Coeficientes Aerodinámicos De Un Perfil

Coeficientes aerodinámicos de un perfil Objetivo: Obtener experimentalmente los coeficientes de resistencia al avance y de levantamiento de un perfil para diversos ángulos de ataque a una determinada velocidad del viento. Equipo y material: -Generador de viento -Medidor de resistencia al avance. * -Nivel de burbuja. * -Tubo Pitot. * -Túnel de viento. -Medidor de levantamiento. * -Carro soporte. * -Perfil de 225 mm de cuerda por 145 mm de envergadura. -Manómetro diferencial. 1.-Determinación de las condiciones ambientales. A) Se deberán de efectuar lecturas en los instrumentos (barómetro, termómetro e higrómetro) antes de iniciar y al finalizar los experimentos, anotando los valores en la tabla siguiente: iniciales Finales Promedio Temperatura 19° C 20° C 19.5 ambiente Presión barométrica 77940.5 Pa 77968 Pa 77954.25 Pa Humedad relativa 64 % 65% 64.5 % B) Con los valores promedio obtenidos se deberá calcularla densidad del aire en el laboratorio

2.-Determinación de coeficientes aerodinámicos para velocidad alta. A) Utilizando el tubo Pitot y el manómetro diferencial, y con la perilla de control de revoluciones del generador de viento situada al máximo medir la presión dinámica del viento en la sección de prueba Presión dinámica leída

𝑞𝐿𝐸𝐼𝐷𝐴 = 34 𝑃𝑎 = 3,467035124125

𝑘𝑔 𝑚2

B) Apagar el generador de viento y sin mover la perilla de control de revoluciones del generador de viento, colocar el perfil y el medidor de levantamiento en la sección de prueba del túnel de viento, teniendo extremo cuidado al manipular las varillas de soporte del perfil. A continuación, accionar el generador de viento y proceder a medir el levantamiento y la resistencia al avance para ángulos de ataque desde-4º hasta 15º, y registrando los resultados en la tabla siguiente: Superficie= 225mm* 145mm=32.625mm2 = 0.032625 m2 Resistencia al Angulo de ataque Levantamiento CL avance N Kg N kg -4 -2 -0.204 -1.8035401 0.03 0.00306 -2 0 0 0 0.025 0.00255 0 0.5 0.051 0.450885 0.02 0.00204 2 0.7 0.0714 0.631239 0.03 0.00306 4 1 0.102 0.9017701 0.055 0.00561 6 1.3 0.1326 1.1723011 0.08 0.00816 8 1.65 0.1683 1.4879206 0.14 0.01428 10 2 0.204 1.8035401 0.23 0.02346 12 2.2 0.2244 1.9838941 0.34 0.03468 14 2.4 0.2448 2.1642481 0.43 0.04386 Calculo del número de Reynolds: 2𝑞 2(34 𝑃𝑎) 𝑉=√ =√ = 8.58 𝑚/𝑠 𝑘𝑔 𝜌 0.92166 3 𝑚 Calculo de la viscosidad: 15° C 19.5° C 20° C Interpolando tenemos que:

1.802 x 10-5 X 1.825 x 10-5

𝑋 = 1.8227 𝑋10−5

𝑘𝑔 𝑚∗𝑠

CD 0.0270531 0.0225443 0.0180354 0.0270531 0.0495974 0.0721416 0.1262478 0.2074071 0.3066018 0.3877611

Por lo tanto, el número de Reynolds: 𝑘𝑔 𝑚 𝜌𝑣𝑐 (0.9216 𝑚3 )(8.58 𝑠 )(0.225 𝑚) 𝑅𝑒 = = = 97610.62 𝑘𝑔 𝜇 1.8227 𝑋10−5 𝑚 ∗ 𝑠 Graficas obtenidas:

CL VS α 2.5 2 1.5 1 0.5 -5

-4

-3

-2

0 -1 0 -0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14

6

7

8

9

10 11 12 13 14

-1 -1.5

-2 -2.5

CD VS α 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

CL vs CD 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

-1

-1.5 -2 -2.5

Cuestionario: 1.- Explique los fenómenos físicos que hacen posible el esquí acuático y el vuelo del papalote Para hacer posible el esquí acuático, son varias las fuerzas que entran en juego, la lancha tira hacia adelante, la resistencia de los pies o los esquíes empujan hacia atrás, el ángulo de los pies genera una resultante que empuja hacia arriba mientras que el peso de la persona (aplicado en su centro de presión) lo hace hacia abajo, el secreto está en equilibrar estas fuerzas para mantenerse de pie. Sin la adecuada angulación de los pies se crea demasiada o muy poca resistencia al avance y la persona terminara rotando e impactándose contra el agua. En un papalote los fenómenos físicos que hacen posible el vuelo son los mismos que se presentan en un avión (levantamiento, peso y resistencia al avance, exceptuando la propulsión. Las tres fuerzas principales que actúan en el papalote son: 1. El peso, que siempre actúa en el centro de gravedad del objeto con dirección hacia abajo; 2. La resultante aerodinámica que actúa en el centro de presión y la cual se descompone en resistencia al avance (fuerza paralela al viento incidente) y levantamiento (fuerza perpendicular al viento incidente); 3. La tensión del cable, la cual actúa en el punto de unión entre el hilo con el cual una persona mantiene en equilibrio al papalote y los hilos que unen al papalote con este primer hilo, esta tensión se descompone en tensión horizontal y tensión vertical. En pocas palabras, el equilibro entre las fuerzas presentes es lo que permite el vuelo del papalote. 2.- ¿Es posible que dos cuerpos como los de la figura tengan la misma resistencia al avance? escriba un ejemplo. 3.- Demuestre que el punto de tangencia de una recta que pasa por el origen, indica la relación (CL/CD) máx

4.-Para el perfil NACA 23012 con un Re= 8.8x106 determine: a) El valor del ángulo de cero levantamientos. 𝛼𝐿=0 = −1.5° b) El valor del coeficiente de levantamiento máx. 𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1.8 c) El valor del ángulo de ataque de desplome. 𝛼𝑠 = 18° d) El valor de la pendiente de levantamiento. 𝐶𝐿2 − 𝐶𝐿1 0.8 − 0 1 𝑎0 = = = 0.1777 𝛼2 − 𝛼1 6 − 1.5 ° 5.-Un perfil NACA 4418 tiene una cuerda igual a 50 cm. Se coloca al perfil en una corriente de viento cuya velocidad es igual a 65.5 m/s y se registra un levantamiento por unidad de envergadura igual a 1240 N/m. Determine el valor del ángulo de ataque y la resistencia al avance por unidad de envergadura. (El experimento se realiza en condiciones al nivel del mar). 𝝆 = 1.225 kg/m³ 𝒗 = 𝟔𝟓. 𝟓

𝒎 𝒔

𝒄 = 𝟎. 𝟓𝒎 𝑵

𝑳 = 𝟏𝟐𝟒𝟎 𝒎 𝒌𝒈

𝝁 = 𝟏. 𝟖𝟎𝟐 𝑿𝟏𝟎−𝟓 𝒎∗𝒔 𝜶 =?

𝑫 =? 𝟐𝑳

𝑪𝑳 = 𝝆𝒗𝟐𝒄 = 𝑹𝒆 =

𝝆𝒗𝒄 𝝁

𝑵 𝒎 𝒌𝒈 𝒎 𝟐 (𝟏.𝟐𝟐𝟓 𝟑 )(𝟔𝟓.𝟓 ) (𝟎.𝟓𝒎) 𝒔 𝒎

𝟐(𝟏𝟐𝟒𝟎 )

𝒌𝒈

=

= 𝟎. 𝟗𝟒𝟑𝟕

𝒎

(𝟏.𝟐𝟐𝟓 𝟑 )(𝟔𝟓.𝟓 )(𝟎.𝟓 𝒎) 𝒔 𝒎 𝟏.𝟖𝟎𝟐 𝑿𝟏𝟎−𝟓

𝒌𝒈 𝒎∗𝒔

= 𝟐𝟐𝟐𝟔𝟑𝟒𝟓. 𝟕𝟐𝟕 = 𝟐. 𝟐𝟐 𝑿𝟏𝟎𝟔

Ahora teniendo el valor de Cl usamos en la gráfica el valor del Angulo a 0.9437 con un numero de Reynolds de 2.22 𝑋106 , el cual viendo en tablas es de aprox. 5°. Ahora teniendo este Angulo buscamos en la grafica de CD vs Angulo, el valor de CD,que es aproximadamente 0.007 Por lo tanto: 𝑫=

𝟏 𝟐 𝟏 kg 𝑚 𝝆𝒗 𝑪𝑫 𝒄 = (1.225 3 )(65.5 )2 (0.007)(0.5 𝑚2 ) = 9.1977 𝑁/𝑚 𝟐 𝟐 m 𝑠