MODELlZAClON DE
RUJO
DE AlRE EN TOBERAS DE HILATURA
L.
COI/, E.
Valencia.
G.
Adolphs.
X.
F&s
y
J.A. P iol
MODELlZAClON DEL FLUJO DE AlRE EN TOBERAS
DE
HILATURA.
L.
Coll,
E.
Valencia,
G.
Adolphs,
X.
Fa és
y
J.A. PiAol
0.1.
Resumen
i esse de ab ica ion e in luence de la composi ion
La necesidad de conoce con p ecisión las de la ma ie e p emie e, qui a mo i é la p ésen e é ude
composée de deux phases: a) ob en ion
posibilidades de las mode nas obe as de hila u a
expe imen ale
des
p o ils
de
i esse,
e
b)
leu
en cuan o a la calidad de hilo a ob ene , elocidad dé e mina ion analy ique en enan comp e du ai
de ab icación e in luencia de la composición de la qu'il
sagi
ddn
luide
eel
une
con igu a ion
ma e ia p ima. ha mo i ado el es udio p esen e, el
ai iSYmé ique-
Les
c i e es
de
alo isa ion
dési es
cual cons a de dos ases: a) ob ención expe imen al son eche chés dans la co éla ion en e les ésul a s
de los pe iles de elocidad y
b)
su de e minación
ob enus
les
deux
pa ies
a) e b).
analí ica eniendo en cuen a que se a a de un luido
eal en una con igu ación axilsimé ica. En la
co elación en e los esul ados ob enidos en los
apa ados a) y b) se buscan los c i e ios de alo ación
deseados.
Palab as
cla e:
obe as, hila u a, lujo de ai e.
0.2.
Summa y.
MODELLIZATION OFAlR
FLO
W
/N SPINNING AIR-JETS
The objec i e o his pape is o accu a ely
know he possibili ies o he mode n spinning ai -je s
in espec o he quali y o he ya n o ob ain, he
p oduc ion speed and he in luence o he aw
ma e ial. The s udy is di ided in wo pa s: a)
expe imen al ob en ion o he speed p o iles, and b)
hei analy ical de e mina ion conside ing a eal low
in an axialsymme ic con igu a ion. The desi ed
e alua ion c i e ia a e looked o in he co ela ion
be ween he esul s ound in
a)
and
b).
Key
wo ds:
je s, spinning,
ai
Bow
0.3.
Résumé.
MODELAGE DU FLUX
D'AIR EN TUYERES DE FILATURE
C'es la nécessi é de connai e a ec
p écision les possibili és des uye es de ila u e
mode nes pou ce qui es de la quali é de ila ob eni ,
D . Libe o CollTo osa. P o eso Ti ula
de
Uni e sidad de la
UPC.
Subdi ec o del INTEXTER
y
Je e del Labo a o io dewSis e nas
y
P ocesos Tex iles Mecánicos" de es e Ins i u o.
"
D . Eugenio Valencia Leona do. Ca ed í ico de Uni e sidad
(Mecánica de Fluidos) de la UPC
y
Colabo ado del INTEXTER.
e..
Dipl. Ing. Geo g Adolphs. P o eso isi an e
y
Colabo ado de
INTEXTER.
...e
Ing. Ind. Xa ie Fa bs Casadesús. Doc o ando del INTEXTER.
.....
Ing. han An oni PiRol Echenique.
Mo s clé:
uye es, ila u e, lux d'ai .
1.
INTRODUCCION
A
LA
PROBLEMATICA
El sis ema de hila u a po zunchado
neumá ico median e obe as se basa en el p incipio
de la alsa o sión ( igu a
l)4).
Dicho p incipio consis e
en que al hace gi a la ena ib osa median e algún
disposi i o de o sión
(N2)
(neumá ico en nues o
caco),
se in oduce una o sión que se p opaga aguas
a iba, has a llega al pun o donde la mecha es
pinzada po los cilind os
(P)
que alimen an la zona
de hila u a; la o sión se hace p ác icamen e nula
aguas abajo (en égimen es aciona io) has a llega
al pun o de pinzaje de los cilind os p oduc o es del
hilado ya o mado
(Q).
El hilado adquie e su
esis encia debido a las ib as más ex e io es de la
ena ib osa que no se en a ec adas po la alsa
o sión aguas a iba. Es as ib as, al pasa po el
disposi i o de o sión que des ue ce el núcleo,
quedan zunchadas sob e él, dando la consis encia
necesa ia al hilado ( igu a
2).
Así pues, la obe a de
hila u a eje ce dos unciones:
a)
aspi a las ib as que le son p esen adas
a la en ada po los cilind os
b) suminis a la alsa o sión a la ena
ib osa. Po an o, es necesa io que la obe a
p oduzca un o bellino con una componen e de
elocidad axial pa a la aspi ación y una componen e
angencia1 que haga gi a el hilo pa a p opo ciona
la alsa o sión2). El o den de magni ud de es as
componen es depende de la ma e ia p ocesada ( ipo
de ma e ia, longi ud, densidad lineal, p opiedades
dinamomé icas como enacidad, e c.) y ambién de
las ca ac e ís icas que se p e enden ob ene en el
hilado; la mayo
o
meno o sión de zunchado nos
da á
como
esul ado un hilo con di e en e igidez,
ac o, pode cub ien e en los ejidos, esis encia,
elongación, con lo que se á ap opiado pa a unas
u
o as u ilidades. (Tabla
1).
-
MODELlZAClON
DE
FLUJO
DE
AIRE
EN
TOBERAS
DE
HILATURA
L.
Coll.
E.
Valenc a.
G.
Addphs.
X.
FanBs
y
J.A.
P~nd
TABLA
1
Magni udes que in e ienen en el sis ema de hila u a po zunchado neumá ico
Ca ac e ís icas
luídicas
Ca ac e ís icas de
la ma e ia
p ocesada
Ca ac e ís icas
del hilado
Concep o
Velocidad del lujo
en un plano que
con iene el eje de
la cáma a
Velocidad del lujo
en un plano no mal
al eje
Relación en e
be za
de
ine cia
y ue za iscosa
Relación en e el
impulso
de
la
comen e
de
a as e Vi y la
comen e aspi ada U,
In eg al cu ilínia
de la componen e
de elocidad
angencial
Núme o
de
espi as
de las ib as de
zunchado
po
unidad de lonai ud
Na u al, a i icial o
sin é ica
Longi ud media
de las ib as
Peso de una de e mi-
nada longi ud de ib a
Ca ga de o u a di i-
dida po la densidad
lineal del hilado
Resis encia del hilado
a la lexión
G ado
de
sua idad
del hilado
Voluminosidad
del
hilado
Ca ga de o u a del
hilado di idida po la
densidad lineal del
hilado
Ala gamien o que
su e el hilo has a
llega a la ca ga de
o u a
Componen e de
elocidad axial
de aspi ación
Componen e
angencia1
Núme o
de
Reynolds
Impulso ela i o
Ci culación
To sión de
zunchado
Tipo
de
ib a
Longi ud
Densidad lineal
Tenacidad
Rigidez
Tac o
Pode cubnen e
Tenacidad
Elongaaón
Símbolos
V,(mlseg)
V (m/Seg)
Re=Ua*R/
pi*Vi2/piUa2
=
j,,
~ 'dl=
=
o V'dA
T
>
(llm)
L(mm)
T,
( ex)
e(cN1 ex)
e(cN/ ex)
E
(%)
I
Aplicación
Aspi a las ib as
p esen adas a la
en ada
Da el gi o a la
ena ib osa pa a
in oduci la alsa o sión
Ca ac e ización
del lujo
In e cambio de
can
idad de mo i-
mien o en e las
co ien es
V,
y
U,
Valo a la
in ensidad del
ó ice
Da consis encia
al hilado
Di e en es ipos
de
p oduc os
Reglaje de los cilin-
d os en la hilado a
Calculo del nume a
de ib as en la sección
In luye en la
esis encia
de
los
ejidos
In luye en las p opie-
dades de los ejidos
In luye en el ac o
de
los ejidos
In luye en las p opie-
dades de los ejidos
In luye en la
esis encia de los
ejidos
In luye en el
compo amien o del
hilo en la ejedu ía
MODELaAClON DE
RWO
DE
AIRE
EN
TOBERAS
DE
HILAWRA
L.
&U,
E.
Valen*a
G.
A-,
X
Fa&
y
J.A.
Piild
Regimen es aciona io
FIGURA
1.
Dis ibucián de la alsa o sión en la zona de hila u a
lib as libe adas nideo
del
hllodo
lib as,de
mncW
1
~obem
&
T&;S
de
CU&O
de
Cñinó o
de
ssll ais
deslo si6n
lo &
ugaz
P -
FIGURA
2.
Fo mación del hilo zunchado.
1
2.
EL
PROTOTIPO
DE
TOBERA PARA
EL ESTUDIO EN EL BANCO DE
PRUEBAS
Se a a de analiza con de alle el
compo amien o del lujo de ai e en el disposi i o de
obe as ÓRTEX. Como
en
p incipio los elemen os
de medida se ían sondas cilínd icas de P and l se
pensó en cons ui una maque a a amaño ampliado,
la cual acili a a la comodidad de las obse aciones
du an e un iempo, de e minado po la capacidad de
los comp eso es ins alados en la ed de ai e
comp imido disponible. Al mismo iempo se incluyó
un ubo de id io (pun o
5
de la igu a
3),
el cual
ac ua á como una en ana cuando se e ec úen
medidas con un anemáme o láse , ac ualmen e
ope a i o en nues o labo a o io, pe o que no hemos
empleado oda ía pa a el es udio de es e lujo.
El p o o ipo donde lle a a cabo las
mediciones co esponde a la segunda obe a del
conjun o de dos obe as VÓRTEX, de la casa
MURATA. Se ealizó así po que en esa pa e del
disposi i o es donde se p oduce la alsa o sión. Las
pa es de que cons a y las dimensiones a escala
pueden e se
en
la igu a
3.
La zona de medida es a comp endida en e
los pun os
8
y
10
donde se han inco po ado sondas
cilínd icas de P and l, median e las cuales pod án
de e mina se los pe iles de las componen es de
elocidad axial y angencial. Las dimensiones
elegidas inie on ijadas po la necesidad de
minimiza las pe u baciones en las medidas que
pudie an ocasiona los elemen os de medida, los
cuales son in msi os.
3.
SONDA CILINDRICA DE PRANDTL
Y
BANCO DE
PRUEBAS
Se ep esen a en la igu a
4
y consis e en un
ubo cilínd ico de
6
mm. de diáme o dispues o en
dos cue pos, el supe io y el in e io . Den o del
mismo se han dispues o dos conduc os de diáme o
1.5
mm., los cuales es án conec ados a dos o i icios
piezom6 icos dispues os en la pa ed la e al del
cilind o y sepa ados unos ángulos bien
de e minados.
El uncionamien o es como sigue.
Supongamos, según la igu a
5
a), una elocidad
de e minada dispues a según se indica. Gi ando la
sonda al ededo de su eje has a que las p esiones
leídas en los ubos piezomé icos sean iguales ( igu a
5
b), ob enemos el ángulo
a;
si a con inuación
gi amos de nue o la sonda has a que uno de los
o i icios la e ales es é o ien ado según la di ección
a
( igu a
5
c), la p esión leida en
A
es la de
MODELIZACION DE FLUJO DE AIRE EN TOBERAS DE HiLANRA
L.
Col.
E.
ValencM.
G.
Addphs,
X.
FanBs
y
J.A.
Pind
es ancamien o
y
la leída en
B
la manomé ica; de en un plano no mal al eje (componen e angencial).
modo que la ob ención de V es inmedia a. (Ve igu a
6).
Las componen es de elocidad que nos Los componen es del banco de p uebas se
in e esan son las comp endidas espec i amen e en ep esen an en la igu a
7.
un plano que con iene al eje (componen e axial)
y
aspi ación o sión expansión
1.
Rosca depósi o
2.
Tapa dep6si o
3.
Depósi o a p esión
4.
Conduc o inyec o es
5.
Tubo de id io
6.
Placa po a-ángulo
7.
Conduc o escape
8.
Sonda cilínd ica de P and l
9.
Placa po a-Angulo
10.
Sonda P and i
2
11.
Salida di uso .
12.
Conduc o de salida
13.
Sopo e
14.
Fijación di uso
15.
Guh ci cula
16.
Pa ed di uso
17.
Po a sonda
2
18.
Conduc o dc salida
19.
Sopo e ex e io
20.
Po a sonda
1
21.
Sopo e depósi o
22.
Tapa inyec o es
23.
Cen ado pa ed
24.
Gula ci cula
25.
Cen ado aspi ación
26.
Conduc o aspi ación
a:
Toma dc p esión
es álica
FlGURA3.
Pa es de que cons a la segunda obe a VORTEX del conjun o de dos obe as de la casa
MURATA.
1.
Tubos jezomé icos
2.
Conduc o
supe io
3.
Jun a
ó ica
4.
O i icios piezo né icos
5.
Conduc o in e io
6.
Jun a
bica
7.
Tubos
in e io es
FIGURA
4.
Sonda cilínd ica de P andl .
MOLKLaAClON
M
RUJO
DE
AlRE
EN
TOBERAS
LE
HILATURA
L.CoB.E.Velencla.G.A~,X.F&yJ.A.PlikJ
e e encia
-
b
P~~=p~~
=d
2*(PA2-p~*
a)
Si uad&
de
pa ida.
b)
O ien ación
de
ia
snd
p~
de e -
c)
nue a
o ien ación
de
lason&
minuelhgdo&hdi ecidm&V.
pu
akuiu
el
aio
de
V.
FIGURA
5.
U ilización de la sonda cilínd ica de P and l.
Pa=Pa ,=742
m n
Hg.
U,=833
m/s
Vj=241.42
ds
=1.2*10-4
m/s
~=40*10~
'
2)-V.2/ua2=839.95
pj* 12/~a1ua
1
3:'
+
Re=Ua*D/ =2776
FIGURA
6.
Sección longi udinal de la obe a
VORTEX.

u i9 iCIK IWIDCuYÍmw
W
TLW
DC
WOI.
00-
DETALLE
8
DETALLE
A
MODELIZACION DE FLUJO DE AIRE
EN
TOBERAS
DE
HlLAiüR.4
L.
CoH.
E.
Valencia.
G.
Addphs.
X.
F&
y
J.A.
Piñd
4.
RESULTADOS OBTENIDOS
Y
SU
VALORACION
Los pe iles de elocidad medidos según se
ha indicado se han ep esen ado en las igu as
8
a)
y
8
b). La obse ación de la componen e axial pe mi e
comp oba que en las condiciones de uncionamien o
es udiadas la uni o midad es inexis en e.
T a ándose de un mo imien o donde la
o ación de las pa ículas es su ca ac e ís ica
undamen al, se á decisi o pa a su análisis la
conside ación del ec o o icidad
w
de inido
median e la elación o=0.5* o V. Es deci , se á
necesa io sus i ui el campo de elocidades V po el
co espondien e de o icidad
ole3)
Debido a su
na u aleza ec o ial
w
iene es componen es, cuyas
exp esiones en las coo denadas cilínd icas
ap opiadas pa a el caso son bien conocidas. De las
es componen es, la decisi a es la o ien ada según
el eje, dada po la ó mula oX=(l/ )*6( *V)/6 .
Asimismo, o a magni ud signi ica i a de los
lujos con o ación es la ci culación
cuya
exp esión a pa i del ec o
o
es la in eg al
=2*jAo*d/4, siendo A la supe icie del ubo de ó ice,
o olumen de con ol que aba ca nues o es udio.
En el caso p esen e
A
coincide con la sección del
amo de o sión donde hemos e ec uado las
mediciones. El sen ido ísico de
,
deducido a pa i
de la de icición pues a, es el doble del lujo del ec o
o ación a a és de la supe icie
A.
Po an o, su
magni ud nos da idea de la in ensidad, o o aleza,
alcanzada en el lujo debido a la acción de la o ación
o.
De o ma ap oximada e indi ec a, en es e
abajo se ha calculado la ci culación
aplicando la
exp esión de S okes =2*jA w*d~=j, V'dl, y
suponiendo que las líneas a lo la go de las cuales
se aplica la in eg al cu ilínea son ci cun e encias
de adio . En consecuencia se han podido aza las
á icas de la igu a
9,
donde se han incluido, a modo
compa a i o, o os casos bien conocidos: a) el
co espondien e a un lujo po encial con un núcleo
de o bellino y
b)
el empleado po Lamb pa a el
es udio de la di usión no pe manen e de ó ices en
un lujo iscoso
En el caso p esen e c), se obse a un
co imien o de
o
y de
espec o al eje de la cáma a
de o sión, lo cual indica que la disposición de las
obe as que suminis an el lujo de ai e de impulsión
no es simé ica o que su con igu ación no es idén ica.
a) Componen e
axial
-12
-10 -8
-6
4
-2
O
2
4
6
8
10
12
Radio [mm]
b)
Componen e adial
I
Radio [mm]
FIGURA
8.
Pe iles de elocidad medidos.
I
MODELlZAClON DE FLUJO DE AIRE EN TOBEñAS DE
HlLATUR.4
Radio
[mm]
Radio
[mm]
JOwa
-12
-10
-8
-6
4
-2
O
2
4
S
8
16
12
Radio
[mm]
a)
Flujo po encial con
b)
Flujo iscoso
con
dílusibn c) Flujo de
la
obe a
VÓRTEX
un núcleo
de
o bellino no pe manen e
de
la
e icidad
FIGURA
9.
G á icas de lujo.
En un es udio pos e io se piensa insis i en
es a peculia idad y amplia el análisis inco po ando
el hilo, eniendo en cuen a que es un cue po inme so
en la co ien e y a as ado po ella.
5.
AGRADECIMIENTOS
Al S . José F esno, Auxilia de In es igación
y Je e de Talle Mecánico del INTEXTER, po el
abajo ealizado en la cons ucción de la obe a
modelo.
A la Subdi ección Gene al de P omoción de
la In es igación del Minis e io de Educación y Ciencia
(CICYT), po la sub ención del p esen e abajo.
(P oyec o de In es igación PB89-0499).
Es e abajo ha sido ealizado de acue do a
la no ma i a es ablecida en el con enio EUETIT-
INTEXTER de coope ación educa i a.
2. Coll,
L.,
Valencia, E., Ga cía,
E.,
Fa és,
X.
Fluidodinámica aplicada a la hila u a de al a
elocidad. Bole ín In ex e . Te assa.
Pendien e de publicación (1983).
3. Noll,
B.,
Baue ,
H.
J., Wi ig,
S.
Gesich spunMe
de nume ischen Simula ion u bulen e
S omungen in b ennkamme ypischen
Kon igu a ionen.
Z.
Flugwiss. Wel aum o sch.
Ka ls uhe,l3, 178-1 87 (1989)~
4. G osbe g, P., Oxenham, W., Miao, M. The
inse ion o wis in o ya ns by means o ai -
je s. Pa
1:
An expe imen al s udy o ai -je -
spinning. Jou nal Tex ile Ins i u e. Manches e .
3, 189-203 (1 987).
5. Sa pkaya, T. Compu a ional me hods wi h
o ices-The 1988 F eeman Schola Lec u e.
Jou nal o Fluids Enginee ing.
111,
5-56,
(1 989).
1. Ba chelo , G.
K.
An ln oduc ion 0 Fluid T abajo p esen ado en: 1995.03.22.
Dynamics. Camb idge Uni e Si y P esS(1967) Acep ado en: 1995.03.27.