INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICAUNIDAD PROFESIONAL TICOMAN

INGENIERA AERONUTICAAerodinmica

Practica N 4: Coeficientes aerodinmicos de un perfil

EQUIPO: AQUINO ZUIGA CARLOSBECERRIL HERNNDEZ LUIS ROBERTOPABLO BIBIANO EDEL SAIDPRIEGO LARA OSCAR MEDARDOREYES JIMENEZ EZEQUIELSEBASTIAN CARDENAS NEFTAL

GRUPO: 5AV3

Mxico, Distrito Federal, 13 Enero de 2015Objetivo:Obtener experimentalmente los coeficientes; de resistencia al avance y de levantamiento de un perfil para diversos ngulos de ataque a una determinada velocidad del viento.

Equipo y material: Generador de viento. Tnel de viento. Manmetro diferencial. Tubo pitot. Medidor de resistencia al avance. Medidor de levantamiento. Perfil leybold de 225 mm de cuerda por 145 mm de envergadura. Nivel de burbuja. Carro soporte.

Consideraciones tericas.Las fuerzas aerodinmicas que experimenta un perfil son originadas por:1. - Distribucin de presiones alrededor del perfil.2. - Distribucin de fuerzas de friccin sobre la superficie del perfil.Como resultado de lo anterior se tiene una resultante aerodinmica y un momento, como se muestra en la figura 4.1, en donde se puede ver que tal resultante se descompone en dos proyecciones: una perpendicular a la direccin del viento relativo "V", que se le llama levantamiento (L), y otra proyeccin que es paralela al viento relativo, que se llama resistencia al avance (D). Tambin se ve que al ngulo entre la cuerda del perfil y la direccin del viento relativo se le simboliza con la letra griega , y se le llama ngulo de ataque.Se tienen tres coeficientes aerodinmicos definidos por:

L= fuerza de levantamiento. = Coeficiente de levantamiento.q=Presin dinmicaD= fuerza de resistencia al avance. = Coeficiente de resistencia al avance.S=SuperficieM= momento.= Coeficiente de momento.c= Cuerda del perfil

Al cociente se le conoce como eficiencia aerodinmica o fineza y se representa por la letra griega Desarrollo:1.- Determinacin de las condiciones ambientalesA) Se debern de efectuar lecturas en los instrumentos (barmetro, termmetro e higmetro) antes de iniciar y al finalizar los experimentos, anotando los valores en la tabla siguiente:INICIALESFINALESPROMEDIO

TEMPERATURA AMBIENTE22 C23C22.5C

PRESIN BAROMTRICA590 mmHg590 mmHg590 mmHg

HUMEDAD RELATIVA70% r.H.70% r.H.70% r.H.

B) Con los valores promedio obtenidos se deber calcular la densidad del aire en el laboratorio, utilizando las frmulas que se indican en el apndice 2. Presin baromtrica corregida:

Presin de saturacin:

Presin de vapor:

Densidad del aire en el laboratorio:

2.-Determinacin de coeficientes aerodinmicos para velocidad alta.A) Utilizando el tubo pitot y el manmetro diferencial, y con la perilla de control de revoluciones del generador de viento situada al mximo medir la presin dinmica del viento en la seccin de prueba, utilizando el factor de correccin correspondiente al tubo Pitot.

Para la correccin de los errores de vstago y punta tenemos los cocientes:

Y si tenemos que:

Por tanto

As tambin necesitamos la superficie, la cual est dada por:

B) Apagar el generador de viento y sin mover la perilla del control de revoluciones del generador de viento, colocar el perfil y el medidor de levantamiento y montar el equipo tal y como muestra la figura 4.2 en la descripcin del equipo. Teniendo extremo cuidado al manipular las varillas de soporte del perfil. A continuacin accionar el generador de viento y proceder a medir el levantamiento y la resistencia al avance para ngulos de ataque desde .4 hasta 15, y registrando los resultados en la tabla siguiente:

ngulo de ataque ()LevantamientoResistencia al avance (D)

NkgNkg

-40.780.0795107030.788198470.0750.007645260.07578832

-20.90.0917431190.909459780.080.008154940.08084083

01.150.1172273191.162087490.140.014271150.1414715

21.30.1325178391.313664120.160.016309890.16168176

41.50.1529051991.51576630.1850.018858310.18694453

61.70.1732925591.717868470.260.026503570.26273285

81.90.1936799181.919970640.330.033639140.33346855

102.10.2140672782.122072810.3850.039245670.38904671

122.30.2344546382.324174990.510.051987770.51536056

142.40.2446483182.425226070.510.051987770.51536056

Se procede al clculo del nmero de Reynolds caracterstico del perfil. Primeramente calculamos la velocidad del viento:

La viscosidad dinmica a calculamos mediante la Ley Sutherland, cuya ecuacin:

En donde:T0 = 273.16 K (Temperatura de referencia)0 =1.71x10-5 Kg/ m. s (Viscosidad de referencia)S =110.4 K (Temperatura Sutherland para el aire)

As con los datos completos procedemos a calcular el nmero de Reynolds caracterstico:

Grficos obtenidos:

3.- Cuestionario.1. - Explique los fenmenos fsicos que hacen posible el esqu acutico y el vuelo del papalote.Para el esqu acutico un aspecto importante a considerar es geometra de los esques que se utilizan, las cuales son generalmente superficies rectangulares de una alta relacin de alargamiento, dispuestas en posicin contraria al plano XY, y de forma opuesta a la forma en que se colocara un ala, estas superficies al alcanzar una determinada velocidad (usualmente proporcionada gracias a la fuerza de traccin que brinda el medio que jala a los esques, una lancha por ejemplo) , y al ser dispuestos en distintos ngulos de incidencia respecto al flujo del fluido, desplazaran un volumen determinado de agua debajo de estos, combndolo hacia abajo y desplazndolo tambin hacia sus laterales, incrementando as la cantidad de fluido desplazado por unidad de superficie del esqu y por unidad de tiempo justamente a travs del incremento de velocidad de desplazamiento y del ngulo de incidencia. Siendo esta la accin, existir como sabemos una reaccin, esta ser una fuerza de la misma magnitud pero en sentido contrario, es decir hacia arriba, que impedir que el objeto se hunda. Esto se ajusta el principio que enuncia: Todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido recibir una fuerza de empuje hacia arriba igual al peso del volumen que desaloja, en este caso por efecto hidrodinmico.El vuelo de un papalote por otra parte se fundamenta en dos principios aerodinmicos, la ecuacin de continuidad y el principio de Bernoulli. Tomando la ecuacin de la continuidad tenemos que, el aire pasa sobre el borde superior de la cometa y se desliza hacia abajo en la superficie superior de la cometa. Al empujar hacia abajo, la cometa recibe un empuje del aire de igual magnitud pero en sentido ascendente. Esta fuerza contraria le permite volar. En cuanto principio de Bernoulli, este se basa en una diferencia de presiones. En la seccin superior existir una depresin mucho mayor que en la seccin inferior, esto generara el levantamiento que permitir a la cometa desplazase a travs del aire.

2. - Es posible que dos cuerpos como los de la figura tengan la misma resistencia al avance? escriba un ejemplo.S, es posible que dos cuerpos con geometras como las mostradas en la figura tengan la misma magnitud de resistencia al avance, esto se debe a una relacin en la que sus coeficientes de resistencia al avance y la superficie de un objeto respecto al otro sean equiparables, mientras se asegure que la presin dinmica a la que son sometidos ambos cuerpos es la misma.

3. - Demuestre que el punto de tangencia de una recta que pasa por el origen, indica la relacin Sea la grfica sometida a un ajuste de curvas. Su comportamiento suele ser parablico respecto al eje de abscisas con ecuacin general: donde es la variable independiente. Si se le aplica geometra analtica, se sabe que en el punto del vrtice corresponde a un mximo local y al punto de inflexin de la funcin. Para ste criterio, se sabe que la primera derivada de la funcin otorgar la medida de la pendiente de las rectas tangentes a todo punto del dominio de la funcin Ahora, de acuerdo a la ecuacin punto pendiente de la recta, de la cual se posee m, se sabe que donde o es la ordenada al origen, que para sta anlisis, resulta del punto (0,0), entonces

Para conocer la interseccin ambas geometras, se recurre a la igualacin tal que: Y al resolverse la ecuacin, se obtiene la localizacin del punto del dominio que corresponde a , y si se conoce tal punto del dominio, al evaluarlo en la funcin original parablica, se obtendr la coordenada e la ordenada al origen.

4. - Para el perfil NACA 23012 con un determine:a) El valor del ngulo de cero levantamiento.

b) El valor del coeficiente de levantamiento mx.

c) El valor del ngulo de ataque de desplome

d) El valor de la pendiente de levantamiento.Tomando valores de la grfica dada tenemos:

5. - Un perfil NACA 4418 tiene una cuerda igual a 50 cm. Se coloca al perfil en una corriente de viento cuyavelocidad 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 ngulo de ataque y la resistencia al avance por unidad de envergadura. (Elexperimento se realiza en condiciones al nivel del mar).

Se procede a calcular el nmero de Reynolds caracterstico de nuestro perfil en las condiciones dadas:

Ahora con el valor de CL previamente obtenido identificamos su ngulo de ataque mediante la grfica de CL VS . Entonces para un perfil NACA 4418, el ngulo de ataque correspondiente a un con un Reynolds de 2.1x106, es de aproximadamente 4.5.Con todos los datos ya obtenidos y con ayuda de la grfica CD VS determinamos el coeficiente de resistencia:CD= 0.0075.

CONCLUSION

LUIS ROBERTO BECERRIL HERNANDEZSe obtuvieron los coeficientes tanto de resistencia al avance como el de levantamiento, cumpliendo satisfactoriamente el objetivo planteado y demostrado experimentalmente a partir de pruebas en el tnel de viento obteniendo fuerzas aerodinmicas bsicas, tanto el levantamiento como arrastre , sometiendo el perfil a disitintos angulos de ataque y obteniendo que a mayor angulo de ataque se genera un mayor levantamiento y a su vez un mayor arrastre.