UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERUFacultad de Ingeniera Industrial y Mecnica

Laboratorio: Seleccin de un perfil aerodinmico para aplicacin automotriz.Curso:Aerodinmica del Automvil (W23R).Profesor:Ing. Marco Alfredo Polo Villanueva.Alumnos:Espinoza Huamn, Manuel Elias (0830046)

2014

INDICE

1. Objetivos .Pag.3

2. Fundamento Terico..Pag.4 5

3. Simulacin del Perfil NACA de 4 dgitos.Pag.6 12

4. Anlisis de Resultados...Pag.13 16

5. Conclusiones....Pag.17

6. Bibliografa....Pag.18

AERODINMICA DEL AUTOMOVIL

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1. OBJETIVOS

1.1. Aplicacin prctica de lo expuesto en clase enfocado a los temas de anlisis de la carga y resistencia aerodinmicas.

1.2. Conocer las aplicaciones y formas de uso del software DESGINFOIL.

1.3. Observar los comportamientos caractersticos mediante una simulacin del tnel de viento ofrecido por dicho software.

1.4. Complementar con los clculos tericos para la determinacin de mltiples resultados, en este caso las fuerzas de arrastre y sustentacin, as como tambin la potencia en el arrastre adicional para el motor.

1.5. Seleccionar adecuadamente el perfil NACA (4 dgitos) para que cumpla con los requerimientos de diseo de alerones.

2. FUNDAMENTO TERICO

2.1. FUERZAS AERODINMICAS.-

Una fuerza aerodinmica es generada cuando una corriente de aire fluye sobre y por debajo de un perfil. La fuerza aerodinmica es la resultante de dos fuerzas que desempean un papel importante, estas son: arrastre y sustentacin.

2.1.1. Fuerza de Arrastre.-

La fuerza de arrastre o resistencia aerodinmica es la que impide o retarda el movimiento del perfil. La resistencia acta de forma paralela y en la misma direccin que el viento relativo, aunque tambin podramos afirmar que la resistencia es paralela y de direccin opuesta a la trayectoria.

2.1.2. Fuerza de Sustentacin.-

Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinmico movindose en el aire, ejercida de abajo arriba, y cuya direccin es perpendicular al viento. Se suele representar con la letra L del ingls Lift = Sustentacin.

2.1.3. Anti-sustentacin.-

Es la fuerza de sustentacin negativa o carga aerodinmica que aparece cuando se analiza el perfil de forma invertida. En automocin es la que se conoce como DOWNFORCE.

2.1.4. Coeficiente Aerodinmico.-

Son nmeros adimensionales que se utilizan para el estudio aerodinmico de las fuerzas y momentos que sufre un cuerpo cualquiera en movimiento a travs del aire.

Para un perfil dado los coeficientes correspondientes dependen slo de tres parmetros:

ngulo de ataque , nmero de Reynolds Re nmero de Mach M.

Para el caso de flujos incompresibles el nmero de parmetros se reduce a y Re.

2.2. AERODINMICA DEL AUTOMOVIL.-

Los fundamentos aerodinmicos explicados rigen en el comportamiento de los siguientes dispositivos:

2.2.1. Alerones.-

El primer alern fue utilizado por el ingeniero suizo Michael May, quien lo coloca de forma invertida en la cabina de un Porsche Type 550, de esta forma se creaba una fuerza de sustentacin negativa que pegaba el automvil al suelo y le permitair a ms velocidad en las curvas sin salirse de sta.

2.2.2. Spoilers.-

Son dispositivos que se coloca en la parte delantera para impedir el paso de aire y as hacer pasar por el mnimo hueco posible al aire para que haya efecto suelo.El spoiler trasero tiene un efecto sobre la presin en el eje posterior del vehculo mientras que afecte poca presin en el eje delantero.

2.3. DESIGNFOIL.-

DesignFOIL es un software que nos permite la seleccin de un perfil aerodinmico en el menor tiempo, ideal para la realizacin de un proyecto.

El software se desarroll en el ao de 1966 por el Ingeniero aeronutico Msc. John Dreese con la esperanza de crear una herramienta de trabajo capaz de facilitar el entendimiento y compresin de los comportamientos caractersticos de un perfil de ala denominados NACA (National Advisory Committee for Aeronautics).

3. SIMULACIN DEL PERFIL NACA DE 4 DGITOS

3.1. PLANTEAMIENTO DEL CASO.-

Carga aerodinmica a 300 kg. Superficies de carga aerodinmica colocadas en la parte frontal y en la parte posterior. Utilizar perfil NACA 4 dgitos. Velocidad requerida a 140 km/h. Trabajar a condiciones atmosfricas normales.

3.2. GEOMETRIA DEL PERFIL.-

NACA ABCD (4 dgitos)A = Curvatura mxima en % por longitud de la cuerda.B = Regin de curvatura mximaen % por longitud de la cuerda.CD = Espesor mximoen % por longitud de la cuerda.

3.3. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIN.-

3.3.1. Seleccionamos las dimensiones de cuerda (c) y envergadura (l) de los alerones. La medida de la envergadura ser aproximada al ancho de vehculo, al que se pretende instalar los alerones. En este caso se eligi el Audi A4 de tipo de sedan con las siguientes dimensiones:

3.3.2. De acuerdo a estas medidas se propone las siguientes dimensiones para nuestros alerones.

Cuerda (c) = 0.83 mEnvergadura (l) = 1.8 mRelacin de aspecto = 2.173.3.3. Calculamos aproximadamente el coeficiente de sustentacin () en funcin de la carga (, velocidad (, densidad ( y rea proyectada (.

=1.0643.3.4. De acuerdo a esta referencia buscaremos el perfil adecuado para nuestro alern con la ayuda del software designFOIL.

3.3.5. Abrimos el software y ubicamos la opcin File en la barra de men para elegir la opcin NACA Airfols para 4 dgitos.

3.3.6. A continuacin nos aparece los elementos de trabajo para comenzar con la seleccin.

DCBA

A: Barra de Mens. B: Generador de Perfil NACA de 4 dgitos.C: Parmetros de Construccin.D: Mis perfiles generados.3.3.7. Seleccionamos los dgitos adecuados y hacemos click en la lista de perfiles generados (My Airfoils)

3.3.8. Ubicamos TOOLS_analysis de la barra de mens y hacemos click seguidamente damos otro click en Virtual Wind Tunnel.

3.3.9. Se aprecia la siguiente ventana que nos representa las condiciones de trabajo que debemos dar para el anlisis del tnel de viento.

D

ECBA

En esta ventana resaltamos las siguientes herramientas para el anlisis:

A: Seleccin de ngulo de ataque.B: Numero de ReynoldsC: Ejecutar anlisis en tnel de viento.D: Resultado de los coeficientes aerodinmicosE: Curvas caractersticas

3.3.10. Hacemos click en el icono de la opcin del valor del nmero de Reynolds, a continuacin nos aparece la siguiente ventana donde tenemos que configurar las unidades de pies a metros y otorgar un valor de velocidad.

3.3.11. Seguidamente damos un click en la opcin para dar el valor de velocidad en este caso la que nos pidieron en el problema convertiremos los km/h en m/s. 3.3.12. Finalmente damos un click en y en

3.3.13. Regresamos a la ventana para el anlisis virtual del tnel de viento

3.3.14. Como podemos apreciar en la imagen adjunta nos aparece el comportamiento caracterstico para el coeficiente de presin acompaado de los valores de los coeficientes aerodinmico para observar los comportamientos de los coeficientes aerodinmicos se hace click en.

Estos comportamientos se apreciaran en el captulo de anlisis de resultados para la comparacin y seleccin del perfil.

4. ANALISIS DE RESULTADOS.

4.1. COMPARACION DE PERFILES.-

Presentamos un cuadro que contiene todos los resultados que arroj el software designFOIL para cada perfil escogido. Perfiles NACA

541564107410

Angulo de ataque ()432

Arrastre0.00990.00970.0095

Sustentacin1.0631.0661.063

Fuerza_Drag (N)13.713.4213.15

Fuerza_Lift (N)147114751471

Potencia (hp)0.7140.6990.685

Carga total (kg)299.898063300.713558299.898063

Potencia total (hp)1.4281.3981.37

La seleccin adecuada del rea proyectada de nuestro perfil alar: CuerdaEnvergaduraCL aprox.

1.80.81.10316535

1.80.811.08954602

1.80.821.07625888

1.80.831.0632919

1.80.841.05063366

1.80.890.9916093

1.80.940.93886413

1.80.990.89144675

1.81.040.84858873

1.81.090.80966264

4.2. COMPORTAMIENTO CARACTERISTICO.-

NACA 5415

NACA 6410

NACA 7410

5. CONCLUSIONES

5.1. Las dimensiones del nuestro alern ser de 0.83 m de cuerda por 1.8 de envergadura, ya que nos genera un menor arrastre y una sustentacin adecuada para la carga de 150kg en cada eje de nuestro vehculo.

5.2. De acuerdo con la simulacin hecha en designFOIL y al estudio de 3 perfiles alares se ha seleccionado el perfil NACA 7410 para este problema.

5.3. El NACA 7410 nos genera un coeficiente de sustentacin de 1.063 aunque est un poco alejado del intervalo de que nos puede ofrecer una mejor sustentacin. La razn de la eleccin de este perfil es debido a que se quera conseguir las menores dimensiones posibles para nuestro alern.

5.4. El coeficiente de arrastre del NACA 7410 es de 0.0095 lo cual es optimo ya que se tena pensado un rango de valores de y nuestro valor esta dentro de ese intervalo.

5.5. El coeficiente aerodinmico de nuestro vehculo Audi A4 es de 0.28 sin alerones.

5.6. Con la instalacin de dos alerones en cada eje el coeficiente de arrastre aumenta: 0.28 + 0.0099 (eje delantero) + 0.0099 (eje posterior) = 0.3

5.7. La potencia mxima del motor Audi A4 es de 118.31 hp para que supere un coeficiente de arrastre de 0.28, significa que es menos de lo estimado, por lo tanto se requiere cambiar el motor

5.8. Se recomienda cambiarlo por un motor de la misma marca AUDI en este caso el 1.8 TFSI del modelo A3 que posee una potencia de 170 hp sin cambiar los elementos de la transmisin.

6. BIBLIOGRAFIA

Apuntes de la clase de aerodinmica del automvil, Autor: Ing. Marco Alfredo Polo Villanueva

http://www.asifunciona.com/aviacion/af_avion/af_avion5.htm

http://www.aviacionulm.com/aerodinamicaconceptos.html

http://www.km77.com/00/audi/a4/t04.asp

http://versus.com/es/mercedes-benz-c250-sport-sedan-2014-vs-audi-a3-1-8-tfsi-sedan-2015