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Interferencia entre chorro de entrada de aire y superficies, en una habitación ventilada - Estudio de un modelo a escala. Nombre original: Interference between a supply jet and room surfaces in ventilated room – A model study Mateo de Guadalfajara Marzo 2011 Director: Taghi Karimipanah, BSc, Msc, Licentiate of Engineering, Dr. Engineer. Departamento: Technology and Built Environment, Hogskolan i Gävle 1 2 3 4 Prólogo Estudiar, Investigar y Vivir en Suecia En agosto de 2008 me parecía imposible que en mi estancia en Suecia fuera a aprender tanto como aprendí. Esperaba mucho de aquel año pero no esperaba conocer a mentores tan inspiradores como el Dr. Taghi Karimipanah y el Dr. Mats Sandberg con los que tuve la suerte de trabajar en este proyecto. La confianza que depositaron en mí desde el principio me motivo a trabajar y a realizar una investigación completa que pudiera aportar un paso más en las investigaciones de esta universidad. Proyecto como forma de aprender Este proyecto me ha dado mucha confianza y seguridad como ingeniero. El trabajo que hice, el cual no podría haber sido posible sin el resto de compañeros de Brÿnas con los que pasaba el rato, comíamos o tomábamos café, me ha hecho ver el mundo de la investigación desde un punto de vista totalmente distinto. El estar en un centro de investigadores de la ventilación y la eficiencia energética en viviendas me permitió aprender y trabajar mucho más rápido de lo que se podría haber trabajado en cualquier otro centro. Agradecimientos Quiero agradecer a Mats Sandberg y Taghi Karimipanah la atención y la confienza depositada en mi durante este proyecto. A Claes por su ayuda con el equipo técnico y durante el proyecto, a los técnicos del taller que tan profesional y amablemente me ayudaban a modificar el modelo o fabricaban las piezas que necesitaba “If it is good enough for you”. También quiero agradecer a mis padres por su confianza, apoyo y comprensión en este proyecto, este año y los demás de la carrera. 5 6 Resumen Interferencia entre chorro de entrada de aire y superficies, en una habitación ventilada - Estudio de un modelo a escala. Nombre original: Interference between a supply jet and room surfaces in ventilated room – A model study JUSTIFICACIÓN En los países desarrollados hasta el 95% del tiempo se pasa en lugares cerrados, viviendas edificios de oficinas, hospitales, centros comerciales, cines, industrias... Estos lugares cerrados son los lugares en los que trabajamos comemos tomamos un café y en general vivimos. El desarrollo de los sistemas de ventilación para edificios se desarrollo de manera intensa a partir de los 70 y la aparición en Suecia y otros países nórdicos de problemas respiratorios en las edificaciones de bajo consumo energético. Con sellados casi herméticos que no permitían la transpiración del edificio y bajos niveles de ventilación apareció el S.B.S. (Sick Building Syndrome). Los síntomas del edificio enfermo según el Dr. P. König´s son los siguientes. 1.- Tendencia a crear corrientes que provocan reumatismos fríos. 2.- Irritación en membranas mucosas, el tracto superior respiratorio, ojos y sensación de sequedad. 3.- Fiebre, dificultad, para respirar dolor en articulaciones y fatiga . 4.- Fatiga, falta de concentración, mareo, dolor de cabeza. 5.- Pobre calidad del aire. 7 El primer síntoma se debe a una ventilación cuyas velocidades máximas son superiores a las adecuadas. El segundo se debe a una cantidad elevada de polvo, microbios alérgenos y esporas por una ventilación ineficiente que no consigue expulsar las partículas e introducir aire limpio. El tercer síntoma se debe a problemas tóxicos microbianos que se reproducen en los sistemas de humidificación. El cuarto y el quinto síntomas se deben a una insuficiente o ineficiente ventilación que no consigue renovar el aire de la habitación y por tanto los contaminantes que se producen en su interior se acumulan. ENTORNO El proyecto presentado se realizó en “El laboratorio para la ventilación y la calidad del aire de la KTH”. Este laboratorio ubicado en la ciudad de Gávle cuenta con un número elevado de investigadores dedicados al estudio de la ventilación en edificios. En este centro se realizan estudios sobre ventilación en Catedrales, Edificios de viviendas, aulas de escuelas, en modelos reales o a escala y mediante simulaciones por ordenador. En este centro de investigación una de las lineas de investigación llevada por el Dr. Taghi Karimipanah, consiste en el estudio del movimiento del aire en habitaciones mediante el uso de modelos a escala con el objetivo de diseñar en el futuro sistemas que permitan renovar el aire de habitaciones y edificios de forma eficiente. El estudio que yo realicé se hizo a partir de una maqueta que el centro de investigación acababa de construir para simular la ventilación por chorro en habitaciones. Queremos estudiar el movimiento general de aire en varios casos y llegar a conclusiones sobre si la ventilación es adecuada desde el punto de vista de la renovación de aire y el confort térmico. Queremos saber si el chorro de aire permite la renovación del aire en la habitación o si las partículas contaminantes se acumulan porque el sistema por chorro no permite la mezcla correcta del aire. Además queremos controlar y medir en que zonas el aire de la habitación se mueve a mayores velocidades. EJECUCIÓN Para hacer esto en el proyecto se realizan tres tareas consecutivas. 1) La primera es la observación directa del modelo a escala con técnicas de visualización de fluidos tipo PSV y PSP. Estas técnicas consisten en la medida de la velocidad del aire por grupos de partículas y por partículas individuales. Los grupos de partículas se visualizan mediante humo que proveniente de una máquina e introducido en el modelo. Las partículas individuales se visualizan mediante burbujas jabón y helio con una densidad 8 similar a la del aire. Con la ayuda de un haz de luz plano y una habitación oscura, veremos qué configuraciones de ventilación por chorro son más adecuados y cuáles menos y que ocurre al variar el caudal de ventilación. 2) Conocidas estas primeras conclusiones sobre el movimiento del aire realizaremos medidas in situ sobre el modelo para llegar a conclusiones sobre qué caudales son los más adecuados para las distintas configuraciones del modelo. Estas medidas se realizan con la ayuda de los sistemas antes explicados de visualización y equipos de medida 3) Se realizarán medidas con un anemómetro “Láser Doppler” para confirmar las conclusiones iniciales sobre el movimiento del aire y el modo en que afecta el caudal a la velocidad del aire en distintos puntos que definiremos como críticos del modelo. El anemómetro Láser Doppler permite medir la velocidad del aire en sus coordenadas x e y mediante la medición de miles partículas individuales que pasan por el punto de medida del aparato en el tiempo de muestreo. CONCLUSIONES Las conclusiones de este proyecto nos permitirán entender de una manera más concisa cómo deben instalarse y configurarse los sistemas de ventilación para conseguir resultados eficaces más allá de caudales mínimos o máximos pues el objetivo de la ventilación no es introducir y extraer aire, sino renovar el del interior para mejorar la salud de los ocupantes. Específicamente en el proyecto se concluye que para el modelo en cuestión el valor de Reynolds (calculado según apéndice) del Chorro debe ser mayor de 2600 para conseguir una mezcla correcta y que la orientación del chorro hacia paredes laterales produce corrientes fuertes en la zona ocupada. 9 16 2 Experimentación y análisis Los parámetros que se varían en el proyecto son el ángulo de entrada el caudal y la longitud del modelo. De entre estos podemos ver con las visualizaciones que la variación mayor en la dinámica de movimiento del aire se produce cuando colocamos en angulo la entrada de aire. Si el chorro entra en la habitación con un ángulo normal a las paredes el movimiento del aire en la habitación se comporta homogéneamente entre dos capas. En la capa superior el aire que entra se mezcla con el existente en la parte superior y avanza hasta el fondo de la habitación donde siguiendo el efecto Coanda el chorro de aire se torna, desciende vuelve a girar de forma gradual y comienza el trayecto en dirección contraria. Figura 1: Esquemas explicación movimiento con chorro normal 17 Si el chorro entra en la habitación con un ángulo tal que choca con una pared en ángulo antes de expandirse completamente entonces el chorro siguiendo el efecto Coanda gira y comienza a describir una trayectoria circular con eje vertical siguiendo todas las paredes de la habitación. Figura 2: Esquemas explicación movimiento del aire chorro angular La geometría de la habitación afecta al movimiento del aire en tanto cuanto que el chorro de aire choca antes o después con esa pared pero no afecta al movimiento general. El caudal de ventilación se mueve entre un valor mínimo por debajo del cual el chorro no se mezcla con el aire de la habitación y se pierden estos efectos descritos antes y un valor máximo por encima del cual las turbulencias enturbian el movimiento general del aire y se pierde ese comportamiento casi homogéneo y estacionario descrito anteriormente. Para entender lo que explico en estas lineas en el proyecto se adjunta un DVD en el cual podrán visualizar estos comportamientos descritos en los videos. 18 Figura 3: Fotografía del modelo en la sala de experimentación. Figura 4: Fotografía del equipo Láser Doppler 19 Figura 5: Equipo de medida para la velocidad Figura 6: Aparato de mezcla de aire con humo 20 Figura 7: Imagen de la boquilla de entrada de aire Figura 8: Fotografía compresor del modelo 21 2.1.- Longitud de desarrollo del chorro en dirección normal. La distancia que necesita un chorro para desarrollarse de laminar a flujo turbulento sirve como indicador de la capacidad de mezcla. Si el chorro necesita una larga distancia para pasar a régimen turbulento no se mezclará correctamente con el aire de la habitación. Straub en 1969 describe la zona en que la forma del chorro tiene la forma de la entrada como Zona 1 en su diagrama de una expansión isotérmica de un chorro. Con diferentes caudales asociados a valores de Reynolds adimensionales se han realizado fotos videos y medidas para reflejar este comportamiento de los chorros isotérmicos en habitaciones. El cálculo de Reynolds para todos los experimentos se describe en el Anexo. Figura 9: Zonas de expansión de chorro isotérmico en habitación 2.1.1.- Videos de desarrollo del chorro Para comenzar a entender estos procesos podemos ver los videos grabados sobre la cara 5 del modelo (cara superior). Para ver más sobre las distintas caras del modelo y la nomenclatura utilizada ver apéndice Metodología. 22 Figura 10: Descripción de la visualización en cara 5 Ref. Number: Cara Caudal (l/s) Longitud Ángulo Humo Burbujas Reynolds 783 5 0,86 180 0 SI 2600 784 5 1,21 180 0 SI 3800 785 5 1,71 180 0 SI 5300 522 5 1,71 90 0 SI 5300 524 5 3,41 90 0 SI 10600 530 5 1,71 90 45 SI 5300 531 5 3,41 90 45 SI 10600 532 5 7,57 90 45 SI 23500 653 5 1,71 45 45 SI 5300 654 5 3,41 45 45 SI 10600 655 5 7,57 45 45 SI 23500 667 5 1,71 45 0 SI 5300 668 5 3,41 45 0 SI 10600 669 5 7,57 45 0 SI 23500 1309 5 0,85 45 45 SI 2600 1310 5 1,71 45 45 SI 5300 1311 5 3,8 45 45 SI 11800 1312 5 0,85 45 0 SI 2600 23 1313 5 1,71 45 0 SI 5300 1314 5 3,8 45 0 SI 11800 Tabla 1: Videos de la cara 5, explicación desarrollo del chorro De estos, los videos que mejor muestran el desarrollo de zona 1 a zona 2, son los videos 783 784 y 785. En estos podemos ver el desarrollo del chorro para valores de Reynolds de 2600 3800 y 5300. El primer video muestra una longitud de desarrollo muy larga y vamos viendo cómo para valores de Reynolds mayores, la longitud de desarrollo del chorro se va reduciendo hasta que es casi nula. La zona 2 de desarrollo del chorro isotérmico en habitación es la zona en la cual el chorro de vuelve turublento y se mezcla en mayor medida con el aire de la habitación. Además en esta zona el chorro se expande en forma de cono. La imagen 2. refleja esta descripción general que se observa desde la cara superior del modelo. 24 2.1.2.- Imágenes de desarrollo del chorro. Figura 11: Ejemplos expansión del chorro para varios valores de Reynolds 25 2.2.4.- Medidas sobre el modelo Sobre el modelo desde la cara superior con un haz de luz horizontal que iluminaba la capa a la altura de la entra del chorro se ha medido la posición de la capa de corte entre el aire que entra y el existente. Esta medida se ha realizado con el tamaño más grande de modelo y para distintos valores de Reynolds con el objetivo de buscar el ángulo con el que se abre el chorro de aire y si el valor de Reynolds influye. Figura 16: Expansión chorro en cono libre El ángulo con el que se abre el cono es de aproximadamente 22º. La diferencia entre los distintos conos radica en el punto de comienzo de expansión el cual es más cercano al origen cuanto mayor es Reynolds. Una observación curiosa es que cerca de la pared final se produce una contracción en el ancho de avance y se producen pequeños remolinos en estas zonas contraídas. Figura 17: Explicación del sistema de coordenadas utilizado Sobre la gráfica se a sombreado la forma del cono para los dos casos más extremos mínimo valor de Reynolds para los rangos en que se produce este comportamiento y máximo valor de Reynolds posible por el modelo. 32 2.3.- Movimiento del aire en el plano medio vertical. En los dos casos anteriores se ha estudiado el movimiento del aire en la capa superior del modelo. En este caso se estudia un plano vertical en el cual se observa el movimiento del aire en las distintas altura. Se descubre una partición entre el aire impulsado en la parte superior y el de retorno de la capa inferior. 2.3.1.- Descripción del movimiento Desde un lateral del modelo y con un foco, haz de luz, que ilumine el plano medio vertical en la dirección del chorro podemos ver la diferencia tan evidente que existe entre el aire de la capa superior y el de la capa inferior. La capa superior movida por el chorro avanza en la misma dirección hasta llegar a la pared del fondo del modelo donde cambia de sentido y vuelve en dirección contraria ocupando una sección mayor de la caja y con una velocidad inferior 2.3.2.- Videos del plano medio vertical Para todos los videos el comportamiento del sistema es similar. El chorro de aire llega hasta el final de la habitación, choca con la pared y se expande siguiendo la superficie. En los videos de mínima longitud se ve que hay una gran cantidad de flujo que retorna y se producen recirculaciones en la parte superior del modelo. Si queremos ver la velocidad que tienen las partículas para las distintas configuraciones de Reynolds podemos utilizar las visualizaciones con pompas de jabón. Que nos dan una idea más adecuada sobre el movimiento de partículas individuales. Ref. Number: Cara Caudal (l/s) Longitud Ángulo Humo Burbujas Reynolds 325 2 1,53 180 0 SI 4800 327 2 7,5 180 0 SI 23600 330 2 5,37 180 0 SI 16700 351 2 7,5 90 0 SI 23600 360 2 1,72 90 0 SI 5340 620 2 0,5 45 0 SI 1500 639 2 1,21 45 0 SI 3800 543 2 1,73 90 0 SI 5400 544 2 3,4 90 0 SI 10600 545 2 7,58 90 0 SI 23500 568 2 1,73 45 0 SI 5400 33 569 2 3,4 45 0 SI 10600 570 2 7,58 45 0 SI 23500 1287 2 0,85 180 0 SI 2600 1288 2 1,71 180 0 SI 5300 1289 2 3,8 180 0 SI 11800 Tabla 4: Videos movimiento del aire, plano vertical en el eje del chorro. 2.3.3.- Grosor de la capa superior Se han tomado valores de la capa corte entre la zona superior y la parte inferior del modelo para estudiar la variación de esta capa frente a distintos valores de Reynolds en el modelo. Figura 17: Altura de corte entre capas superior e inferior 34 Como se ve en la gráfica el grosor de la capa depende del valor de Reynolds y esta es mayor para valores mayores de Reynolds. El grosor de la capa no supera en ningún momento un valor superior a 18cm lo que significa que la capa superior ocupa aproximadamente un cuarto de la altura del modelo. Este resultado nos indica que en las habitaciones con sistemas de ventilación por chorro, la zona que este por encima del 75% de la altura total de la habitación no debe ser ocupada para evitar las corrientes altas que se producen en la zona de chorro. 2.3.4.- Medidas del campo de velocidades en el eje vertical. En un eje vertical a distancia equidistante de las paredes laterales y 35 cm de la entrada de aire se han realizado una series de medidas de la velocidad a distintas alturas. El valor de Reynolds con el cual se han realizado estas medidas es de 2700 y el caudal 0,855 l/s y la velocidad a la entrada es de 1,94 m/s pero a esta distancia el chorro se a expandido en forma de cono y la velocidad de punta es mucho menor. Figura 18: Esquema de la medida de velocidad en el eje vertical Se han realizado tres medidas de cada valor para poder comparar entre varias medidas y ver la variabilidad de la medida. En la gráfica podemos ver que la velocidad promedio en la zona superior es positiva y por debajo de la zona de corte negativa. La curva se ha dibujado a través de la interpretación de los resultados. La interpolación de los datos da lugar a una curva difícil de entender debido a la variabilidad de los resultados. 35 El contraflujo que se desplaza por debajo de la capa del chorro tiene su máximo a la altura de 20 cm desde el fondo. En Etheridge and Sandberg 1996 página 402 se muestran unos datos de medidas similares realizadas con anemómetros térmicos solo en las zonas superior e inferior. En este experimento se han tomado medidas en todo el campo de velocidades y se han realizado con un equipo que no afecta al movimiento del aire. De este modo hemos completado un experimento que se planteo hace 14 años y que la técnica actual ha permitido terminar. Figura 19: Gráfico velocidad en eje X sobre eje vertical 36 Se han realizado medidas en la dirección vertical del eje para ese mismo caso con el anemómetro Láser Doppler los resultados son muy dispersos y revelan la característica de aleatoriedad de algunas zonas del modelo en las cuales la capa superior y la inferior se cruzan y cambian de posición a lo largo del tiempo. A pesar de la variación en la dirección vertical en las medidas se identifica que el promedio de las muestras es positivo. La capa superior que tiene una velocidad transversal diferente de la inferior, genera un efecto de absorción similar al efecto Venturi en tubos. Figura 20: Campo de velocidades dirección Z en eje vertical 37 2.4.- Movimiento del aire con chorro en ángulo Cuando el chorro sale en ángulo y golpea con la cara lateral de la caja, éste se dispersa de forma radial en la superficie sobre la que golpea pero general un movimiento en el modelo circular según el eje vertical. Con un ángulo de 45º se han realizado varios experimentos para determinar hacia dónde se desplaza el flujo entrante y cómo afecta la forma del modelo al movimiento del aire. 2.4.1.- Imágenes de colisión con pared lateral Figura 21: Serie de imágenes de colisión lateral de chorro 38 En esta serie de imágenes podemos ver en la cara 1 (cara de colisión del chorro en ángulo) las trazas que dejan las pompas de jabón al ser fotografiadas. Los vectores que se dibujan se deben a que durante la exposición de la fotografía las pompas cambian de posición trazando lineas que son su variación de posición a lo largo del tiempo de exposición de foto. Está técnica puede ser utilizada para medir la velocidad en puntos conociendo el tiempo de exposición de la foto y midiendo sobre la foto la longitud de los vectores. Se estudio la utilización de esta técnica para la medida de la velocidad pero finalmente se opto por medir con el equipo Láser Doppler. Las fotos realizadas con pompas de jabón igualmente sirven para ver en ellas la diferencia de velocidad en diferentes zonas del modelo. 2.4.2.- Videos chorro en ángulo En los siguientes videos se puede ver el movimiento del aire para las distintas configuraciones. En todas el aire gira entorno a un eje vertical. El caso con el modelo más corto donde el chorro golpea la esquina es aquél en el que el movimiento se percibe menos marcado. Además se puede ver que para valores altos de Reynolds la colisión precipitada contra la pared lateral produce corrientes fuertes cerca de la pared de choque a la altura de ocupación. Este efecto produce corrientes fuertes que pueden provocar disconfort e incluso problemas de salud. Ref. Number: Cara Caudal (l/s) Longitud Ángulo Humo Burbujas Reynolds 333 1 1,7 180 45 SI 5400 337 1 3,4 180 45 SI 10600 338 1 7,6 180 45 SI 23500 340 1 1,7 90 45 SI 5400 343 1 3,4 90 45 SI 10600 346 1 7,6 90 45 SI 23500 347 1 7,6 90 45 SI 23500 1299 1 0,85 45 45 SI 2600 1300 1 1,7 45 45 SI 5300 1301 1 3,8 45 45 SI 11800 363 1 1,7 90 33 SI 5400 368 1 3,4 90 33 SI 10600 369 1 7,6 90 33 SI 23500 370 1 7,6 90 33 SI 23500 39 1290 1 0,86 180 45 SI 2600 1291 1 1,71 180 45 SI 5300 1292 1 3,8 180 45 SI 11800 549 1 7,6 90 45 SI 23500 577 1 7,6 45 45 SI 23500 574 1 3,4 45 45 SI 10600 571 1 1,71 45 45 SI 5300 Tabla 5: Videos movimiento aire en cara 1 para distintos ángulos de entrada En los videos se puede observar otro efecto curioso. En la zona que queda por detrás´de la zona de impacto se produce una zona de estancamiento donde el aire queda recluido entre las paredes físicas y la que produce en chorro de aire Figura 22: Representación del movimiento del aire cuando el chorro incide inclinado sobre la superficie lateral Con las visualizaciones con burbujas se ha buscado detectar en que zonas del impacto la velocidad es mayor. Las zonas en que la velocidad del aire son mayores serán aquellas en que las imágenes de la cámara se vean estelas mayores de las burbujas tal y como se describe en el apéndice sobre medidas de velocidad con PSV. Con el chorro a 45º las zonas más interesantes para estudiar son las más cercanas a la zona de impacto porque son donde se producen las mayores velocidades. La dirección de las partículas en el punto de impacto son dispersas aunque se orientan de modo horizontal hacia la derecha caracterizando el movimiento rotatorio del fluido. 40 2.4.3.- Medidas cercanas a la zona de colisión. Cerca de la zona de colisión de se han realizado medidas de la velocidad con el equipo Láser Doppler. Con un ángulo de 45º se han realizado una serie de medidas que han estado limitadas por la geometría del modelo, los ángulos de incidencia del láser y las normas de seguridad para la utilización de este aparato. La distancia mínima a la que se ha podido realizar medidas es de 3 cm a la pared interior del modelo. En la medida abajo expuesta se ha utilizado una distancia a la pared de 5 cm. Las medidas se han realizado con el compresor funcionando a 2,7 l/s. En el apéndice de Reynolds, escala y análisis adimensional se explica la relación existente entre el modelo a escala y una hipotética habitación real 5 veces mayor en altura y que mantenga la proporción. En ese caso el caudal necesario será cinco veces mayor manteniendo el número de Reynolds. Las renovaciones en la habitación según estas condiciones serán 25 veces menores que en el modelo. De esta forma para este caudal de 2,7 l/s que equivale a 9,72 m3/h y 15,4 renovaciones hora, en el modelo a escala real tendremos un caudal de 13,5 l/s, 3,75 m3/h y 0,62 renovaciones a la hora. El Código Técnico de la Edificación (CTE) dimensiona un caudal mínimo 10 l/s para una habitación de dos personas y de 12l/s para una sala de estar de 4 personas. Figura 23: Esquema de medida velocidad en zona colisión Con la configuración arriba explicada, 5 cm de la pared lateral, chorro en angulo de 45º y caudal de 2,7 l/s, se ha medido la velocidad del aire en una linea horizontal paralela a la pared a la altura en que choca en el chorro con más fuerza. En los videos 333, 337 y 338 podemos ver el movimiento del aire que se refleja en esta gráfica con valores del Láser Doppler. 41 Posibilidades de continuación con la linea de investigación y el proyecto. Este proyecto es uno más dentro de una linea de investigación que pretende estudiar el movimiento del aire en habitaciones ventiladas a partir de modelos a escala donde se estudia el efecto de chorros de aire con las superficies de las habitaciones. Después de terminar este proyecto, yo continué con una serie de experimentos en ventilación basados en un sistema distinto de ventilación por mezcla que aprovecha las corrientes verticales convectivas para este mismo centro de investigación como investigador asalariado. Las lineas de investigación en este campo son continuas en este centro de investigación y se han realizado más estudios que continúan trabajando sobre modelos a escala de habitaciones. Incidencias en el desarrollo del proyecto. En el desarrollo del proyecto se sucedieron varias incidencias importantes que el no haberlas solucionado abría afectado al cumplimiento de los objetivos planeados inicialmente pero que al final todas se pudieron solucionar gracias al apoyo del resto de compañeros del centro de investigación. – Imposibilidad de medir caudales bajos con el equipo de medida diseñado a priori. Este problema se soluciono rápidamente puesto que el sistema se podía calibrar para medidas inferiores cambiando una de las piezas. – Mal funcionamiento de la videocámara entregada. Se sustituyó por cámara digital que derivo en una mayor calidad de la imagen y la posibilidad de hacer videos más fácilmente. – No funcionamiento del equipo de medida pensado inicialmente por PSV con imágenes de exposición larga. Se solucionó cambiando el equipo a emplear por otro más complejo, “Laser Doppler Anemometer”. Este cambio requirió dedicar un tiempo extra para el estudio de este sistema de medida complejo del cual había poca experiencia en el centro de investigación. – Problemas con el uso del equipo “Láser Doppler a través de la pared de transparente que dificultaba las medidas. Se solucionó dedicando más tiempo al uso del aparato y calibrando las variables de muestreo y potencia para lograr medidas. 48 Tiempo empleado, opiniones personales y experiencia obtenida. El tiempo empleado en este proyecto ha sido de 6 meses a jornada completa, durante este periodo se dedicó tiempo a leer e investigar pero desde el principio la mayor parte del tiempo se dedico al trabajo en el laboratorio realizando pruebas y videos. Pasados dos meses de pruebas y estudio de otros proyectos decidí una serie de experimentos, que podía describir el movimiento del aire en la habitación. Estos experimentos y medidas a realizar fueron revisados por el Dr Mats Sandberg que tutorizó mi proyecto y me animó a realizarlos para ver el resultado de todos ellos. También sugirió la realización de medidas cercanas a la superficie puesto que el equipo de medida permitía realizar estas medidas sin afectar al movimiento del aire. Mientras se realizaban los experimentos y las medidas se fue redactando la versión original de este proyecto en inglés y publicada en DIVA (Academic Archive on-line) que puede ser comparada con esta. Para la realización de esta versión, para el P.F.C. de Ingeniería Industrial de la Universidad de Zaragoza, se han reescrito y editado los textos buscando la forma exigida por la normativa de PFC de 2009. Se han editado las imágenes originales y se han aplicado filtros de color. Esta parte del proyecto la edición de las imágenes y la aplicación de filtros, era una de las posibilidades de expansión del proyecto que no se pudo aplicar por la limitación de alcance del proyecto. En esta versión existen imágenes editadas con GIMP que permiten una mejor visualización para explicar el movimiento del aire. Este proyecto ha sido una gran experiencia para mi y me ha permitido trabajar en un tema concreto durante un tiempo largo y explorar las posibilidades de un proyecto. Profesionalmente ha sido un gran paso porque he aprendido a hacer ingeniería. Se ha planteado un problema desde el inicio (estudio del movimiento del aire en una habitación) y se ha llegado a la ejecución material con la realización de los experimentos y la materialización de las conclusiones. 49 50 4 Bibliografía - “Building ventilation Theory and measurements” David Etheridge, Mats Sandberg 1996 - “Practical Applications of Whole Field Measuring Methods in Studying Air Distribution in Rooms” Mats Sandberg, Tomo Kobayashi, Elisabet Linden, Svante Lindström. - “Experimental Methods in Ventilation” Mats Sandberg, Hans Lundström, O. Nilsson, H. Stymne - ”Whole field Measuring Methods in Ventilated Rooms” Mats Sandberg, - “Experimental Analysis of Low Reynolds Free Jets. Evolution among the Jet Centerline and Reynolds Effects” Valentino Todde, Pier Giorgio Spazzini, Mats Sandberg. - “The Measurement and Simulation of Indoor Air Flow" written by Marcel Loomans - “Thermal Comfort course 08/09 Energy System Master” Taghi Karimipanah - “Energy Utilization course 08/09 Energy System Master” Taghi Karimipanah - “Dantec measurements” web page and documentation from FlowLite. 51 52 ANEXO A Teoría de fluidos, distintas aproximaciones para estudiar el movimiento del aire, teoria de sistemas de ventilación en habitaciones: Literature To speak of the vent and explain phenomena that occur when a jet of air interacts with the walls of a room we have to start explaining the equations that define the moving of a fluid (Navier Stokes) and knowledge about the movement of fluids. To find this literature I will use “The Building Ventilation: Theory and Measurement” from Mats Sandberg and David Etheridge and “Turbulent jets in confined spaces, Application in mixing ventilation and Numerical studies” from Taghi Karimipanah. To understand the laser Doppler system I have used the information from “Sistema Láser de medida de velocidad por efecto Doppler de bajo coste para aplicaciones industriales e hidrodinámicas, Doctoral Thesis”(Laser system of velocity measures by low cost Laser Doppler for Industrial and hydrodynamics uses) from David Garcia I Vizcaino. As complementary information I have used the papers from Taghi Karimipanah courses of “Fluid dynamics” and “Thermal comfort and Indoor climate”. We need to define some parameters to limit our study one is the use of isothermal jets. The use of jets with a temperature equal to the room simplifies the study of ventilation to cases in which the air enters the room has not been previously heated or cooled. Also we have to simplify the cases where the room air is heated due to internal sources of heat. When this phenomenon appears, drafts whose nature is very different from the jets may change full configuration of the ventilation. 53 A.1.- Navier Stokes equation Navier Stokes equation comes from a derivation of Newtonian second law or the conservation of momentum. They define the general law that imperes over any fluid. There exist a lot of variants applied to the case with uncompressible fluids or static fluids but this is the general case for an arbitrary volume: V: Flow velocity ρ: Fluid density p: pressure ∇ T: Deviatory stress tensor f: Body forces per unit volume acting The left side of the equation contents the acceleration of the volume as a change of the velocity and an increase of the convective velocities. The right side is a summa of pressure stress and body forces that affects the volume. A.1.1.- Compressible flow of Newtonian fluids The equations of Navier Stokes can be very simplified if we assume that we are working with an incompressible fluid. The air introduced in a room is a compressible substance in which the pressures changes can affect the density. We work with compressible fluids as air but in a range where the viscosity is assumed constant so the equations get like that. μ: Viscosity μv: Second viscosity coefficient. 54 A.1.2.- Cylindrical coordinates As we will use a jet seems logic to use a cylindrical system of coordinates to describe the Navier Stokes equations. Cylindrical equations comes from the change of x and y to r and Ө. A.1.3.- Equations of free jet in a still ambient. Taghi Karimipanah describes this equation for axisymmetric jet in “Turbulent jets in confined spaces, Application in mixing ventilation Experimental and Numerical Studies”. This simplification introduces the conditions of an axisymmetric jet as for example neglect gravitate forces and the variation in the velocity is independent of .Ө ( ) ( ) [ ] ∂ ∂ ∂ ∂ ρ ∂ ∂υ xU u r r r UV u v p xU r r x 22 2 1 1 + + + = − + ∇ ' ' ' ( ) ( ) [ ] ∂ ∂ ∂ ∂ ρ ∂ ∂υ xUV u v r r r V v p rU r r r r r + + + = − + ∇ ' ' ' 1 1 222 ( ) ( ) ∂ ∂ ∂ ∂ xUr rV r r + = 0. Solving these equations we can obtain the movement of the air in an axisymmetric jet. 55 A.2.- Jets A.2.1- Isothermal Jets Isothermal jets are the jets at a certain temperature that are introduced into an environment at the same temperature than the jet. We will work with isothermal jet because we will not use any air heater or cooler and the room has no heat sources so the model temperature will be the outside room temperature and the air jet temperature. The isothermal jet has the property of getting at a constant height if there are no other forces that makes it move up or down. Figura 27: Isothermal jet very large for low velocity. A.2.2- Non isothermal jets If we introduce a jet with a temperature different than the room the jet will have a natural tendency to go up or down. If the jet is cold the air will quickly go down impinging with the floor instead of beating with a wall. This cold jet moves the dust from the floor and produces more polluted air. If the jet is warm the jet will have a natural tendency to be on the top and we will have a stratified air temperature on the air of the room. This stratification produces un-satisfaction in the person that feels hot on the head and cold on the feet. Also the ventilation will be less efficient. The effect of a non isothermal jet is totally different when the system that we are using is a hybrid system in which the jet is designed to help the buoyant forces. In that case the jet for example impinges on the floor and the jet momentum helps the buoyant forces. 56 A.3.- Buoyant flows Buoyant flows are the flows that appear between layers of air at different densities. Fluids with low density tend to overcome those on denser. In an environment of constant pressure the air density is related with the temperature so a change on the temperature caused by a heat source produce a density change on this. So if there is a heat source in a room the air that takes the heat from that source will have a rise in its temperature that will make it go up in a flow called plume. Figura 28: Scheme room air movement by buoyant flow 57 on the back signal and measure the change on the wavelength to determine the velocity of the particle. The laser Doppler use more than one string to measure the velocity and can calculate the velocity in different directions of the space (x, y) A Laser Doppler tool can calculate the velocity and the direction of the air. As well It does not need to introduce any solid object inside to do the measure. So the measures will be done by a Laser Doppler. To do the job will be used an integrated laser-optics system called FlowLite. FlowLite is Laser Doppler measuring system designed by Dantec Measurement Technology. 64 A.7.- Flowlite A laser Doppler system measure the velocity of the air based on the Doppler effect, that is produced when we send a high frequency light beam signal and we compare it with the back light signal emitted by the reflection of a particle that interfere the light beam. To measure the velocity of the air on one point we need at least two laser beams. Both laser beams will get reflections of the particles that cross each beam but when a particle cross the point where they cross the will receive a back signal at the same time. In that moment the laser Doppler system measure the Doppler effect of the back signal and interpret it to get the velocity of the particle in the chosen point. Figura 34. : Laser Doppler system; computer, laser optic system and electronic analyzer As the velocity of the air is not constant and it changes for moments Laser Doppler equipment measure the velocity of thousands of particles. The results are sent to the computer and then we can study them with statistical tools. From the results we can get mean velocity and the standard deviation of the values. The standard deviation of the velocity divided by the mean velocity is a value of the turbulence. The mean velocity of these statistical values is the velocity of the air in that point. 65 “FlowLite embodies tried and tested laser Doppler technology to ensure reliability and continued measurements accuracy in everyday use in a variety of applications:” •Flow and surface velocity research studies. •Velocity measurements of solids and liquids in continuous processes •Development of more efficient manufacturing processes. •Training in measurements techniques Text: FlowLite Installation and users guide Dantec Measurement Technology® A.7.1.- Light emissor The Light in this equipment is emitted by the FlowLite probe. The light can be harmful and can injure the eyes by direct beam or by reflections. The light equipment must be shutted every time that is not measuring and special goggles must be were on all the time that the tool is on. In this case the laser is used inside a room with the box and the smoke equipment. The computer of the laser and the remote control of the smoke machine are outside. So I can use the laser and the smoke machine reducing to the minimum the risk of get a laser beam in the eyes or breathe too much smoke. The light is produced by a 10mW He-Ne laser A.7.2.- Optic system The light emitted by the laser generator is send to the optic system by a fibre optic cable. The optic system splits the light in two beams and send them with a distance between them called beam space and with a specific angle. The distance at which the two laser beam cross is called focus distance and It is the place where the measure is done. These data have to be introduced properly in Floware (FlowLite software) in order to interpret properly the results of the measures. It is useful to know that if these values are wrong the tool will work without problem but we will get wrong results so we must be sure that we have always the right values introduced in Floware. In this equip we have lens of 160mm 500mm and 800mm. 66 Figura 35: optical laser system from Dantec system reg. A.7.3.- Beam expander An expander is an optical tool that we can introduce to get better results from big focus lens. We have an expander of 1.98. The expander never change the focus length but will make us easier to find the cross point and we will have better angle of beam. The beam expander change the beam distance or the distance between the two beams at a large distance when no focus lens is on the optic system. Figura 36.: Beam expander A.7.4.- 1D 2D or 3D measures with laser Doppler With a laser Doppler system we can measure in one dimension two or three. With one emitter and one laser we can do one dimensional measures. With one emitter and two lasers we can do two dimensional measures but for three dimensional measures we need to use one emitter on a different place because we can only measure on the plane normal to the emitter. So we will need a second plane to get the third dimension. 67 Figura 37: measure on a wind tunnel with a BMW scale model three dimensional measures. From Dantec A.7.5.- Flow velocity Analyser When the light equipment is working it send the back signals to the Flow velocity Analyser signal processor. The Flow velocity Analyser treats the signal back from the Flowlite and converts it to velocity signal. This Flow velocity Analyser is configured from the Floware. A.7.6.- Floware The treated signal from the Flow velocity Analyser is sent to the computer. Floware is the software included in the equipment and it works with the signal sent to the computer. Floware software let us configure the Flow velocity Analyser and the power of the laser beam. Also it controls the number of burst in the signal or the number of samples that must be taken in each measure. In the Floware must be introduced the values of the optic system in order to calculate properly the velocity of the air. Floware also can work with the results and calculate the mean value of the measure and do some graphs. It is possible to export the values from the measure and work with another software, but FVA has tools enough to work with it. To get more information about Floware look FLOware FVA interface, Installation and User’s guide. 68 A.8.- Dimensional Analysis: To study the ventilation of a room we can work with a full scale model or with a scale model. A model is a replica of a real system or a virtual system in which we can alter the properties of it to measure the system response in order to characterize the system. “During the design process, predictions can be made by using scaling laws to transform results from scale models to those at full scale “ From: Etheridge and Sandberg 1996 Chapter 14 The model must be as similar as possible to the reality because we will use the response of the model system to decide about the real one. In our case our system is a room with an air jet inlet. So we can use as model a room with an inlet or a scale model of a room. To study this case we will use a scale system. The advantage of working with a full scale room is that we know that this will be the response of the system. If we work with a scale system we need to make some assumptions about similarities between the scale model and the real model but most of them are very easy to reproduce because we can construct the model in the same way as the real system. To work with a scale model we need to use dimensionless numbers to compare properly the properties between the scale model and the real one. If this dimensionless numbers that characterize the system are equals in the scale model and the real model we can assume that the response for the perturbations will be the same. The problem is that is very difficult to make the scale model similar to the real one. For example is not possible to get the same scale roughness in the walls. Or if we want lot similarities not just Reynolds for example thermal similarities or similarities in Arquimedes number or Froude number we will need to control more and more parameters such as the density or the viscosity. That makes very difficult to do the experiments. In this case I will control just the Reynolds number of the jet because I make the assumption that inertial forces and viscous forces are the main forces in the system. If we work with very low values of Reynolds maybe it will be important to use the Froude number in which affect the gravitational force. If we don’t work with an isothermal system we will have different densities between the inlet and the box and we will need to use the Archimedes number and that will need to use flow with different density for example water with different values of salinity. In our system the temperature will be around 20 degrees with very low changes and the Reynolds number will be between 2600 and 20000 except for some measures just to compare when other forces appear. 69 A.9.- Mechanical ventilation, Fan High levels of ventilation require much more energy than those with low levels of air supply. Typical low ventilation values are 8 l/s/person and high ventilation value is 10l/s/person. The flow rate (Q) has a much known relation with the pressure difference (∆P) and the power (E). ∆P~Q2 E~Q3 So if we increase the ratio from 8 l/s/person to 10 l/s/person the flow rate increase in a ratio of 1.25 but the pressure difference increase by a value of 1.252=1.5625 and the energy increase in a ratio of 1.253=1.953125, around twice energy. From Energy utilization course 08/09 Gävle University leaded by Taghi Karimipanah If the flow is very high all the air in the room will be renovated and mixed with the new air but it will produce a draught very unkind for the people in the room. Also a higher value of flow means a great increase in the energy consume. For example if the flow increases by a factor of two the needs of energy for the fan will much bigger than two because the power needed by a fan is: Power(kW)= Flow (m3/s) * Pressure difference(N/m2) *3600(s/h) /1000 (kW/W) E=Q*∆P As the pressure difference depends on the velocity of the air up to two we can express the power of a fan as Power ~ Flow * Mean Velocity 2 ~ Area_inlet * Mean_velocity 3 So if the mean velocity is double the energy needs will be increased by a factor of 8. If the flow is 3 times bigger than the real needs we will be expending 27 times more energy than real energy need for that process. When the rooms are not occupied many times the ventilation system is working over the needs and expending lot of energy. Another reason to reduce the velocity of the air in a room is the counter effect of the draught in a room. If the air velocity in the room in the occupied zone is over a value of 0,1m/s it is considered as a draught and produces an unkind feeling in the body. 70 ANEXO B Metodología de trabajo en el proyecto, cálculo de Reynolds, sistema de coordenadas y cómo se ha medido. The methodology in this thesis is divided in three different parts that have been chosen arbitrary. The first part is the methodology utilised in all the report and it is very useful to understand how I have work and to understand the results. The second part is the techniques that I have used to record and make the videos photos and all the visuals parts of the project. The third part consists on the explanation of how Laser Doppler system works and how I have used it. If someone want to use the laser Doppler equipment again will find useful some of the things that are included there. 71 B.1.- General methodology in the Project B.1.1.-How to calculate Reynolds We said that we will use Reynolds as dimensionless number to compare with a full scale room. So we will use this value as reference to talk about different flows because it condenses a lot of parameters. Reynolds number in a pipe or tube is defined in fluid dynamics course as: Where: •V: the mean fluid velocity •D: the diameter (m) •μ: the kinematic viscosity of the fluid (Pas or Ns/m2 •υ: the kinematic viscosity of the fluid (m2/s) •Q: the volumetric rate (m3/s) •A: the pipe cross sectional area (m2) In our case we do not have a tube or a pipe, we have a rectangular duct. Experimental measures get that if we calculate the hydraulic diameter of the tube we can use the same equation of Reynolds to compare the flow with different kind of ducts. The hydraulic diameter of a square duct is: The area of my duct is: A=L2 The perimeter is: P=4xL So the DH is equal to L DH=4xL2/(4xL)=L As we can see in the diagram a square duct has the same hydraulic value as a pipe inside that square duct. So if we want to reduce the material needs of a pipe we should use a cylindrical duct (pipe). 72 Figura 38: Hydraulic diameter of a square duct. B.1.2.- Model size and scale. The model represents a large room with one inlet of supply air in the top and an outlet at the bottom on the same wall. The model room is square with a variable length. It will be interesting to repeat the simulations with furniture in the room but the introduction of obstacles in the model will be the field of study of another project. Our room is a box with a moving wall. The size of y and z is 50cm and 70cm and the moving wall can change from 180cm to smaller values like 20cm. If we compare the room with a room with a high of 2,5m we can scale the values and the room will have the dimension of 3,5m of side 2,5m high and 9m of length. The scale value is 5 Figura 39: Size of the model 73 Perforate plate 104-25 graph 0,100 1,000 10,000 1 10 100 1000 Pressure Difference (Pa) Q (l/s) Figura 45 : Graph of orifice plate 104-25 manometer pressure (Pa) to Q (l/s) B.1.5.- Determine the position of the measured points. System of reference To determine the position of a point in the box I have used two different systems. One is based on a Cartesian coordinates system with the origin on a fixed point of the box. The other is based on the position of different planes that I have chosen arbitrary. This is the Cartesian coordinates system (photo below) Figura 46.: Coordinates system The origin is situated in the inlet wall at the bottom and in the right side looking from the outside to the inside of the box. 80 Sometimes a group of points that I will measure correspond to a specific plane or even I will talk about the behaviour in a determinate plane. In order to understand better in what position I am working I talk about different planes in the model. These are the planes that I will use to explain which point I am measuring or what part of the model I want to describe. Figura 47: Different planes in the box 81 If the draws are not clear enough to know which plane is each one using the Cartesian system here I describe the eight faces. Face X(cm) Y(cm) Z(cm) Face1 -- 0 -- Face2 -- 35 -- Face3 -- 70 -- Face4 L -- -- Face5 -- -- 50 Face6 -- -- 25 Face7 -- -- 0 Face8 0 -- -- Tabla 8 : Relation between Cartesian system and planes L: total length of the box in x direction. It can change because that parameter in the box is variable. In most of the case this value will be 180cm. But it can changes to 90cm or 45cm 82 B.2.- Video and photos methodology The movement of the air in a room is a field of interest because it affects to the quality of the air in that room. We are going to analyse the interaction between a free jet and the boundaries of a room. so we are going to work with a scale model of a room. In this room we can change the length of the room the direction of the jet and the speed of the jet increasing the ventilation of the room. To see the interaction between the jet and the boundaries we will use a light sheet and some kind of tracer seeds. We record the videos with a video camera canon digital ixus 85 15. To film all the important interactions between the jet and the boundaries we use 8 different sections. To film this section we have to put the camera in three different places and change the light sheet from to different places and then rotate and translate it to get the 8 planes. As tracer seeds we will use to different sources smoke and bubbles. With smoke we will use two different techniques. The first is to introduce a smoke jet in a box empty of smoke and see how the smoke moves into the room. The other is to full the room with smoke and see how the air jet cleans the room. The first technique is very useful to see the jet develop jet in the room and the second is better to see the air before mixing and also to find leakages. The soap and helium bubbles are very good to see the speed and movement of individual parts of the air but the smoke permit us to see where different flow of air impinging in the room. 83 B.3.- Laser Doppler methodology With Flowlite we can measure point by point the mean velocity of the air. With the visual system we have get some concussions about the air movement and mean direction of the air but we don’t have numerical values To do the measures we will use the same structure that we have use to make the videos but now instead of a video camera we will put the laser. So the box can move in rails on the x direction but not on y or z. With the laser located on a side we can move up and down (z) and with different lens we can measure at different lengths on y direction. Figura 48: Model movement, box and portico I have worked with the model in a room without illumination and trying to avoid any kind of ambient light that could affect the measure. Ambient light received in the laser system can be interpreted as noise in the signal and must be avoided if it is possible. The smoke is introduced in the inlet previous mixed with air to get a constant source of low seeding. The computer and Flowlite equipment are situated outside the room to reduce the perturbations that heating sources can make in the model and to protect the equipment from smoke particles. To change the position of some of the points is necessary to get inside the measuring room. When that happened is necessary to close the laser beam to avoid accidents. 84 Figura 49: Smoke air mixer Laser Doppler measures with groups of samples. The number of values that we will use will be 1000 for most of the measures. The time to make the measures changes from a few seconds to intervals of 5 minutes. Measures that need more than 5 minutes have been rejected or redesigned to make an efficient use of the time. Laser measures need time to be made. Some of them take about 5 minutes so if we want to characterize one wall with 8 points in one direction and 11 in the other that will take to us around 8*11*5= 440min around eight hours. If then we want to compare 8 different faces with 3 different speeds 3 different angles and 3 different lengths we will need a time around 1600 hours. We have to choose carefully the measures that we want to do. There are eight faces that we want to characterize with different length values and jet angle. I have reduced all the faces to the most interesting to measure. I will enumerate all the faces and will choose in each one what I want to measure. B.3.1.- Face1: In face 1 the most interesting thing to analyse the interaction between the jet and the boundary when the jet smash on the side wall. Instead of measuring a table of points on all the wall I will measure the velocity of the wall in two lines that cross on the jet crash point. The measures will characterize the velocity of the air. We expect to see how the velocity and the turbulence of the air decrease when we get away from the jet zone and which part of the jet goes to the left and which go to the right. Also we can size how much goes to the top. To measure this interaction on this face the angle must be high enough to make a lateral collision the jet. The velocities should be big enough to get representative values. 85 Figura 50: Jet collision on face 1 image for laser measure explanation. B.3.2.- Face2: On face two with a long length lens we can measure the shape of the velocity when changes the z coordinates. We need a jet with normal direction and the length of the model must be long enough to let the jet develop. We should be able to measure the velocity of the jet and get a shape similar to the figures that appear in Maths and Etheridge 1996 page 402 flow in room figure 8.7. Figura 51: Face 2 jet develops horizontal air movement. 86 B.3.3.- Face3: The face three does not have anything interesting to measure. If we measure a horizontal line we will get low and uniform values. Measuring a vertical line we will get a shape similar to face 2 but less interesting and with low values. It will be very difficult to characterize it for an angle of jet normal or with at 45. With more time available it will be interesting to measure the velocity of the air in that face with different flow rate values at 45 and 90. In the videos with bubbles is possible to get an idea of the velocity of the air close to that wall B.3.4.- Face 5: On face 5 we can measure how the velocity decreases when we get away from the jet and the field of velocity that is created for the jet cone on the transition length. The measures of the velocity along the jet can be compared with the values from “Etheridge and Sandberg” in Isothermal Jet Expansion “Four zones” page 337 figure 7.21 Figura 52 : Points to measure on face 5 B.4.- Smoke generation To generate the smoke for the visualisations and the measures have been used a smoke generator from Teknova, mod: RG100. It produces particles 1μm from paraffin oil. B.5.- Bubbles generation To make visualisations of individual particles and get an idea of the movement similar to the one that we have when we use a particle streak velocimetry I have introduce bubbles inside the box. The Bubble generator is from SAI, Sage action, inc., Ithaca, N.Y., USA and is called bubble generator model 5. These soap bubbles are particles with a size between 1,3mm and 4mm. and a life between 1 and 2 min. To get more information http://www.sageaction.com/MD5.htm 87 88 ANEXO C Estudios de las medidas que se pueden realizar con el equipo Láser Doppler C.1.- Flowlite, laser Doppler Anemometer I am not sure about the quality of the measures and I want to determine how affects different configurations of the machine in the measure. To do it I have take several values of the same measure and I have compare them. In the measures with laser Doppler there exist a couple of variables that affects the measure. •Data validation •Voltage •Bandwidth •Number of samples •Smoke quantity •External conditions To compare how this changes affects to the measure we will keep constant some of this values and change one of them to find how it affects to the measure. The most significant variable that I can change in Flowlite is the bandwidth of the signal. With higher values of bandwidth we can measure bigger values of velocity but needs more time to do the measure. The results must be the same in measures with different bandwidth except if the bandwidth chosen is smaller than the needs to measure the velocity. In Flowlite we also can change the Voltage of the laser. With a bigger value of 89 Figura 56.: Inlet of the model. D.3.- Fan data The model runs with a fun of variable speed. The speed can change from a speed close to zero to values of 0,5 l/s to values until 16 l/s. The characteristics of the fan are: Voltage: ∆-Y 220-380V Intensity: 0,73/0,42 A Fan speed: 2740 U/min Power: 0,14KW Pressure: ∆Ps=1180 Pa D.4.- Light sheet data The information of the light sheet that is used to make the photos and the videos is the next that can be find in http://www.philips.oprawy.pl/katalogi/katalog_opraw/pdf/focus_PCV_740_745_eng.p df. Philips Focus Generator PCV740 96 Voltage: 200V - 240V / 50 – 60 Hz Gear: Electronic Driver Lamp system: Reflector lamp is integrated in aluminium housing D.5.- Laser Doppler Data This focus generator is connected by optic fibre to a group of glass cylinder that produce a light sheet of 4 cm. So the videos and pictures taken shows the movement of the air in a volume equal to the area showed with depth of 4 cm. The laser Doppler equipment has lot of data that need to be introduced into the Floware. The laser Doppler has many things that have to be introduced in the computer each time that we want to measure. For example we have to adapt the values of the bandwidth and the data validation for each group of measures if we want to get good results in the measures. The way to select the values of input data in the laser Doppler have been determined in the results chapter because it have been necessary do some previously measures to know how to chose that input data. More data of the laser is included in the FlowLite Installation and User’s guide. One important thing when we are choosing the parameters of the laser is the focus length. In this project have been used the length of 160mm which gives the best results. The lens of 500mm which can still get results and the lens of 800mm which rarely get results. D.6.- Environment Data The room in which the model is situated has two big openings to the outside space. The outside space is the Gävle University develop building in Brynas. When the model is working with smoke for more than one hour (depends on the smoke generation intensity) the room gets to much polluted by the smoke and we can’t introduce fresh air without particles to watch the difference between the air jet and smoked air in the room. To refresh the ambient in the room we need fifteen minutes with the two openings uncover. 97 Mateo de Guadalfajara Zaragoza a 16 de febrero de 2011 98