME Trans.,J. of FluidsEng., Vol.117,pp. 30-35. -VelardeSurez,S. (1997),"Comportamientoaeroacsticode ventiladoresinestables", Tesis Doctoral,Universidad de Oviedo. Caracterizacinde ventiladoresinestables. Parte segunda: comportamientoacstico SandraVelardeSurez,CarlosSantolariaMorrosyRafaelBallesterosTajadura readeMecnicadeFluidos.UniversidaddeOviedo E.T.S.I.I.el.l.CampusdeViesques.33271.GIJN sandrav@sci.cpd.uniovi.es Resumen Enestetrabajosepresentaunestudioexperimentalynumricosobreelcomportamientoacstico deunventiladordecaractersticainestable.Enprimerlugarseobtienenlosespectrosdelnivelde potenciasonorageneradoporelventilador,endiferentescondicionesdefuncionamiento.Deesta formaseidentificanlasfrecuenciasfundamentalesdegeneracinderuidoysuevolucinconel caudal.Acontinuacinseanalizanlosmecanismosaerodinmicosdegeneracinacsticadel ventiladorbasndoseenelestudiodeltrminofuentedelaecuacinderuidovorticaldePowell.El procedimientoempleadoconsisteenlaobtencindelavorticidadydeltrminofuenteapartirdelos resultadostantoexperimentalescomonumricosdeunestudioaerodinmicoprevio. Abstract Inthisworkanacousticstudy,includingexperimentalannumericalanalysis,onaforward-curved radialbladedfanhasbeencarriedout.Firstthefansoundpowerlevelspectraforseveralworking conditionsweredetermined.Followingthistheaeroacousticbehaviourofthefanhasbeen characterizedbyobtainingthevorticityfieldattheimpelleroutlet,whichisknowntoberelatedtothe tonalnoisegeneration. 1.Introduccin La mayorparte delos progresosrecientessobregeneracinaerodinmicaderuidopor labesgiratoriosestnbasadosenlaanalogaacsticadesarrolladaporLighthill (1952)yFfowcsWilliamsyHawkings(1969).Otraaportacinimportanteeslade Powell,conla teoradelruidovortical(1964),tambinbasadaenla analogaacstica, dondeeltrminofuentedegeneracinseexpresaenfuncindeloscamposde vorticidad y velocidad. Pararealizarunanlisissobrelosmecanismosaerodinmicosdegeneracinderuido enventiladoressepuedepartirdelasolucindelaecuacindeondaobtenidapor FfowcsWilliamsyHawkings(1969).En estaecuacinaparecendistintostrminosque puedenidentificarseconlosdiferentesmecanismosaeroacsticosdegeneracin presentesenelmovimientodesuperficiesrgidas:ruidocuadripolar,relacionadocon lastensionescortantesturbulentas,ruidodipolar,debidoalasfuerzasestacionariasy noestacionariasejercidasporlassuperficiessobreelflujoyruidomonopolarode espesor,generadoporlosefectosdedesplazamientodevolumendelassuperficies mviles.Aunquelasradiacionesmonopolarycuadripolarpuedentenerimportanciaen algunoscasos,laprincipalfuentedegeneracinderuidoenventiladoressonlas fuerzassobreloslabes,aletasycarcasadelventilador,generadasporsuinteraccin con el flujo turbulento.Las fuerzassobrelos labespuedenserdenaturalezaperidica o aleatoria,yportantoelcamposonororesultantetendrcomponentesdiscretasyen banda ancha(Neise,1992). Enestetrabajosepresentaunestudioexperimentalynumricosobreel comportamientoacsticodeunventiladordecaractersticainestable.Enprimerlugar seobtienenlosespectrosdelniveldepotenciasonorageneradoporelventilador,en diferentescondicionesdefuncionamiento.Deestaformaseidentificanlasfrecuencias fundamentalesdegeneracinderuidoy suevolucinconelcaudal.Acontinuacinse analizanlosmecanismosaerodinmicosdegeneracinacsticadelventilador basndoseenelestudiodeltrminofuenteenlamencionadaecuacindePowell.El procedimientoempleadoconsiste enla obtencindela vorticidady del trmino fuente a partirdelosresultadostantoexperimentalescomonumricosdeunestudio aerodinmicoprevio,(vase Velardeet al.,1998-1). 2. Caracterizacinacsticadelventilador Losensayossehanrealizadosobreunventiladorcentrfugodesimpleaspiracin, cuyosdetallesconstructivosaparecenenlareferenciaVelardeetal.(1998-1).Seha diseadoun bancodeensayossiguiendolasnormasBS848: Part1: 1980. Methodsof testing performanceyBS848:Part2:1985.Methodsofnoisetesting.Deestaforma puede utilizarsela mismainstalacin tantoparalos ensayosdeprestacionescomopara los acsticos.Elniveldepresinsonorasemideconunmicrfonode1/2",acopladoa un conodeproteccinantivientoyconectadoaunanalizadorde frecuenciaentiempo real.Para calcularlosnivelesdepotenciasonoradelventilador(SWL)se ha seguidoel procedimientoindicadoenlanorma,basadoenlamedidadelosnivelesdepresin sonora(SPL). En la figura1 sepresentaunespectrodelniveldepotenciasonora,correspondienteal 40%delcaudaldediseo.Puedeobservarseenestafiguraelclaropredominiodel ruidoabajafrecuencia,enparticularlabandamsimportanteeslaquecontieneala frecuenciadegirodelventilador(25Hz),destacandotambinsuquintoarmnico (bandade160Hz).Lafrecuenciadepasodelabes,contenidaenlabandade1000 Hz;presentapocaimportanciarelativafrenteaotrasfrecuenciasmsbajas, aprecindosesuprimerarmnicoconlamismamagnitud.Enlafigura2serecogeel espectrocorrespondientealcaudaldediseo.Aunqueelruidoabajafrecuenciaha disminuidode formaconsiderablerespectoalcasoanterior,la frecuenciapredominante siguesiendoladegiro,destacndoseclaramentesusarmnicossegundoyquinto.El valordeesteltimonovaraconrespectoalcasoanterior,deducindoseelorigen mecnicodelaemisinsonoraenestabanda.La frecuenciadepasodelabesysu primerarmnicoaumentanligeramenterespectoalcasoanterior,aunquesiguen teniendopocaimportancia frente al ruido a frecuenciasms bajas. 40%QoQo 801603156301.252.55K10K Fr ecuenci a(Hz) 16031563012525 Fr ecuenci a(Hz) 5K10K Figura1.EspectrodeSWL,40%QoFigura2.EspectrodeSWL,Qo Enlafigura3serepresentalaevolucindelniveldepotenciasonoratotalyalas frecuenciasdegiroydepasodelabesenfuncindelcaudal.Enlacurvadelnivel totalse observanvaloresmuy altosenla zonadecaudalesbajos(secorrespondecon la zonadependientepositivaeinestabilidaddela curvadepresin-caudal).Elmnimo enestacurvacorrespondealpuntodemximorendimiento,yvuelveasubir,aunque nodemasiado,enlazonadecaudaleselevados.Lafrecuenciadegiropresentasus valoresmsbajosentornoa1-1.4veceselcaudaldediseo,yaumentadeforma considerableacaudalesinferiores.Estaevolucinpodraestarrelacionadaconla existenciadeprerrotacinacargaparcial,ynoesextraoqueaparezcainclusoen caudalessuperioresaldemximorendimiento.Encuantoala frecuenciadepasode labes,seobservaquepresentaunmnimosobreel70%delcaudaldediseo.Por debajodeesecaudalelnivelaumentaalgo,perolatendenciamsdestacableesel aumentoimportante y continuadoa medidaque aumentael caudal,a partirdel 70% del caudaldediseo.Elruidotonalaestafrecuenciaesatribuibleengranmedidaal choquedelasestelasdeloslabescontraelcorta-aguas,yporellonoesdeextraar la evolucinobservada. 456 Uncanal Figura3.Evol uci ndelSWLconelcaudalFigura4. Vorti ci dadpromedi adaauncanal 3. Estudiodel comportamientoaeroacsticodelventilador Una vezestudiadoexperimentalmenteel flujoenlasalidadelrodete,serelacionanlas caractersticasobtenidasen el estudioaerodinmicoprevioconlageneracinderuido, a travs dela ecuacin dePowell(1964): 4K - v-AP '~A,Vr>Auj(i ) c/cLa obtencindeltrminofuentequeapareceenlapartederechadeestaecuacinno ha sidoposiblea partirdel estudio aerodinmicoexperimental,debidoa laimposibilidad derealizarunaderivacinenladireccinradial.Porello,sehaintentadoestudiarel acoplamientoaeroacsticoapartirdelaobtencindelavorticidad,quetendruna nicacomponenteenestecaso,porhaberconsideradoelflujobidimensional.Aunque la obtencindirectadelavorticidadnoes tampocoposibleporlacitadadificultaddela derivacinendireccinradial,sehaaplicadounprocedimientoindirectoqueutilizala formulacindeCroccodelaecuacindeEuler.Losdetallesdeesteprocedimientose encuentran en el trabajode Velardeet al.(1998-2). En la figura 4 se representala evolucin temporalde la sealde vorticidad,promediada en el espaciodelcanalentredos labesen un puntodela voluta,a 40mm delasalida delrodete,paralosdiferentescaudalesestudiados,dondepuedeobservarsecon bastanteclaridadlaestructurancleo-esteladelflujo,msacentuadaamedidaque aumentaelcaudal.Enlafigura5serepresentaelespectrodevorticidad correspondientealmismopunto,parael40%delcaudaldediseo,dondeapenasse destacaalgnpicorelevante.Enla figura6serepresentaelespectrocorrespondiente alcaudaldediseo,dondeseapreciayaclaramenteelpicodela frecuenciadepaso delabes,einclusosuprimerarmnicodbilmente.Sinembargoexistengrandes diferenciasentrelos resultadosde unospuntosdela voluta y otros. 180 160 140 Sf120 A o100 M l l i i h 1000 Frecuenci a(Hz) 1000 Frecuenci a(Hz) Figura5.Espectrodevorti ci dad,40%QoFigura6.Espectrodevorti ci dad,Qo Conobjetodecompletarelestudioaeroacsticoseharealizadounasimulacin numricadel flujo,mediantelaaplicacindeunprogramacomercialdesimulacincon unascondicionesdecontornoadecuadas,obtenidasapartirdelestudioexperimental. Estasimulacinhapermitidolaobtencindelcampodevorticidadenlasalidadel rodete, y tambin el clculo del trmino fuente completo de la ecuacindePowell.En la figura7serepresentaestetrminofuenteenlasalidadelrodeteparael70%del caudal de diseo.En esta figurase observanvaloresmuyelevadosde este trminoen losbordesdesalidadeloslabes,paradisminuirrpidamentealalejarseendireccin radial.Elefectodelaesteladeloslabes,muyimportanteenlasalidadelrodete,va disminuyendoprogresivamente,hastadesaparecerporcompletoaunadistanciade unos 40 mm. 4.Conclusiones Sehacaracterizadoespectralmenteelniveldepotenciasonorageneradoporel ventilador,observndosequelasfrecuenciasfundamentalessonladerotacindel rodete con alguno de sus armnicosy la de paso de labescon su primerarmnico,en este orden de importancia,aunque con una evolucin muy distinta frente al caudal. Se han relacionadolos fenmenosaerodinmicosestudiadostantoexperimentalcomo numricamenteconla generacinderuido.Laobtencinexperimentaldelavorticidad ha permitido determinarque la frecuenciapredominanteen estasseales esla de paso de labes, si bien con unaimportanciamuy desigual frente a la posicin y al caudal.En particular,enzonasprximasalcorta-aguasyacaudalesbajoslosespectros observadoscontienencomponentespreferentementeenbandaanchayafrecuencias relativamentebajas.Estosresultadosconcuerdanconlapocaimportanciarelativaque elruidotonalalafrecuenciadepasodelabestieneenlosespectrosdelnivelde potencia sonora generadapor el ventilador. Enparticular,delestudiodelasdistribucionesyespectrosdelavorticidadpuede Figura7. Evolucindel trminofuentea la salidadelrodete concl ui r sequeelruidoaerodinmicotonalseproducepreferentementealafrecuencia depasodelabesyenmuchomenormedidaasuprimerarmnico,aumentando adems este ruido tonal al hacerlo el caudal.Otras caractersticasdelespectro deruido -elpredominioclarodelruidoalafrecuenciadegiroylaexistenciaderuidoaotras frecuenciasrelativamentebajas-nohanpodidoserexplicadasenrelacinconlos fenmenosaerodinmicos,deducindoseportantoquelageneracinacstica predominanteenesteventiladortieneorigenmecnico.Deberesearse,sinembargo, lagranimportanciaquetieneelestudiodelruidotonalalafrecuenciadepasode labesencaminadoasureduccin,debidoaqueseproduceenunabandade frecuencia(1000Hz)muchomsaudible-yportantomssusceptibledecausar molestias a las personas- que las correspondientesal ruidomecnico. Agradecimientos Estetrabajohasidorealizadoalamparodelproyecto"Estudiodelosmecanismosaerodinmicosde generacinacsticaenventiladoresaxiales"(Ref.PB-TDI97-01),financiadoporelPlanRegionalde Investigacin del Principadode Asturias. 5. Referencias -British StandardBS-848,1985,"Fans for generalpurposes.Part 2. Methods of noise testing". -Chu,S.,Dong,R.,Katz,J.,1995,"Relationshipbetweenunsteadyflow,pressure fluctuations,and noisein a centrifugalpump-Part A:Use of PDV data to computethe pressure field", ASME Trans.,J. of FluidsEng., Vol.117, pp. 24-29. -Chu,S.,Dong,R.,Katz,J.,1995,"Relationshipbetweenunsteadyflow,pressure fluctuations,andnoiseinacentrifugalpump-PartB:Effectsofblade-tongue interactions", ASME Trans.,J. of FluidsEng., Vol.117, pp.30-35. -FfowcsWilliams,J.E,Hawkings,D.L.,1969,"Soundgenerationbyturbulenceand surfacesin arbitrarymotion",Phil. Trans.Roy.Soc. A 264,pp.321-342. -Lighthill,M.J.,1952, "On sound generated arodynamically.I. General theory",Proc. Roy. 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Efectodelasaceleracionesnouniformessobrela estabilidaddepuentesfluidosenmicrogravedad, con cargaslaterales y axiales FernandoZayasHinojosa DepartamentodeElectrnicaeIngenieraElectromecnica,rea:MecnicadeFluidos EscueladeIngenierasIndustriales,UniversidaddeExtremadura ApartadodeCorreos382,06071BADAJOZ fzayas@unex.es Resumen Enestetrabajoseanalizanlosresultadosobtenidosenunaseriedeensayosrealizadossobre puenteslquidosdentrodeunaceldaenlaquesesimulalamicrogravedadmediantelatcnicade flotacinenunbaodedensidadmuyprximaaladelpuentelquido,utilizandounaceldaPlateau,y sometiendoal sistemaa laaccinconjuntadelcampogravitatorioylaaceleracincentrfugainducida porlarotacindelamuestraalrededordeuneje,convelocidadcontrolada.Losresultadosobtenidos permitencomprobarelacuerdoentrelarealidadylaformulacindelproblema,determinandolos lmitesdeestabilidaddelpuentelquidobajocargasnoaxisimtricas. Abstract Thestabilitylimitsofanon-axisymmetricalliquidbridgeinamicrogravityfieldsimulatedinsidea Plateaucell,inaninertialaccelerationenvironmentwithaxialandlateralcomponents,relatedtothe liquidbridgeaxis,isstudiedfromanexperimentalstandpoint,mixingtheactionofgravityand centrifugalaccelerations,inducedby meansofrotatingtheliquidbridgearounda verticalaxis.Agroup ofexperimentshavebeenmade,changingtheangularpositionandtherotationalspeedoftheliquid bridge,andresultshavebeencomparedwiththosecomingfromthestabilityequations,concludinga goodagreementbetweentheoreticalandexperimentalapproach. Nomenclatura Alolargodel textoseutilizarnlos siguientessmbolosyabreviaturas: Smbolo/abreviaturaDefinicin A pRn22 B=roNmerodeBondaxial o A p R j g , ^_0NmerodeBondlateral cr ApR0*(co cosa)' Z),=Gradientedeaceleracinaxial cr ApR0'(co sen a)" D,=1Gradientedeaceleracinlateral cr Smbolo/abreviatura E E F galSi R2-R, h = L L0 M{F) P=M Ro= o Rx+R2 ,TVolumen nR;L P Ap A = L_ 2 Rn Definicin Excentricidadadimensionaldelosdiscos Excentricidaddelos discosdeapoyodelpuentelquido Distanciadeunpuntodela entrefasealejez Aceleracionesaxialylateraldelpuentelquido Parmetroadimensionaldedesigualdaddelosdiscos Distanciaentrelos discosdeapoyodelpuentelquido Distanciadesdeelorigenal ejede girodelconjunto Curvaturadela entrefaseenelpuntoF Presinadimensionalinterior delpuentelquido Radiomediodelosdiscos Volumenadimensionaldelpuentelquido ngulodelaaceleracinlateralconla direccindereferencia Diferenciadedensidadesentreelpuentelquidoyelbao Esbeltezdelpuentelquido Tensinsuperficialdelaentrefase e ngulodeladireccindereferenciaconunpuntodelaentrefase 1.-Introduccin En la documentacinrelacionadacon el temase denominapuentelquido alsistema formadoporunamasa delquidosituada entre dos superficies(Figura1), sometidaa laaccinconjuntadelatensinsuperficialyafuerzasinerciales,entrelascuales figuralagravitatoriade intensidadcasinula,loque seconoceconelnombrede "microgravedad",yotras fuerzastalescomolas debidasalaaccinde camposinercialeso elctricos. Lamayoradelosestudios publicadoshastael momentotratandela estabilidaddepuentes lquidosaxisimtricos sometidosaperturbaciones quesontambin axismtricas,aunqueen trabajosrecientesseha comenzadoaprestar tambinatencinala estabilidaddelpuente lquido ante perturbacionesno axisimtricas,(Lavern-Simavilla,1994 y1995). Enestetrabajoseexponenlosresultadosexperimentalesdeunaseriedeensayos realizadosconelobjetivodecomprobarlasprediccionesdeestudiosanalticos sobrelaestabilidaddepuenteslquidosconcargasnoaxisimtricas,utilizandola instalacin experimentaldel tipoPTF (Plateau TankFacility)desarrolladapor elautor (Zayas,1997),quepermitecombinarlaaceleracingravitatoriaconunaaceleracin centrfugadeintensidadydireccincontrolables,lograndoimponeraceleraciones transversalesqueprovocandeformacionesnoaxisimtricasdelpuentelquido,lo queesdeutilidadparasuposibleaplicacinparalamedidadeaceleraciones (Mesegueretal,1996). 2.-Exposicin Elpuentelquidoseencuentraenelinteriordeunaceldadeensayosquepermite simularlaaccindelamicrogravedadporefectodeladiferenciadedensidades entreellquidoqueformaelpuenteyelbaoquelocircunda,suponindoseque tantolaspropiedadesdellquidoqueformaelpuente,comolasdelfluidoquele rodea(densidadyviscosidadcinemtica)ylasdelasuperficiedeseparacinentre ambos fluidos(tensinsuperficial)sonuniformesyconstantes. LaconfiguracinanalizadacorrespondealadeunpuentelquidodelongitudL, formadoentredos discosslidosparalelos,deradiosRiy R2,excntricosentres y conlos ejesligadosal puente en la formaque se ha indicadoen la Figura1. * R2 Figura1.-Esquemadeconfiguracindelpuentelquido El puentelquidoseencuentrasometidoalaaccinconjuntadelcampogravitatorio ydelaaceleracincentrfugadebidaalarotacindelpuentelquidocomoslido rgido,convelocidadangularconstantealrededordeunejeparaleloaldelcampo gravitatorio,yformandoelejedelpuentelquidounnguloaconelplanode rotacin,segn el esquemadela Figura 2. Enstasituacin,unelemento diferencialdela entrefasedelpuente liquidoseencuentrasometidoauna aceleracincuyascomponentes segnlasdireccionesparalelay perpendicularalejedegiro,deben equilibrarseconlaaccindela tensinsuperficialyladiferenciade presionesentreelinterioryel exteriordelpuentelquido,quese deformabajolasaccionesexteriores manteniendoconstanteelvolumen, afindecumplirlaecuacinde continuidad. Deacuerdoconesteplanteamiento la formadelaentrefase,F= F(z, 0), quedadeterminadaporlaecuacindeYoung-Laplace: P + M(F)-Baz-Daz1+ B,Fcos(0-0}+ Z);F2 eos2( 0- 0) =O(1) con las condicionesdecontorno: i 2ecos0(2) x> (O*V a>2L, Lo Figura2.-Rotacindelpuentelquido alrededordeun ejevertical Anclaje en los discos:F(A, 6)=(l h)2-e1sen20 Conservacindel volumen:AnkV Af i n dz\, - AJO R2d0 (3) Seharealizadoelanlisisdeloslmitesdeestabilidadutilizandoelprocedimiento desarrolladoporMesegueretal(1995),reteniendolostrminosdesegundoorden eneldesarrolloasintotico,eintroduciendoposteriormentelassimplificaciones correspondientesa discosigualesnoexcntricos(e= h= 0),con volumenunidad(v = 0),llegndosea la siguientesolucinpara la esbeltezmxima: A= n-- 4 1 - l fB,+ B2 (4) Alcompararelresultadoanteriorcon el obtenidoporPerales(1987): A _= n-i - i i i W - ^2 (5) seobservalaaparicinenlaecuacin(4)deuntrminoquecontieneelparmetro DR Da,existiendoentreesteyBalarelacin: =2-,segnlacualelvalordeDa BaL0 resultaseralmenosdosrdenesdemagnitudinferioraBadadoqueenla instalacinexperimentalla distanciaLo se puedevariarentre0,3m y1,5m,mientras queR0=5mm,porloquepuedeconsiderarsequeelefectodeDaesdespreciable frenteal deBa,concluyndosequeesposibleprescindirdelefectodelosgradientes deaceleracincentrfugaenlasdireccionesaxialylateralparalainstalacin experimentalutilizada.Esporlotantoaceptablelautilizacindelaecuacindela esbeltezmximaenlaforma(5),obtenidaporPerales(1987),quepuede representarsemedianteuna superficiedependiendodelparmetroAenla forma: (6) No obstante,si enla ecuacin(5) se introduceel cambiodevariablesdefinidopor: n VnJ seobtiene: 2\ b,= 1~b-(7) quenodependedeA,porloqueresultamsfcildeinterpretaryvisualizar,tal comose harepresentadoenlaFigura3 enla curvade trazadocontinuo. EndichaFigurasehansuperpuestolosvaloresnumricosdebayb, obtenidosa partirdeloscorrespondientesaBayBhalladosenlosensayos.Cadapunto experimentalseharepresentadoenlaformadeunabarraverticalquemuestrael margendeerrordemedida,observndosequecasitodosellossesitanmuy prximosa la curvadefinidaporla expresin(7). Lasdiferenciasenlazonadebagrandesedebenaqueenellalaesbeltezdel puentelquidoesmuypequea,dejandode servlidalahiptesisde quelaesbeltez esprximaalvalorA = n, puntoalrededordelcualsehanrealizadolosdesarrollos asintticosquea su vezhanconducidoa las solucionesde estabilidad(4) y (5). 3.-Conclusiones Comoresultadodeltrabajose haobtenidolaevidencia experimentaldequelos gradientesdeaceleracin centrfugatienenefecto despreciablesobrela estabilidaddelpuentelquido, frentealainfluenciadelos nmerosdeBondaxialy lateral,yporotraparte,los resultadosexperimentales halladosseintercalandeforma adecuadaconlostericos,lo quesuponeunavalidacinde lashiptesisutilizadasenel planteamientodel caso. 4.-Referencias LAVERN-SIMAVILLA,A.(1994)."Estabilidad de puenteslquidosnoaxisimtricos", Tesis Doctoral,UniversidadPolitcnicade Madrid,Madrid. 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Figura3.-Representacindelospuntos experimentalesde ba y b Estudio de las condiciones de estabilidad de estructuras multi-cilndricasbajocargafluidodinmicayaplicacin al casodeuna torrede plantaqumica. J .FERNNDEZFRANCOS,J . L .PARRONDOGA Y OYE.BLANCOMARI GORT A readeMecnicadeFluidos,UniversidaddeOviedo.CampusdeViesques.33271-GIJN T .SCANL ON DepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofStrathclyde.GLASGOW(ReinoUnido) Resumen.Sepresent auntrabaj osobrelaaut oexci t aci ndevi braci onesencuerposbi di mensi onal es suj et osaunfl uj ot ransversal ;concr et ament eshaest udi adoelcasodeest r uct ur asf or madasporvari os ci l i ndrosparal el osdedi met rosdi st i nt os,similaresalosdetorresdedest i l aci ndepl ant asqumi cascon tuberasext ernas.Elanlisissebasenlamodel i zaci nmedi ant eelprogramaFLUENTdelfl uj oalrededor delaest ruct uradei nt ers,vari andosucesi vament eladi recci ndei nci denci adelvi ent o.Trasi nt roduci r lasfuerzasdesust ent aci ncal cul adasenlaecuaci ndelmovi mi ent odelosci l i ndrossededuj eronlas condi ci onesdeestabi l i daddelsi stemaacopl adof l uj o-est ruct ura,obt eni ndoseunbuenacuerdocon resul t adosexperi ment al esprevi os. Abstract.Ani nvest i gat i onispresent edonthesel f -exci t edvi brat i onsoft wo- di mensi onalbodi essubj ect ed tot ransversef l ow.Thest udywasf ocusedonthecaseofst r uct ur escomposedbyseveralparallel cyl i nderswi t hdi f f er entdi amet ers,similartochemi calpl antdi sti l l ati oncol umnswi t hext ernalpi pewor k. Theanal ysi sbeganwi t ht henumeri calsi mul at i onoft hef l owaroundt hest r uct ur eofi nt erestbymeans oftheFLUENTsof t war e,forawi derangeofwi ndrel ati vedi rect i on.Thecal cul at edl i ftf orceswere i nt roducedint heequat i onofmot i onoft hecyl i ndersandst abi l i t ycondi t i onsfort hecoupl edsyst emf l ow-st r uct ur ewereobt ai ned.Thepredi ct i onsshowgoodagreementwi t hprevi ousexperi ment alresul ts. 1.Introduccin Lasest ruct urassumergi dasenfl uj os,comoporej empl ot orresychi meneasexpuest asal vi ent o,al abesdet ur bomqui nas,alasdeavi ones,vl vul asdesi st emashi drul i cosot ubos dei nt ercambi adoresdecalordefl uj ocruzado,puedendesarrol l arvi braci onesporexci t aci n f l ui dodi nmi ca(Bl evi ns1990,NaudascheryRockwel l1993) .Enocasi onessuampl i t ud puedesertalquei ncl usoselleguea provocarlaroturadelaest ruct urat rasunbrevet i empo deservi ci o.Enmuchoscasoslasvi braci onesnosonsinolarespuestaf orzadaaunacompo-nentenoest aci onari adelf l uj o,biendecarct erperi di co,comoeldesprendi mi ent ode vrt i cesdesdelaestel adelaest ruct ura,obiendebandaancha,comolapropi at urbul enci a delfl uj o.Si emprehaypresent eal gnt i podeexci t aci nf orzadasobrelassuperf i ci esque del i mi t analosf l uj os,peronor mal ment elarespuestadelaest ruct uraespocosi gni f i cat i va, amenosquehayaresonanci aconal gunadesusf recuenci aspropi as.Sinembargo,enotros casoslasvi braci onesrespondenaunmecani smodeaut oexci t aci n,esdeci r,eslapropi a osci l aci ndelaest ruct uralaqueori gi naunaf l uct uaci nenelfl uj otalquelafuerzasobre laest ruct urasemodi f i caenelsenti dodereforzarlaosci l aci n;est areal i ment aci nhace quefl uj oyest r uct ur aseacopl enf or mandounsi st emai nestabl e,alquelecorresponden osci l aci onesdeci cl ol mi teynor mal ment econampl i t udesi nacept abl esparalaseguri dad delasi nst al aci onesaf ect adas.Aestet i podevi braci onespert enecenporej empl oelaleteo (fl utter)del abesyalasdeavi n,elgalope(galloping)decabl esolainestabilidadfluido-elsticadet ubosdei nt ercambi adoresdecalordefl uj ocruzado. En lamayoradeloscasoslai dent i f i caci ndelmecani smodeexci t aci nresponsabl edelas vi braci onesnoresul tasenci l l a.Dehechopuedencoexi sti rvari osmecani smosa lavez,bien porquesedenlascondi ci onesparacadaunodeellosporseparado(porej empl o,laturbu-Tabla1.Especificaciones delatorre deestudio. Al t ura 94. 7m Di metroci l i ndroppal .D 4 . 2 3m Di metrot uber a1 0 . 7 4m Di metrot uber a2 0 . 3 8 4m Di metrot uber a3 0 . 2 8 3m Centrot uber a1 3. 12m Centrot uber a2 2. 67m ngul ot uber as1 -2 17. 50 ngul ot uber as2- 3 14. 00 Decrem.l og.amor t i g.6 0 . 0 3 Frecuenci anat ur altu3. 1r ad/ s RelacindemasamlpD2 180 Tubera3 Tubera1 Tubera2 Figura1.Estructuramulticilndricade estudio. k=mtt>c=m(/n 7777777777 Figura2.Estructuraconungradode libertadbajoflujocruzado. l enci asi empreestpresente),obienporquelas vi braci onesprovocadasporunodeellos,comola i nestabi l i dadf l ui doel st i cadeci l i ndrosbajofl uj o t ransversal ,al cancenlamagni t udsuf i ci ent ecomo paramodi f i caralfl uj odi sparandounsegundomeca-ni smo,comoeldedesprendi mi ent ocont rol adode vrt i ces(Parrondoetal.1997) .Unreci enteej empl o dedifcili dent i f i caci nt uvolugarenunapl antaqu-mi cadelReinoUni do,enlaqueunatorrededesti l a-ci ndecasi1