7/22/2019 Diseo de un auto solar de cuatro ruedas

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Diseo de un auto solar de cuatro ruedas.

Es relevante hoy en da moverse en las

grandes metrpolis, y es un grave problema

el consumo energtico que se produce en los

atascamientos vehiculares de estas grandescapitales. Por ello es que es necesario lograr

concentrar el esfuerzo en uso de energas

alternativas y limpias, como la energa solar.

Y ya no es nuevo el hecho de que si existen

vehculos solares.

Es por ello que se requiere disear un auto

solar de cuatro ruedas, para acercar los

diseos existentes de 3 ruedas a vehculos

con caractersticas ms convencionales tal

que estos puedan parecer un vehculo

tradicional pero con la diferencia que sean

impulsados por energa solar.

Para este efecto se procede a observar

diseos previos y formas posibles con

estudios con tal de realizar estas

aproximaciones a vehculos ms

tradicionales.

Diseo.

Para comenzar se estudia un modelo

propuesto por HONDA, que hace casi 20

aos ya tenan este concepto. El vehculo

propuesto se denomina DREAM, en

particular para este diseo se revisa la

versin del 96.

La principal caractersticas de los diseos

actuales es la aerodinmica, puesto que es

un factor importante para la eficiencia

energtica del vehculo.

El auto DREAM tiene las siguientes

caractersticas:

Figura 1: plano con medidas del modelo DREAM del 96

Luego de estudiado el modelo se procede a

realizar un CAD del modelo para realizarle

estudios y simulaciones computacionales.

Para ello se utiliza el programa SolidWorks

2013 x64 Edition. Para facilitar el diseo, y

aprovechando la geometra del modelo, sedisea y dibuja solo la mitad del auto, puesto

que existe simetra a lo largo del vehculo.

Algunas vistas del modelo diseado se

muestran en las siguientes figuras:

Figura 2: vistas lateral modelo CAD dibujado enSolidWorks 2013

Figura 3: vista de planta del modelo CAD dibujado.

Figura 4: vista frontal del modelo CAD dibujado

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Figura 5: vista trimtrica del modelo CAD dibujado

Figura 6: fotos del modelo CAD renderizado en

SolidWorks

Modelo matemtico.

Para realizar los estudios correspondientes al

estudio del diseo mostrado previamente, se

requiere un modelo matemtico el cual

consta de las siguientes ecuaciones:

() (1)

( ) () (2)

()

()

[ ] (3) () () [ ] (4)

Estas ecuaciones son la ecuacin de

continuidad, la de momento lineal, la

energa cintica turbulenta y la tasa de

disipacin de energa turbulenta

respectivamente.

Para el modelo se definen las condiciones

de pared como sigue:

{

()

(5)

(6) (7)

Simulaciones.

Para resolver el problema se desarrolla por

partes. Para este caso se desarrolla en 2D, en

un flujo permanente turbulento. No se

considera en esta parte las propiedades

trmicas, por lo que la densidad y las

propiedades del fluido son constantes.

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En cuanto a poder resolver la simulacin, en

el modelo CAD se disea una caja de

dimensiones especficas las cuales son

utilizadas para simular un tnel de viento.

Las dimensiones de la caja son de 12 metros

de alto 12 metros de ancho por 48 metros delargo. Estas dimensiones son pensadas en

que lo que suceda en las paredes no

afectaran en lo que sucede cerda del auto

con la aerodinmica.

Figura 7: situacin fsica del tnel de viento para la

simulacin.

Figura 8: condiciones de borde para el tnel de viento.

Una vez lista todas las condiciones para la

simulacin, se procede al mallado. El

programa a utilizar para el estudio es ANSYS

FLUENT R14.5.

Se realizan 2 mallados distintos, con el

objetivo de ver la variacin de los resultados.

Figura 9: primer mallado con 18036 nodos

El mtodo de clculo para esta situacin es

utilizando el algoritmo SIMPLE, calculando

las ecuaciones del modelo k- con power

law. El costo de tiempo de clculo es de 204

segundos con 1023 interaciones.

Los resultados en cuanto a la velocidad se

muestran en las siguientes figuras:

Figura 10: contorno de velocidad alrededor del auto.

Figura 11: vectores de velocidad alrededor del auto

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Figura 12: grafica de Wall Yplus

Figura 13: fuerzas de arrastre y coeficiente de arrastre.

Para validar el mtodo de clculo se realiza el

problema pero con un mallado distinto como

se muestra en la figura 14.

Figura 14: segundo mallado para la resolucin del

problema con 7465 nodos

A diferencia del mallado anterior, este

contiene menos nodos, pero estn mucho

ms concentrados en las paredes del auto. El

mtodo de clculo se mantiene como en la

solucin anterior. El tiempo de clculo es de

149 segundos a las 843 iteraciones. Los

resultados se muestran a continuacin.

Figura 15: contorno de velocidad alrededor del auto.

Figura 26: vectores de velocidad alrededor del auto.

Figura 17: grafica de Wall Yplus

Figura 18: fuerzas de arrastre y coeficiente de arrastre.

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Anlisis y discusiones.

Si bien el diseo del vehculo est basado en

un modelo que se dise por la marca

HONDA, el modelo se comporta muy bien

de acuerdo a los resultados obtenidos. Sinembargo estos resultados son errneos y

solo se consideran una estimacin, ya que al

realizar el problema en 2D, este considera un

rea frontal en la direccin Z muy grande

respecto a las dos dimensiones usadas, por

lo cual, aunque estos clculos estn bien

realizados, no son comparativos con modelos

reales.

Para realizar el modelo en 3D, se requiere de

una mquina de mayor poder, por lo cual

dada las limitantes de poder de clculo, este

problema se limita a resolver el problema en

2D.

Conclusiones.

Dentro de las conclusiones, considerando el

desarrollo, los valores estn acuerdo a lo

establecido por el modelo realizado por

HONDA, ya que son valores aproximados yestiman el comportamiento a nivel de perfil.

Con respecto a las mallas, si bien la segunda

malla est ms concentrada en la pared del

auto, los valores obtenidos son ms altos.

Esto puede significar que la primera malla

estaba mal refinando en el contorno del

auto, pero dada la cantidad de nodos, los

resultados son aproximados a los correctos.

Referencias.

[1] F. Barrionuevo, Trabajo de Tesis: DISEO

AERODINMICO COMPUTACIONAL DE AUTO

SOLAR INTIKALLPA II, 2013

[2] Hiroyuki Ozawa, Sumio Nishikawa, Dai

Higashida; Development of aerodynamics for

a solar race car; 1997

[3] Gerardo Franck and Jorge DElas; CFD

modeling of the flow around the Ahmedvehicle model.

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UNIVERSIDAD DE LA SERENADEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

DISEOS MECNICOS

INFORME N 4 DE DISEOS MECNICOS

DISEO Y ESTUDIO DE UN

VEHCULO SOLAR DE CUATRO RUEDAS

UTILIZANDO ANLISIS CFD

AUTOR: NELSON QUINTEROS SOTOPROFESOR: NELSON MORAGA BENAVIDES

FECHA: 28-11-13

Resumen.

El siguiente informe tiene un rediseo de un vehculo solar de HONDA del ao 96. Se realizan

algunas mejoras al diseo en cuestin, con el fin de validar el modelo de clculo. Adems el

anlisis de estudio aerodinmico se realiza en 2D, con flujo permanente e isotrmico y utilizando

el programa comercial ANSYS FLUENT R14.5.

Abstract

The following report is a redesign of a solar vehicle HONDA of the year 96 '. Improvements to the

design in question are performed in order to validate the model calculation. Further analysis of

aerodynamic study is done in 2D, with permanent and isothermal flow and using commercial

software ANSYS FLUENT R14.5.

Introduccin.

Hoy en da la energa es una fuente muy

importante para todo lo que hacemos, en

especial para transportarnos. Es por ello que

hace un tiempo atrs se comenz a trabajar

en vehculos solares como sustitutos de los

vehculos actuales por problemas de

contaminacin, llegando incluso a tener

competencias mundiales exclusivas para

autos movidos por la energa del sol.

Actualmente se busca que estos autos de

carrera logren caractersticas de vehculos

ms convencionales, por lo cual se necesitan

diseos de autos de 4 ruedas, para seguir

contribuyendo en que un vehculo, como lo

conocemos hoy en da, este ya no requiera el

uso de combustibles, sino sea movido por

energas limpias que nos entrega la

naturaleza.