DISPOSITIVO DE ENSAYOS DE RUIDO AERODINAMICO PARA VALVULERIA TRABAJANDO EN RANGOS SUBSONICOS.
La presente invención se refiere a un dispositivo que permite medir y analizar el comportamiento fluidodinámico y el ruido aeródinámico producido en situaciones de flujo interno comprensible circulando a través de válvulas que funcionan en rangos subsónicos (Mach 0.
3-0.9). El dispositivo controla de manera precisa el flujo de aire que pasa a través de la válvula, incorpora la utilización de equipos de medida de ruido y fluidodinámicos y se caracteriza por el bajo ruido de fondo producido por el propio funcionamiento del dispositivo. Para conseguir esto, se utiliza una tobera convergente (8) con flujo supersónico bloqueado mediante la utilización de un cono-tornillo micrométrico regulador del caudal (12), así como un diseño modular constituido por módulos intercambiables que se unen por medio de uniones atornilladas que permiten la modificación de las características del flujo analizado
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200603160.
Solicitante: INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: ZARAGOZA.
Inventor/es: BERNAD SOPENA,CARLOS, VALDES SOTO,JOSE RAMON, PEA LARENA,JOSE CARLOS, NUEZ BRUIS,JOSE LUIS, BUIL GIMENO,FRANCISCO.
Fecha de Solicitud: 30 de Noviembre de 2006.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 18 de Agosto de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01M9/00 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01M ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS O ESTRUCTURAS; ENSAYO DE ESTRUCTURAS O APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › Ensayos aerodinámicos; Dispositivos en o sobre túneles aerodinámicos.
Clasificación PCT:
- G01M9/00 G01M […] › Ensayos aerodinámicos; Dispositivos en o sobre túneles aerodinámicos.
Fragmento de la descripción:
Dispositivo de ensayos de ruido aerodinámico para valvulería trabajando en rangos subsónicos.
Sector de la técnica
La invención se encuadra en el área científico - técnica de la Ingeniería mecánica, naval y aeronáutica, más concretamente en las áreas de conocimiento de Ingeniería mecánica y Mecánica de fluidos.
Estado de la técnica
Los dispositivos habitualmente utilizados para el análisis del flujo y la medida de ruido aerodinámico por él provocado se constituyen mediante complejos y caros túneles de viento, de sección de análisis del orden de 0.5 - 1 m2. Dichos túneles suelen disponer dé sistemas de soplado de aire con generadores capaces de suministrar caudales de aire superiores a los 35000 m3/h (en función de las secciones de estudio deseadas así como de las velocidades del fluido contempladas en las especificaciones). Estos caudales pueden generarse tan sólo mediante la utilización de potentes ventiladores o sistemas de vacío o sobrepresión formados por multitud de elementos en serie y con grandes acumuladores. Los dispositivos de medida construidos conforme a las características mencionadas en el presente párrafo son herramientas potentes pero extremadamente costosas: equipos de generación de presión o vacío caros, ventiladores con diseños específicos de palas que disminuyan la generación de ruido de fondo, utilización de complejos sistemas de amortiguamiento acústico.
La patente US3952590 planteada una solución para disminuir el nivel de ruido de fondo en dispositivos de medida aerodinámicos basada en la utilización de pantallas finamente perforadas y ubicadas cerca de las zonas de medición. Otras patentes coma la JP11166856 plantean dispositivos sencillos y de bajo coste para medir ruido aerodinámico pero que no permiten medir dicho ruido cuando de flujo confinado se trata.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es un banco de ensayos de ruido aerodinámico para valvulería trabajando en rangos subsónicos (número de Mach entre 0.3 y 0.9) y caracterizado porque presenta un sistema generador de vacío y una serie de módulos tubulares (módulo de estabilización, módulo de análisis, módulo de desarrollo y módulo de generación y control de caudal) engarzados de diámetro no superior a 100 mm. (caudales máximos del orden de 3 m3/h), en cuyo interior se genera un flujo compresible.
Respecto al módulo de estabilización y al módulo de desarrollo, se disponen (de forma precisa y sin interferir en el desarrollo del flujo dentro de la válvula objeto de estudio) unos sensores encarados de realizar las medidas fluidodinámicas y de ruido.
El módulo de análisis, conectado por un extremo al modulo de estabilización y por otro al módulo de desarrollo, es el módulo donde se coloca la valvulería objeto de estudio. Este módulo es transparente, permitiendo validar la generación de vórtices.
Por otro lado, el módulo de generación y control de caudal, conectado por un extremo al sistema generador de vacío y por el otro al módulo de desarrollo, cuenta con una tobera convergente donde se produce flujo bloqueado. La apertura de la tobera se controla mediante el cono-tornillo micrométrico regulador del caudal, que controla de manera sencilla el caudal y elimina el ruido de fondo de la bomba.
Las ventajas de este nuevo banco de ensayos de ruido respecto a los dispositivos habitualmente utilizados para analizar flujo confinado son: ausencia de ruido de fondo (evitando disponer de elementos absorbentes acústicos), modularidad, montaje y sistema de control de flujo sencillos y, reducción de tamaño y de costes.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompañan unos dibujos en los cuales con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura 1 es una vista en perspectiva del dispositivo, con sus elementos principales: (1) módulo de estabilización, (2) módulo de análisis, (3) módulo de desarrollo, (4) módulo de generación y control de caudal, (5) bomba de vacío, (6) elementos tubulares y (7) calderín.
La figura 2 es una vista seccionada del módulo de generación y control de caudal, en la que se identifican los siguientes elementos: (8) tobera convergente, (9) toma de entrada de la tobera convergente, (10) cámara de salida de la tobera convergente, (11) tapa de cierre de la cámara de salida de la tobera convergente, (12) cono-tornillo micrométrico regulador del caudal, (13) volante, y (14) sistemas de sellado (por ejemplo, juntas tóricas).
La figura 3a es una vista parcial en perspectiva en la que se representan 3 módulos unidos entre sí (módulo de módulo de generación y control de caudal, módulo de desarrollo y módulo de análisis) y en la que el módulo de análisis cuenta en su extremo con un sistema de acoplamiento.
La figura 3b es una vista parcial en perspectiva en la que se representa un posible sistema de acoplamiento que garantice la modularidad del dispositivo. En concreto, se representa la disposición de un sistema de montaje rápido en el extremo del módulo de análisis. La válvula objeto de estudio aparece montada en el interior del módulo de análisis.
La figura 4 es una vista parcial en perspectiva en la que se representan los 4 módulos y la colocación de micrófonos - sonda.
Modo de realización
La invención aquí descrita se ha realizado principalmente mediante el mecanizado de precisión de tubo comercial realizado en acero inoxidable.
El dispositivo presenta un sistema generador de vacío (calderín (7) y bomba de vacío (5)), y cuatro módulos que permiten cambiar cualquiera de ellos sin necesidad de cambiar el resto:
- módulo de estabilización de flujo (1). Previa a la entrada de la zona de análisis es necesaria una cierta longitud de tubo para permitir el desarrollo del flujo y evitar que los efectos de las turbulencias en la entrada a presión atmosféricas puedan afectar al desarrollo de vórtices en la zona de análisis. En esta zona se disponen soluciones constructivas que permiten la colocación de micrófonos para el registro del ruido producido aguas arriba de la válvula objeto de estudio.
- módulo de análisis (2). Zona principal en donde se colocan los elementos de ensayo para la generación de turbulencias y ruido. Dado que la validación del flujo se realiza en esta zona, se diseña el banco para que sea posible utilizar materiales transparentes a la radiación visible que permitan el análisis con instrumentación óptica (tipo PN). Esta zona tiene que poder ser sustituida con facilidad por los elementos relevantes de diferentes válvulas.
- módulo de desarrollo (3). De igual manera que es necesario eliminar posibles perturbaciones en el flujo causadas por la entrada, también es aconsejable eliminar las producidas por la zona de control. Esto es necesario para poder reducir el dominio fluido objeto de estudio. En esta zona, se instalan micrófonos que registren el ruido producido aguas abajo.
- módulo de generación y control de caudal (4). En esta última zona se encuentra situado el mecanismo para la creación y el control del flujo. Consiste en una tobera convergente (8) conectada al sistema generador de vacío, cuya sección crítica se controla mediante la posición precisa del cono-tornillo micrométrico regulador del caudal (12), cuyo cono se desplaza axialmente con el eje de la tobera con movimiento de avance o retroceso de forma que abre o cierra el paso de aire por la sección menor de la tobera. Esta tobera trabaja con flujo bloqueado (número de Mach 1) para poder calcular de manera sencilla el caudal a partir de la posición del cono.
El funcionamiento del dispositivo de ensayo se basa en la generación de un flujo subsónico que circula a través de la válvula objeto de estudio y supersónico en la válvula de control de caudal de forma que impide la transmisión del ruido de fondo producido por el propio funcionamiento de la bomba de vacío. Hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones:
- El módulo de estabilización (1) se encuentra abierto a la atmósfera en uno de sus extremos, de tal forma que la presión en el módulo de estabilización es la atmosférica.
- La presión en...
Reivindicaciones:
1. Dispositivo de ensayos de ruido aerodinámico para valvulería trabajando en rangos subsónicos que comprende un sistema generador de vacío y una serie de cuatro módulos intercambiables que se unen por medio de uniones atornilladas caracterizado por:
- un módulo de estabilización (1): segmento tubular con toma de entrada abierta a la atmósfera con toma de salida conectada al módulo de análisis (2) y que dispone de micrófonos para el registro del ruido producido aguas arriba del módulo de análisis (2).
- un módulo de análisis (2): segmento tubular de material transparente en el que se dispone la valvulería a analizar, con toma de entrada conectada al módulo de estabilización (1) y toma de salida conectada al módulo de desarrollo (3).
- un módulo de desarrollo (3): segmento tubular con toma de entrada conectada al modulo de análisis (2), con toma de salida conectada al módulo de generación y control de caudal (4) y que dispone de micrófonos para el registro del ruido producido aguas abajo del módulo de análisis.
- un módulo de generación y control de caudal (4): que comprende una tobera convergente (8), un cono deslizante solidario a un tornillo micrométrico regulador del caudal (12) unido a un volante (13) que controla con su giro la posición del conjunto cono-tornillo-volante soportado por una tapa (11) que a su vez cierra la cámara de salida (10) y sistemas de sellado (14) en la unión entre componentes, conectándose la toma de entrada de la tobera (9) al módulo de desarrollo (3), conectándose la cámara de salida (10) con el sistema generador de vacío por medio de una serie de elementos tubulares (6) unidos entre si, desplazándose el cono axialmente con el eje de la tobera con movimiento de avance o retroceso de forma que abre o cierra el paso de aire por la sección menor de la tobera.
- un sistema generador de vacío que comprende una bomba de vacío (5) y calderín (7).
Patentes similares o relacionadas:
DISPOSITIVO DE LEVITACIÓN POR AIRE PARA PRÁCTICAS Y ENSAYOS DE LABORATORIO, del 20 de Marzo de 2020, de UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACION A DISTANCIA (UNED): 1. Dispositivo de levitación por aire para prácticas y ensayos de laboratorio caracterizado porque comprende: - una estructura exterior configurada explorar el […]
Mejoras relacionadas con procedimientos de fabricación de elementos estructurales, del 19 de Noviembre de 2018, de BAE SYSTEMS PLC: Un procedimiento de fabricación de un elemento estructural tridimensional sobre una superficie aerodinámica de un componente, estando el elemento estructural […]
DISPOSITIVO PARA EL POSICIONAMIENTO DE UNA SONDA DE MEDICION., del 16 de Noviembre de 2002, de MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MUNCHEN GMBH: LA INVENCION CONSISTE EN UN DISPOSITIVO PARA POSICIONAR CON PRECISION UNA SONDA DE MEDICION A LO LARGO DE UN EJE A, REALIZANDO UN MOVIMIENTO CIRCULAR EN TORNO […]
DISPOSITIVO PARA DETERMINACION DE INFLUENCIAS LATERALES DEL VIENTO DE VEHICULOS, del 1 de Junio de 1994, de DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT: EN EL VEHICULO SE COLOCAN SENSORES DE DIFERENCIA DE PRESION , QUE SE CONECTAN, POR CADA DOS CONDUCCIONES HUECAS (POR EJEMPLO TUBERIAS […]
DISPOSITIVO PARA DETERMINACION DE INFLUENCIA LATERAL DE VIENTO EN VEHICULO, del 16 de Julio de 1993, de DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT: EN EL VEHICULO SE COLOCAN SONDAS DE PRESION (1 A 6) CUYAS SEÑALES SE ENLAZAN POR FORMACION DE DIFERENCIAS O COCIENTES DE DIFERENCIA. ASI PUEDE […]
TABIQUE DEFORMABLE, del 16 de Julio de 1993, de DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FUR LUFT-UND RAUMFAHRT E. V.: TABIQUE DEFORMABLE CONSTRUIDO CON PREFERENCIA DE MATERIAL PLASTICO REFORZADO. EN EL INTERIOR DEL TABIQUE SE DISPONE AL MENOS UNA CAVIDAD CERRADA. SE PREVE UN DISPOSITIVO […]