Alerón trasero - DESARROLLO INGENIERIL - Validación aerodinámica, análisis computacional y expe

2. DESARROLLO INGENIERIL

2.2 NEUMÁTICOS

2.4.1 Alerón trasero

Las características geométricas del alerón trasero se determinan por la capacidad de fabricación del mismo, la empresa Stratasys es la encargada de realizar los alerones traseros en impresión 3D de las 10 escuderías que competirán en la carrera. La limitante impuesta por parte de esta compañía es que el máximo largo de la impresión será de 0.92 metros. Por tal motivo se selecciona una envergadura fija de 0.91 m, con el objetivo de ejercer mayor downforce, para determinar la cuerda esta se encuentra limitada por regulaciones del reglamento de formula Sena numeral 9.1.2 donde la distancia entre la parte exterior de la llanta trasera hacia la parte trasera máxima: es de 0.7 m como se muestra en la figura 20.Por motivos de diseño tanto de chasis y carrocería la cuerda del alerón es de 0.50 m ya que se da una distancia aproximada de 0.20 m para los soportes del alerón al chasis y cumplir a cabalidad el reglamento.( el alerón trasero genera casi el doble de carga que el delantero)8

Figura 20. Esquema de distancia de alerones- reglamento formula Sena.

Fuente: Reglamento formula SENA ECO 2013,[En línea] Disponible en

< http://comunica.sena.edu.co/formulasena/Documentos/Reglamento%20Formula%20SENA%20- %20ECO%20(2).pdf >.p 12. [Consulta: lunes, 17 de Septiembre del 2013].

Con los requerimientos anteriormente descritos se halla la superficie por medio de la Ecuación 18 que tendrá el alerón trasero así:

Ecuación 18.Ecuación para Superficie de un alerón.

Fuente: Carmona, Anibal Isiodoro. Aerodinámica y actuaciones del avión Paraninfo,2000, P 117.

8_{Configuración para un carro de F1,}

http://www.aplinet.org/nucleorion/rfactor/bibliografia/Configuracion_de_un_F1_-_Challenge_99- 02.pdf,[Consulta: Jueves, 6 de Febrero del 2013].

57 Donde b: es la envergadura y C: es la cuerda

Tabla 7.Medidas alerón trasero Alerón Trasero

Envergadura (m) 0.91

Cuerda(m) 0.50

Superficie( m2₎ _0.455

Fuente: Realizada por los autores del trabajo

Con estas características geométricas se calcula el número de Reynolds y Mach con las Ecuaciones 1 y 4, la longitud será tomada como la cuerda de la superficie.

Tabla 8. Regímenes de velocidad alerón trasero ALERON TRASERO Densidad (Kg/m3₎ Velocidad (m/s) Cuerda (m) Viscosidad(µ) (N.seg/m2₎ Vel. del sonido (m/s) Reynolds Mach 0,9472 36,1111 0,5 1,82X10-5 _341,4414 939682 0,1057 30,5555 795114 0,0894 27,2222 708375 0,0797 22,2222 578265 0,0650 11,1111 289132 0,0325

Fuente: Realizada por los autores del trabajo.

Los datos de la Tabla 8, indican que a velocidades altas y medias la superficie aerodinámica el flujo será turbulento ya que el numero Reynolds es mayor a 500.000 y en régimen subsónico por que no se supera el Mach de 1.

Gráfica 3. Velocidad Vs Reynolds para el alerón trasero

Fuente: Ibíd.

Como se describió en la tabla N° 8 se puede visualizar que el Reynolds aumenta proporcionalmente a la velocidad, el régimen para esta superficie aerodinámica estará en régimen turbulento.

Por medio de la ecuación 9, de la relación de aspecto que determina las características como maniobrabilidad y estabilidad de esta superficie.

Un aspect ratio de aproximadamente 2 indica que la superficie va a ofrecer mayor estabilidad al vehículo, como se explicó en el capítulo anterior.

2.4.1.1 Capa límite según características geométricas del alerón

El espesor de capa limite en perfil se determina con la Ecuacion 19. Ecuación 19. Ecuación de capa límite para flujos turbulentos.

Fuente: Capa limite, [En línea] Disponible en

<http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:E32PtgPMedIJ:www.ceiucaweb.com.ar/ documentos/ucaforum/Ing-ambiental/3%2520A%25D0%25B5O%2520-

%25202%2520CUATRIMESTRE/Mec%25D0%25B0nica%2520de%2520los%2520Fluidos/Teoria/ MODULO11_U2%2520CAPA%2520LIMITE.doc+&cd=3&hl=es&ct=clnk&gl=co>.p 7. [Consulta:

Donde X es la cuerda del perfil en este caso es de 0,50 m y conociendo el Reynolds para las diferentes velocidades que se muestran en la tabla 7 se calcula la capa límite para las diferentes velocidades obteniendo los resultados en la tabla 8.

Tabla 9. Valores de capa límite para diferentes velocidades del vehículo. VELOCIDAD (m/s) CAPA LIMITE 36,1111 0,0118 30,5555 0,0122 27,7777 0,0125 22,222 0,0130 11,1111 0,0595

Fuente: Realizado por los autores del proyecto.

Como se muestra en la tabla 9 la capa límite aumentara a medida de que disminuya la velocidad del carro. El coeficiente de fricción para el alerón trasero se determina por medio de la ecuación:

Ecuación 20. Ecuación Coeficiente de fricción para flujo turbulento.

Fuente: Boundary layers on flat plates and in Ducts [En línea] Disponible en

<http://www.blackwellpublishing.com/nalluri/pdfs/07.pdf>.p 7.[Consulta: jueves, 1 de Mayo del 2014]

Tabla 10. Coeficientes de fricción para diferentes velocidades.

VELOCIDAD (m/s) COEFICIENTE DE FRICCIÓN (Adimensional) 36,1111 0,0047 30,5555 0,0048 27,7777 0,0050 22,222 0,0052 11,1111 0,0059

Fuente: Realizado por los autores del proyecto

De la tabla 10 se puede evidenciar que el coeficiente de fricción aumenta conforme disminuye la velocidad, con estos resultados es posible determinar el Drag en función del Cf por medio de las ecuaciones 11 y 21.

Ecuación 21. Ecuación de Drag en función de coeficiente de fricción.

Fuente: Kartz, Joseph. Race car aerodynamics: Designing for speed. Cambridge Editorial Bentley Publisher, 1995, P 118.

Tabla 11. Drag del alerón trasero para diferentes velocidades.

VELOCIDAD (m/s) DRAG (Arrastre)

(Newton) 36,1111 1,3206 30,5555 0,9657 27,7777 0,8313 22,2222 0,553 11,1111 0,1569

Fuente: realizada por los autores del proyecto.

2.4.1.2 Selección perfil trasero

Para la elección del perfil trasero se encontraron 2 tipos de perfiles los cuales fueron analizados para un prototipo de formula SAE (Society of Automotive Engineers)9_{y el otro para un alerón del vehículo Toyota Coralla respectivamente}10_,

estos perfiles fueron objeto de estudio experimentando velocidades desde 11,1111 m/s hasta 33,333 m/s y una cuerda de 0,25 m. Con este estudio actual se pretende comparar y obtener el mayor coeficiente de sustentación a diferentes ángulos de ataque. Los perfiles tienen que ser perfiles Naca según el numeral 9.1.6 del reglamento11_{. Los Perfiles de estudios preliminares son:}

 Naca 441512

9_{ALONSO, Juan de Blas, Diseño y análisis para un prototipo de Formula SAE,2006,} http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/449f5d8ec860a.pdf,[Consulta: Jueves, 6 de Febrero del 2013].

10_{VINUEZA, Jorge Agustín, BRAVO, Victor David, Diseño e implementación de un alerón de mando} electrónico de posición variable para un vehículo Toyota corolla, 2011,[Consulta: sábado, 28 de Diciembre del 2013].

11 _SENA, _Reglamento _formula _SENA _ECO _2013,[En

linea]<http://comunica.sena.edu.co/formulasena/Documentos/Reglamento%20Formula%20SENA% 20-%20ECO%20(2).pdf> p 13. [Consulta: lunes, 17 de Septiembre del 2013].

 Naca 641213

Los últimos perfiles son generados en X-foil por las autoras del proyecto:

 Naca 9410

 Naca 9412

NACA 4415, 6412,9410 y 9412

Las características geométricas de los perfiles NACA 4415 y 6412 son las siguientes:

Tabla 12. Características geométricas de perfiles NACA 4415 y 6412

PERFIL THICKNESS CAMBER COEFFICIENT

LIFT

In document Validación aerodinámica, análisis computacional y experimental del diseño de un carro eléctrico tipo fórmula, y fabricación de alerón delantero para la escudería: DCM competencia Sena eco 2013 (página 56-61)