Departamento deIngeniera Mecnica

Laboratorio N 9Distribucin de presiones sobre la superficie de un perfil aerodinmicoIntegrantes

Javier Bastidas.

Sebastin Delgado.Oscar Gutierrez.Nicols Saez.Matias Ulloa.Julio Yevenes.Diego Zambrano.Jorge Zapata.

ProfesorClaudio Saavedra

Fecha de entrega: 27 de Noviembre 2015

I ResumenSe realiza una experiencia para medir las presiones que actan sobre un perfil aerodinmico, para ello se dispone de un tnel de viento en el cual introducimos el perfil NACA 0012 y un tubo de prandtl. El perfil tiene conectado en ciertos puntos antes definidos un sistema que permite medir presin a travs de manmetro de columna de agua, adems el tubo de prandtl nos estrega de forma directa la presin dinmica que existe en el interior. En esta experiencia se realizan las mediciones de presin en los manmetros para dos presiones dinmicas distintas, y para cada presin dinmica se miden las columnas de agua para tres ngulos de inclinacin del perfil de NACA, el ngulo lo medimos de acuerdo a la lnea de cuerda del perfil de NACA lo cual se detalla ms adelante. Finalmente con todos los datos medidos podemos obtener la presin esttica medida en pascales para cada punto, luego haciendo uso de la teora podemos obtener las fuerzas de arrastre y sustentacin y por lo tanto los coeficientes de arrastre y sustentacin a los que est sometido el perfil.EL objetivo del ensayo es obtener la curva del coeficiente de sustentacin y arrastre para el ngulo de ataque comprendido entre -10 y 10.

II DesarrolloEl banco de ensayo es un tnel de viento el cual permite regular el flujo de aire que entra en contacto con el perfil NACA 0012 el cual se ha ubicado en un extremo, como se indica que la Fig.1.. Adems el perfil tiene conectado manmetros que nos permiten medir presin en 15 puntos diferentes con el objetivo de obtener las presiones a las que est sometida la placa, debido al contacto con el flujo de aire. Fig1. Perfil NACA 0012 en el tnel de viento

Perfil aerodinmico utilizado en el ensayoUn perfil aerodinmico es una superficie diseada de tal manera que un flujo de aire incidente en ella produce un movimiento til. La aplicacin ms comn de uso de perfiles aerodinmicos es el ala de un avin. El ala puede estar formada por un solo perfil o por una evolucin de varios perfiles diferentes. Cuando el avin adquiere velocidad se produce una elevacin debido a la fuerza que el aire ejerce en l por medio de la presin, quedando sustentado en el aire.

Las caractersticas de un perfil aerodinmico las podemos describir a continuacin, en la Fig.2:

Los perfiles constan de los siguientes elementos: Intrads: es la superficie inferior del ala. Extrads: es la superficie superior del ala. Borde de ataque: es la zona frontal del ala, donde el aire incide cuando el ngulo de ataque es cero. ngulo de ataque: es el ngulo entre la cuerda del perfil y la direccin del aire que incide sobre el mismo. Cuerda: segmento que une el borde de ataque con el borde de salida.Borde de salida: es la zona trasera del ala. Es la zona con menor grosor y de su forma depende en gran parte la sustentacin. Lnea de curvatura media: lnea que une el borde de ataque con el de salida de forma que siempre resulte equidistante al extrads y al intrads.Zona de espesor mximo: es la zona del perfil donde el espesor vertical es mximo.

Sobre el tipo de perfil se puede destacar la nomenclatura del mismo que permite conocer sus caractersticas. Las cuatro cifras del nombre de un perfil tienen el siguiente significado: Primera cifra: expresa en tanto por ciento la flecha de la curvatura mxima del perfil en funcin de la cuerda. Segunda cifra: expresa, si le aadimos un 0 detrs, la distancia a la que se encuentra dicha curvatura del borde de ataque, tambin en tanto por ciento. Tercera y cuarta cifra: expresan en porcentaje el espesor del perfil respecto a la cuerda.

As el perfil que se utiliza en este ensayo es el perfil NACA 0012.Figura 3: Geometra perfil de ala NACA 0012 con respectivos puntos de medicin.-es un perfil simtrico, no tiene curvatura ya que su primera y segunda cifra son cero- su espesor mximo es un 12% de la cuerda

Los datos recolectados en laboratorio se resumen en las siguientes tablas.Donde : Angulo de ataque del perfil.P: Presin esttica medida en manmetros.La presin esttica fue medida en mm de columna de agua y han sido transformados a pascales mediante la conversin:

Y adems multiplicada por cos(45) debido a la inclinacin de los manmetros.

Angulo ataque= 0=10=-10

Presiones en cadaPunto del perfilP1(Pa)83,16-27,7227,72

P2(Pa)0,00110,87-138,59

P3(Pa)-13,8683,16-97,02

P4(Pa)-27,7241,58-83,16

P5(Pa)-41,5813,86-83,16

P6(Pa)-13,8613,86-27,72

P7(Pa)0,0013,86-13,86

P8(Pa)0,0013,860,00

P9(Pa)27,7227,7227,72

P10(Pa)0,000,000,00

P11(Pa)-13,86-27,720,00

P12(Pa)-55,44-97,02-13,86

P13(Pa)-41,58-110,8727,72

P14(Pa)-55,44-152,4555,44

P15(Pa)-27,72-194,0397,02

Presin dinmica =159 (Pa)

Tabla 1: Datos obtenidos para primera medicin de presiones a una presin dinmica medida de 159(Pa)Angulo ataque= 0=10=-10

Presiones en cadaPunto del perfil

P1(Pa)138,59-69,3041,58

P2(Pa)0,00180,17-221,75

P3(Pa)-27,72138,59-194,03

P4(Pa)-55,4483,16-166,31

P5(Pa)-69,3013,86-138,59

P6(Pa)-27,7227,72-69,30

P7(Pa)-13,8627,72-27,72

P8(Pa)0,0027,720,00

P9(Pa)41,5841,5827,72

P10(Pa)0,00-13,8613,86

P11(Pa)-27,72-41,5813,86

P12(Pa)-97,02-166,310,00

P13(Pa)-83,16-221,7555,44

P14(Pa)-97,02-277,1983,16

P15(Pa)-55,44

-332,62166,31

Presin dinmica =268 (Pa)

Tabla 2: Datos obtenidos para segunda medicin de presiones a una presin dinmica medida de 268(Pa) .

Para comenzar el desarrollo del objetivo se recurre a la teora la cual nos permite relacionar los siguientes datos, primero se definen las fuerzas:

(1)(2)Donde L,D corresponden a las fuerza de sustentacin y fuerza de arrastre respectivamente.CD: coeficiente de arrastre.CL: coeficiente de sustentacinAdems L es la proyeccin de la presin esttica total multiplicada por el rea AL en la direccin vertical, mientras que D es la proyeccin de la presin multiplicada por el rea AD en la direccin horizontal.Adems la presin dinmica est definida por (3)Por lo tanto reemplazando (3) en (1) y en (2) y realizando las simplificaciones se obtiene:

Para obtener la presin esttica total se ha encontrado un ngulo para cada punto donde se mide presin, as cada presin Pi se descompone en una componente L vertical y una componente D horizontal, esto permite hacer la sumatoria total en cada eje.Finalmente se obtiene que los coeficientes requeridos estn definidos por:

A continuacin se exponen los resultados obtenidos:Angulo de ataqueCLCD

-10-3,6390,106

01,780-0,138

105,2050,851

Presin Dinmica = 159 (Pa)

Tabla.3: Coeficientes de sustentacin y arrastre para el perfil NACA 0012 primera medicinAngulo de ataqueCLCD

-10-4,0990,079

00,572-0,106

105,4990,971

Presin Dinmica =268 (Pa)

Tabla.4: Coeficientes de sustentacin y arrastre para el perfil NACA 0012 segunda medicin.Finalmente se ha graficado lo obtenido en las tablas 3 y 4.

Grafico1. Coeficiente de sustentacin para el perfil expuesto a una presin dinmica de 159 (Pa)

Grafico 2. Coeficiente de arrastre para el perfil expuesto a una presin dinmica de 159 (Pa).

Grafico 3. Coeficiente de sustentacin para el perfil expuesto a una presin dinmica de 268 (Pa).

Grafico 4. Coeficiente de arrastre para el perfil expuesto a una presin dinmica de 268 (Pa).

III Discusin Acerca de los datos obtenidos para la realizacin del ensayo podemos decir que si bien se ha tenido cuidado al momento de medir, hay fluctuaciones propias debido a la calidad de los instrumentos utilizados y adems el error humano al momento de aproximar una cifra medida lo cual aporta cierta incertidumbre en las medidas de presin que se ve reflejado en los clculos realizados. Acerca de los valores obtenidos de coeficientes de sustentacin y arrastre a se ha cumplido con lo planteado anteriormente adems las grficas tienden a comportarse como se ha planteado en la experiencia de laboratorio, por ejemplo para el coeficiente de sustentacin se ha corroborado que a medida que aumentamos el ngulo de ataque el coeficiente crece en forma lineal como se aprecia en el Grafico 1. Y 3, tambin en el caso del coeficiente de arrastre podemos observar que tiene la forma parablica que se esperaba obtener, as como tambin al aumentar el flujo de aire se ha obtenido mayor fuerzas de sustentacin y arrastre, respecto a referencias de la literatura es difcil realizar una comparacin directa debido a que no se tienen condiciones similares de trabajo para poder comparar valores del coeficiente obtenido, sin embargo en cuanto al orden de magnitud podemos decir que los resultados son aceptables, es decir se puede disponer de estos datos para realizar anlisis respecto a lo que sucede con un perfil aerodinmico.

IV ConclusinSe ha cumplido con lo planteado, es decir hemos obtenido a travs del ensayo los coeficientes de arrastre y sustentacin, adems hemos calculado la fuerza de arrastre y sustentacin lo cual nos permite darnos cuenta de la fuerza que recibe un perfil aerodinmico, as se nos ha formado una idea de lo que sucede con un avin que se encuentra volando, y esto nos permite ampliar conocimientos para posibles ideas innovadoras con la finalidad de mejorar o crear nuevos diseos que permitan aprovechar al mximo la energa que se trasmite a travs de la presin de un fluido.

Laboratorio de Mecnica de Fluidos12