Caracterización del perfil ALAR N.R.E.L S822 bajo condiciones simuladas en el túnel de viento TVIM-49-60-1X1

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(1)CARACTERIZACIÓN DEL PERFIL ALAR N.R.E.L S822 BAJO CONDICIONES SIMULADAS EN EL TUNEL DE VIENTO TVIM-49-60-1X1. Para optar por el tı́tulo de INGENIERO MECÁNICO. por: José Luis Medina Jiménez. Asesor: PHD. MS, Álvaro Pinilla. Presentado a UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA.

(2) JLMJ. Este proyecto está dedicado a ella, quien me llevo por el camino de la perseverancia, la paciencia, la lucha y el regocijo. A ti que desde donde quiera que estés seguirás siendo mi ejemplo de vida, mi gran admiración y por supuesto mi mejor amiga ”mamá!”..

(3) Agradecimientos En primer lugar quiero agradecer a mis padres y a mi hermano quienes me brindaron un gran apoyo tanto económico como emocional durante esta etapa de mi vida la cual no hubiera sido tan exitosa sin sus enseñanzas; fueron ellos quienes me mostraron el verdadero significado del esfuerzo, del trabajo, del respeto y del amor las cuales se convierten en las herramientas necesarias que usaré para vivir en un mundo de nuevos retos y grandes oportunidades. De igual manera quiero agradecer de manera especial al profesor PHD, Ms. Álvaro Pinilla por darme la oportunidad de trabajar en el área de mecánica de fluidos en relación al estudio en aerodinámica dado que tiene para mi un gran significado personal, siendo esto una meta que me habı́a propuesto a corto plazo desde el primer momento que fui admitido en esta prestigiosa universidad, ası́ mismo quisiera agradecerle por su asesorı́a en el presente proyecto ya que fue una guı́a constante durante este periodo además de mostrarme y enseñarme a ver la realidad desde una perspectiva más critica e inteligente. Como parte fundamental en la realización de este proyecto quisiera agradecer a todo el personal de laboratorios del departamento, en especial a Omar Rodrı́guez por su gentil colaboración en el laboratorio de mecánica de fluidos, siendo una ayuda incondicional tanto en el montaje del sistema en la sección de pruebas del túnel de viento, ası́ como en la manipulación y operación del ventilador del túnel y por otro lado al Ingeniero Santiago Falla quien me ayudo con valiosa información para este proyecto. Además es necesario mencionar que nada de esto hubiera sido posible sin la ayuda fundamental de mis compañeros de trabajo de la universidad, pues son ellos quienes han tenido la oportunidad de conocerme y yo de conocerlos, con quienes compartimos valiosas enseñanzas en diversas ocaciones y con quienes he vivido experiencias tanto de lucha como de gratitud. Agradezco especialmente a Paula Florez, Juan Tellez, Germán Niño, Daniel Luna, Santiago Carrillo, Luis A. Prieto, Luis C. Londoño y Sebastián Ospina, quienes considero grandes amigos y quienes hicieron de ésta una etapa grandiosa en mi vida..

(4) Sı́mbolos. Sı́mbolo. Tabla 1: simbolos Nombre. c. Cuerda del Perfil. H. Presión total aguas abajo del perfil. P atm. Presión atmosférica. P. Presión Estática aguas abajo del perfil. H1. Presión total aguas arriba del perfil. P1. Presión Estática aguas arriba del perfil. q. Presión dinámica en un punto del espacio. 4. Cambio de una variable. ↵. Ángulo de ataque del perfil S822. ⌧. Esfuerzos Cortantes sobre un perfil alar Humedad relativa. T. Temperatura del sistema. X. Posición Horizontal o sobre la cuerda. Y. Posición vertical en la sección de pruebas del túnel. V. Velocidad del aire con flujo perturbado. V1. Velocidad del aire con flujo libre. µ. Viscosidad del aire en la sección de pruebas. v. Viscosidad cinemática del aire en la sección de pruebas. ⇢. Densidad del aire en la sección de pruebas. B. Presión barométrica del aire en la sección de pruebas. D. Fuerza de arrastre dentro de la sección de pruebas. L. Fuerza de Sustentación dentro de la sección de pruebas. R. Fuerza total resultante de la suma vectorial entre L y D. N. Fuerza Normal a la cuerda.

(5) 5. Sı́mbolo. Tabla 2: simbolos Nombre. A. Fuerza componente del arrastre en dirección de la cuerda. M. Momento ejercido sobre el perfil. PV. Perfil de velocidades. DP. Distribución de presiones. Re. Número de Reynolds. Cp. Coeficiente de Presión. Cd. Coeficiente de Arrastre. Cc. Coeficiente de cuerda. Cn. Coeficiente normal. Cl. Coeficiente de Sustentación. A. Área superficial del perfil alar.

(6) Bogotá D.C., Junio de 2012. Doctor EDGAR ALEJANDRO MARAÑÓN LEÓN Director Departamento Ingenierı́a Mecánica Universidad de Los Andes Ciudad. Respetado Doctor,. Por medio de la presente someto a consideración el proyecto de grado ”CARACTERIZACIÓN DEL PERFIL ALAR N.R.E.L S822 BAJO CONDICIONES SIMULADAS EN EL TÚNEL DE VIENTO TVIM 49-60-1X1” elaborado por José Luis Medina Jiménez como requisito para optar al tı́tulo de Ingeniero Mecánico.. Atentamente,. ÁLVARO ENRIQUE PINILLA SEPÚLVEDA Asesor.

(7) Bogotá D.C., Junio de 2012. Doctor EDGAR ALEJANDRO MARAÑÓN LEÓN Director Departamento Ingenierı́a Mecánica Universidad de Los Andes Ciudad. Respetado Doctor,. Por medio de la presente someto a consideración el proyecto de grado ”CARACTERIZACIÓN DEL PERFIL ALAR N.R.E.L S822 BAJO CONDICIONES SIMULADAS EN EL TÚNEL DE VIENTO TVIM 49-60-1X1” elaborado por José Luis Medina Jiménez como requisito para optar al tı́tulo de Ingeniero Mecánico.. Atentamente,. José Luis Medina Jiménez Cód. 200814329. i.

(8) Tabla de contenido 1 Introducción 1.1 Justificación del trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Objetivos Especı́ficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Estudios Previos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Distribución de presiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Prueba de varios perfiles alares para pequeños túneles de viento 1.3.3 Medición de Presión Superficial de un perfil alar . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . .. 1 2 2 2 3 3 3 4 5. 2 Marco Teórico 2.1 Fundamentos Básicos . . . . . . . . . . . . 2.2 Fuerzas y Momentos Aerodinámicos . . . 2.3 Tipos de Presión . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Coeficientes Aerodinámicos . . . . . . . . 2.4.1 Coeficiente de Presiones . . . . . . 2.4.2 Coeficiente Normal y de Cuerda . 2.4.3 Coeficiente de Sustentación . . . . 2.4.4 Coeficiente de Arrastre . . . . . . . 2.5 Perfil N.R.E.L S822 . . . . . . . . . . . . 2.6 Túnel de Viento TVIM 49-60 1x1m . . . . 2.7 Tubos de Presión . . . . . . . . . . . . . . 2.8 Métodos de Cálculo . . . . . . . . . . . . 2.8.1 Método Distribución de Presiones 2.8.2 Método de Momentum . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. 7 7 8 9 10 10 10 11 11 11 12 13 15 15 16. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. 3 Definición y especificación del trabajo 18 3.1 Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2 Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 Metodologı́a del trabajo 4.1 Instrumentación y Calibración . 4.1.1 Transductores de Presión 4.1.2 Medición con VAISALA . 4.2 Estructura Pitots . . . . . . . . . 4.3 Flujo Libre . . . . . . . . . . . . 4.4 Flujo Perturbado . . . . . . . . . 4.4.1 Visualización del Flujo . .. . . . . . . .. . . . . . . . ii. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. 20 20 20 23 24 27 31 33.

(9) TABLA DE CONTENIDO. iii. 5 Resultados 5.1 Flujo Libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Perfil de Velocidades Flujo Libre . . . 5.2 Flujo Perturbado . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Perfil de Velocidades Flujo Perturbado 5.2.2 Distribución de presiones . . . . . . . 5.2.3 Coeficientes Cd y Cl . . . . . . . . . . 5.2.4 Visualización . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. 35 35 35 36 36 36 38 40. 6 Análisis 6.1 Calibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Flujo Libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Flujo Perturbado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47 47 47 48. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. 7 Conclusiones y trabajos futuros 50 7.1 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 7.2 Trabajo Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Referencias. 51. A Gráfica Calibración. 53. B Cálculo de la Densidad. 55. C Materiales y Costos. 56. D Instrumentos D.1 Túnel de Viento TVIM 49-60 1 ⇥ 1 D.2 VAISALA . . . . . . . . . . . . . . D.3 Tarjeta de Adquisición de Datos . D.4 Fuente Variable 10-12 [V] . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. 57 57 57 57 57.

(10) Índice de figuras 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5. Diseño y distribución de canales de presión alrededor del perfil alar N.A.C.A 4412 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Distribución de presión alrededor del perfil alar N.A.C.A 4412 a un ángulo de ataque de 8o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Visualización vectorial de la distribución de presiones a un ángulo de ataque de 8o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relación Sustentación Cl vs arrastre Cd para a) Re=1 ⇤ 105 y b) Re=2 ⇤ 105 Túnel de Viento de Flujo Cerrado 7,5x7,5m . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9. 4 4 5 5 6. Fuerzas y Momento sobre un perfil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caracteristicas de un perfil alar [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caracterı́stica geométrica del perfil alar S822 [7] . . . . . . . . . . . . . . . Túnel de Viento de La Universidad de los Andes . . . . . . . . . . . . . . . Esquema de Tubo Pitot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tubos pitot en el F1 E20 diseñado en 2012 por la escuderı́a Lotus [2]. . . . Comparación Tubos vidrio y pitot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diseño del Perfil N.R.E.L S822 para adquisición de distribución de presiones Volumen de Control del perfil inmerso en un analisis bidimensional en el método de momentum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10 Montaje propuesto para la caracterización del perfil . . . . . . . . . . . . .. 9 12 12 13 13 14 15 16. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7. 21 21 22 23 24 25. 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17. Distribución del trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transductor de Presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Montaje de calibración de cada transductor . . . . . . . . . . . . . . . Adquisición de datos en Labview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema de calibración de cada transductor . . . . . . . . . . . . . . . Montaje de los 43 transductores en grupos . . . . . . . . . . . . . . . . Estructura de medición del flujo ensamblada en la sección de pruebas túnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estela formada aguas abajo del perfil donde el flujo esta perturbado . Lámina base para la estructura del soporte triangular . . . . . . . . . Ensamble en la sección de pruebas sin tubos de presión . . . . . . . . Soporte fijo asegurando que se encuentre nivelado. . . . . . . . . . . . Soporte inferior a la sección de pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . Distribución de la señal de presiones y eléctricas en el montaje de flujo Primeras dos etapas de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tercera y Cuarta etapas de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sección de pruebas en el túnel de viento . . . . . . . . . . . . . . . . . Zona A correspondiente al lugar de visualización del perfil . . . . . . . iv. . . . . . . . . . . . . . . . . . . del . . . . . . . . . . . . . . . . . . libre . . . . . . . . . . . .. 17 17. 26 26 27 27 28 28 29 29 30 31 32.

(11) ÍNDICE DE FIGURAS. v. 4.18 4.19 4.20 4.21. Zona B correspondiente al lugar de sujeción del perfil . . . . . . . . . . . . Esquema del comportamiento del perfil de velocidades en el montaje del perfil Cámara de Humo y sus propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resistencia generadora de humo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32 33 34 34. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8. Perfil de velocidades en flujo libre . . . . . . . . . . Perfil de velocidades con ángulo de ataque = 0o . . Perfil de velocidades con ángulo de ataque = 6o . . Perfil de velocidades con ángulo de ataque = 10o . Distribución de Presiones a Re = 100000 . . . . . . Distribución de Presiones a Re = 200000 . . . . . . Distribución de Presiones a Re = 3500000 . . . . . Distribución de Presiones ángulos de ataque entre 3o tomado de [12] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cl contra ángulo de ataque en variación de Re . . Cl vs Cd con variación de Re . . . . . . . . . . . . Comparativo de Sustentación Re = 100000 . . . . Comparativo de Sustentación Re = 200000 . . . . Comparativo de Sustentación Re = 350000 . . . . Comparativo Cl vs Cd con Re = 100000 . . . . . . Comparativo Cl vs Cd con Re = 200000 . . . . . . Comparativo Cl vs Cd con Re = 350000 . . . . . . Visualización del perfil para Re = 100000 . . . . . Visualización del perfil para Re = 200000 . . . . . Visualización del perfil para Re = 350000 . . . . .. . . . . . . .. 35 36 37 37 38 39 39. . . . . . . . . . . . .. 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45 46 46. 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . y 5o para el perfil S822 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. A.1 Calibración Transductores 1-6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 A.2 Calibración Transductores 7-12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 D.1 Tarjeta adquisición de datos de National Instruments . . . . . . . . . . . . 58 D.2 Fuente de voltaje variable 10 - 12 [V] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58.

(12) Índice de tablas 1 2. simbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . simbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4 5. 2.1. Parámetros del Perfil S822 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. 3.1. Parámetros de Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19. 5.1. Valores de Cd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38. 6.1. Velocidades de Flujo Esperadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48. A.1 Calibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 B.1 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 C.1 Materiales y Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 D.1 Parámetros Túnel de Viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 D.2 Parámetros VAISALA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 D.3 Parámetros Tarjeta National Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57. vi.

(13) Capı́tulo 1. Introducción En medio del creciente desarrollo industrial que se llevaba a cabo en las grandes ciudades del mundo, muchas ideas que traı́an consigo el cambio radical de la percepción de la realidad que en esa época se conocı́a comenzaron a darle un giro inesperado a una sociedad visionaria; una sociedad que no imaginaba hasta donde el nuevo pensamiento, las nuevas ideas podrı́an llegar, hasta que punto tal comprensión de la realidad muy diferente a lo que se acostumbraba a vivir llegarı́a a ser la llave a un nuevo mundo sin fronteras capaz de transformar cualquier idea en realidad. Esto fue algo que muchos visionarios de aquel momento seguramente pensaron sin cuestión alguna. A medida que la tecnologı́a ha avanzado, nuevos problemas de ingenierı́a han podido ser resueltos y entre ellos la solución a los problemas en el campo de la aerodinámica, pues es de gran interés poder modelar ambientes de operación lo mas cercano a un ambiente real. El campo de la aerodinámica no solo tiene que ver con el desarrollo aeronáutico, sino con todo aquel desarrollo que intervenga en el diseño de piezas, maquinas u objetos que se encuentren inmersos en un fluido (Aire) dentro de un volumen de control, pues su aplicación es de gran magnitud. En principio y con el desarrollo de la industria aeronáutica siempre se perseguı́a el objetivo de un diseño mejorado, y en el campo aerodinámico esto implicaba un diseño continuo tanto en el fuselaje como en los perfiles alares, se deseaba una mejor sustentación, una reducción en el arrastre y una mejor maniobrabilidad en condiciones reales. Esto llevo a a la necesidad de generar laboratorios que permitieran realizar un acercamiento a este ambiente real en el que se pudieran realizar las pruebas necesarias en busca de mejorar los diseños. La solución estuvo basada en el diseño de túneles de viento que facilitaran un volumen de control con un flujo de aire variable para acercarse a una condición real del viento para diferentes velocidades. Hoy en dı́a la aplicación de los ambientes simulados ha llegado a ser de tal importancia que no solo las industrias de producción aeronáuticas sino aquellas que fabrican piezas en el sector eólico, vehicular, o el sector de industria civil, han tenido que ver con el diseño bajo estos parámetros reales que puede llegar a ofrecer un espacio controlado de flujo como lo es un túnel de viento ya sea de baja, media o grande escala. En Colombia el desarrollo de la tecnologı́a no es de los más importantes en el mundo, puesto que es un paı́s que viene hasta ahora comenzando a realizar investigaciones en diferentes áreas. En general la industria del paı́s esta muy relacionada con la producción en masa en diferentes sectores, ya sea el textil, el sector alimenticio y en una pequeña escala el sector vehicular. Sin embargo en el sector aeronáutico y en el automotriz se ha venido presentando la necesidad de investigar lo que sucede con los elementos que se fab1.

(14) 2. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. rican o que pasan por revisión de diseño listos a implementar en ensambles de diferentes maquinas en dichos sectores. Sin embargo no ha existido formalmente la ayuda de un centro especializado en simular ambientes reales. En la Universidad de los Andes se ha generado la intención de realizar investigaciones de este tipo los cuales se han podido llevar a cabo gracias al diseño y han realizado diferentes túneles de viento útiles para conocer el comportamiento de diferentes objetos como los son el túnel de ciclo abierto y que ello de alguna manera sea un comienzo en el desarrollo y generación de nuevas tecnologı́as que puedan aportar al paı́s y al sector industrial como herramienta de solución a los problemas de ingenierı́a que se presentan.. 1.1. Justificación del trabajo. La investigación siempre ha sido y será una rama paralela que complementa cualquier trabajo asociado a las ideas que han sido transformadas en una realidad, y más aún en un estilo de vida. El propósito de este trabajo es sin duda alguna un trabajo de investigación asociado al mundo de los fenómenos aerodinámicos en el cual se busca realizar una aplicación de diferentes teorı́as que han intentado explicar y entender la interacción entre el aire con un objeto inmerso generalmente diseñado para aprovechar este fenómeno y convertirlo en una aplicación viable al mundo real. En el presente documento se busca realizar una propuesta basada en el estudio de simulación de un perfil alar NREL S822 correspondiente en general a las hélices de pequeñas turbinas eólicas, bajo condiciones reales controladas en el túnel de viento TVIM-49-601X1 siendo esto un avance en el desarrollo a problemas de ingenierı́a en relación al estudio aerodinámico y creando un nuevo camino hacia el avance tecnológico que puede ofrecer el ambiente simulado. El trabajo estará fundamentado en un proyecto antecesor realizado por el ingeniero mecánico Santiago Falla el cual llevo a cabo el desarrollo de la instrumentación y adecuación necesaria del túnel de viento y el perfil alar NREL S822 para poder convertir la idea de una simulación en condiciones controladas para el desarrollo de elementos aerodinámicos en una realidad. Ası́ mismo se espera desarrollar una caracterización aerodinámica completa del perfil alar NREL S822 en el túnel de viento TVIM-49-60-1X1, dando de esta manera inicio a futuras investigaciones en el campo aerodinámico tanto en la Universidad como en Colombia.. 1.2 1.2.1. Objetivos Objetivo General. Realizar un estudio experimental para determinar el comportamiento del flujo de aire sobre el perfil alar N.R.E.L S822 con el fin de caracterizar el campo de presiones alrededor de dicho perfil, ası́ como la determinación tanto de los coeficientes como las fuerzas de arrastre y de sustentación. Todo ello bajo diferentes condiciones de trabajo en el que se realizará una variación del número Reynolds y el ángulo de ataque..

(15) 1.3. ESTUDIOS PREVIOS. 1.2.2. 3. Objetivos Especı́ficos. • Verificar un correcto montaje del perfil alar dentro del volumen de control en el túnel de viento. • Tener pleno conocimiento de la instrumentación a utilizar y realizar su montaje tanto en el perfil alar como en el túnel de viento. • Realizar las mediciones necesarias para cumplir con el objetivo de la caracterización del perfil, entendiendo esto como la determinación de la distribución de presiones,; ası́ mismo establecer los coeficientes y las fuerzas de arrastre y sustentación a diferentes Reynolds. • Visualizar el flujo por medio de un sistema de humo a través de la superficie del perfil. Esto con el objetivo de conocer el punto de desprendimiento de la capa limite. • Realizar una comparación de los datos obtenidos con los datos obtenidos en otros lugares donde se haya llevado a cabo un estudio similar.. 1.3. Estudios Previos. Con el fin de realizar los objetivos propuestos siguiendo el procedimiento que se describe en la metodologı́a (capı́tulo 4) es necesario realizar una división de las fuentes más importantes donde se llevaron a cabo estudios que se consideran de gran interés como base fundamental en la realización de este proyecto. El primer objetivo esta relacionado en lograr obtener una visión del comportamiento del fluido alrededor del perfil alar entendido como la visualización del campo de presiones alrededor de este. El primer estudio que se ha tenido en cuenta es el realizado a un perfil alar N.A.C.A 1 4412 el cual se detalla más adelante [10]. Ası́ mismo otros dos estudios en relación a las técnicas de medición mas apropiadas tanto en relación al cálculo del arrastre (Fuerza y coeficiente) como los de sustentación, normal y de cuerda; fueron llevados a cabo por los laboratorios de N.R.E.L 2 y Riso National Laboratory donde se proponen diferentes métodos de análisis [11] y serán detallados en 1.3.2 y 1.3.3 .. 1.3.1. Distribución de presiones. En el reporte ”Cálculo y medición de la distribución de presiones alrededor de un perfil alar”[10] propone una metodologı́a para realizar una medición completa del campo de presiones alrededor de la sección o perfil propuesto conocido como el N.A.C.A 4412 con condiciones controladas de velocidad del viento para un número de Reynolds de 3 ⇤ 106 realizando una variación en el ángulo de ataque propuesto a 17 ángulos desde 20 a 30 . La importancia de este documento radica en la metodologı́a propuesta para realizar este objetivo comenzando con el diseño del perfil el cual fue perforado con 54 agujeros como se muestra en la figura 1.1 y en la cual se observa la distribución de perforaciones perpendiculares a la dirección del flujo para poder adquirir, por medio de unos canales, la presión estática de cada punto. 1 2. N.A.C.A: National Advisory Committee for Aeronautics N.R.E.L: National Renewable Energy Laboratory.

(16) 4. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. Figura 1.1: Diseño y distribución de canales de presión alrededor del perfil alar N.A.C.A 4412 La posibilidad de adquirir la señal de presión estática en cada punto es el inicio del método propuesto conocido como el método de distribución de presiones del que se explicará en detalle más adelante en el capı́tulo 4; lo que se propone es que tan solo con obtener esta señal en cada punto de la sección transversal del sistema y por medio de cálculos se pueda conocer la presión dinámica y con ello el coeficiente de presión, siendo éste necesario para el cálculo de los demás coeficientes de importancia en este trabajo. Sin embargo el cálculo del coeficiente de arrastre Cd está siendo calculado incompletamente debido a que no se están teniendo en cuenta los efectos viscosos que actúan en la dirección del flujo paralela al área superficial. Un ejemplo claro de la visualización de una distribución de presiones se observa en las figuras 1.2 y 1.3 .Detalles de este método serán analizados en detalles en los capı́tulos posteriores.. Figura 1.2: Distribución de presión alrededor del perfil alar N.A.C.A 4412 a un ángulo de ataque de 8o. 1.3.2. Prueba de varios perfiles alares para pequeños túneles de viento. El estudio realizado por el National Renwable Energy Laboratory llevados a cabo por los ingenieros Michael S. Selig y Bryan D. McGranahan [11] logra acercarse por medio de la experimentación a un entendimiento del comportamiento de diferentes perfiles alares como los son los E387, SD2030, FX63-137,S834,SH3055 y el S822, siendo este último el objeto de trabajo. Dichos perfiles fueron sometidos a pruebas en ambientes controlados proporcionados por túnel de flujo abierto en el cual se han tenido en cuenta las limitaciones y.

(17) 1.3. ESTUDIOS PREVIOS. 5. Figura 1.3: Visualización vectorial de la distribución de presiones a un ángulo de ataque de 8o comportamientos del flujo libre del sistema.. Figura 1.4: Relación Sustentación Cl vs arrastre Cd para a) Re=1 ⇤ 105 y b) Re=2 ⇤ 105 La metodologı́a utilizada en este proceso estaba asociada a encontrar experimental y directamente los efectos en la sustentación ası́ como en el arrastre como se observa en la imagen 1.4 por lo cual no se tuvo en cuenta la distribución de presiones. El detalle se explicará más adelante, lo importante aquı́ es notar que la posibilidad de calcular el efecto de arrastre por el método de momentum, observado por el comportamiento de Cd, logra darnos una perspectiva más completa ya que es un arrastre total que tiene en cuenta efectos viscosos del fluido (Aire) y es el que se lleva a cabo en este proyecto de investigación.. 1.3.3. Medición de Presión Superficial de un perfil alar. El trabajo realizado en este estudio tuvo como objetivo realizar una caracterización del comportamiento del flujo (Aire) A través del perfil alar N.A.C.A 63-215 el cual tiene una longitud de cuerda de 0,45m y un largo de 1,9m; el modelo fue probado en un túnel de viento de flujo cerrado con un espacio de medición de 7,5 ⇥ 7,5 [m] como se muestra en la figura 1.5; este tipo de túnel requerı́a de un ajuste debido al gran espacio de trabajo y para el cual el flujo puede analizarse en 3D. Sin embargo debido a que el estudio es bidimensional, el espacio de trabajo tuvo que ser limitado por dos placas en los extremos del perfil alar para garantizar un análisis de este tipo. Seguido a la importancia del montaje y en busca de lograr realizar una medición correcta del arrastre del perfil a diferentes ángulos de ataque, se lleva a cabo el análisis por medio del método de momentum el cual se describe más adelante, y que esta diseñado para poder medir en dos instantes, aguas arriba y abajo del perfil, la diferencia de cabeza de presiones en busca de encontrar el valor asociado al arrastre del sistema representado por el coeficiente de arrastre Cd y visto como una caı́da de momentum del flujo. La manera de.

(18) 6. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. Figura 1.5: Túnel de Viento de Flujo Cerrado 7,5x7,5m obtener una visualización del comportamiento del flujo tanto aguas arriba del perfil como a la salida se logró por medio de la inclusión de una estructura de tubos de presión a lo largo del eje Y (Eje vertical). La posibilidad de medir la presión dinámica en cada uno de los puntos da como resultado la comprensión del comportamiento del flujo y con esto el comportamiento de arrastre asociado al perfil. La adquisición de datos se logró con ayuda del sistema HyScan2000 el cual tiene 64 entradas de medición utilizadas como entradas de los sensores de presión tanto del perfil como de la estructura de tubos de presión..

(19) Capı́tulo 2. Marco Teórico 2.1. Fundamentos Básicos. Cuando nos referimos a un fenómeno aerodinámico asociamos un sistema coordenado bien definido en el cual un objeto o cuerpo se encuentra en contacto con un fluido en un volumen de control ya sea de flujo abierto o de flujo cerrado. En general la aerodinámica esta relacionada con el aire como fluido inmerso en dicho volumen de control que esta en contacto con un cuerpo que puede o no tener energı́a cinética. El análisis pertinente se realiza teniendo en cuenta el principio de relatividad relacionado al marco de referencia en que se haga presencia dicho fenómeno; es posible imaginar un marco de referencia S con origen en el centro del cuerpo inmerso con una velocidad U y otro marco de referencia S‘ externo al dicho cuerpo asociado al flujo con velocidad U’. Suponiendo que hay un movimiento relativo entre ambos marcos es útil realizar un análisis aerodinámico visto desde un solo marco, es decir que si el cuerpo se mueve inmerso en el flujo el análisis se puede realizar suponiendo que S se mueve con una velocidad U y S’ se encuentra en reposo con U 0 = 0. Ası́ mismo viendo el caso contrario y mas utilizado en la aerodinámica convencional se tiene que el cuerpo es quien se encuentra en reposo con U = 0 y el flujo en S’ es quien se mueve con una velocidad U 0 6= 0. Este último análisis es común en la práctica de pruebas aerodinámicas debido a que al considerar que el flujo es el que se mueve y que el objeto se encuentra en reposo, es más sencillo percibir el fenómeno fı́sico en el que las moléculas de aire al chocar con el cuerpo tiendan a desprenderse y pasen o fluyan alrededor de la superficie de dicho cuerpo; se espera entonces que al terminar de pasar vuelvan a unirse debido a la presión con la que ya viene el fluido (Aire). Este caso ideal está asociado a un choque con un objeto en el cual el fluido se considerarı́a perfecto sin viscosidad y que en el choque la superficie no genere en el fluido un cambio en su dirección. Un choque ideal como el descrito anteriormente significarı́a que al no existir un cambio en la dirección del flujo, éste no le transmitirı́a ninguna fuerza al cuerpo. La paradoja de DÀlembert describe este fenómeno ideal en el que al intentar modelar un flujo pasando por un cuerpo por medio de la teorı́a de flujo ~ equivale al gradiente de una función potencial potencial en la cual el campo vectorial U como se observa en la ecuación 2.1 si la dirección del flujo no se altera entonces la fuerza sobre el cuerpo es F = 0. En la práctica se ha experimentado y observado que el choque del flujo con un cuerpo de volumen definido no se comporta idealmente; pues siempre existe el fenómeno viscoso ası́ como la interacción entre las partı́culas de aire con la superficie en contacto del mismo cuerpo solido; ésta acción siempre genera un cambio en las lı́neas de corriente del campo de velocidades y una transferencia de energı́a lo cual se asocia a un cambio en la cantidad de energı́a de cierta parte de masa del fluido. 7.

(20) 8. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO. ~ = ~uî + ~v ĵ + w U ~ k̂ = 5. (2.1). La interacción entre el flujo y la superficie exterior del cuerpo genera, por menos viscoso que llegue a ser el fluido, un cambio en la cantidad de movimiento de las partı́culas y fuerzas resultantes dando como resultado un cambio en la dirección del movimiento de cada una de estas partı́culas cercanas a la superficie; este movimiento ocasiona remolinos o torbellinos que se convierten en una perdida de energı́a la cual dependiendo de la rugosidad o cambios bruscos en la superficie del cuerpo puedan a llegar a ser considerables en el comportamiento del cuerpo, más especı́ficamente en el aumento del arrastre o resistencia al movimiento del cuerpo en el volumen de control.. 2.2. Fuerzas y Momentos Aerodinámicos. Partiendo del fenómeno asociado al choque directo entre el aire como flujo libre contra un objeto, no es difı́cil pensar en las fuerzas que allı́ podrı́an ocasionarse pues es de vital importancia entender que el aire es un fluido gaseoso compuesto en su mayorı́a por Nitrógeno en un alto porcentaje (78, 03%), Oxigeno (20, 99%) y otros componentes como el dióxido de carbono o el hArgón i que representan no mas del (0, 98%) de su contenido, kg con una densidad de 1, 18 m3 siendo ası́ no despreciable. El aire a una velocidad alta puede llegar a tener una energı́a cinética intrı́nseca muy alta capaz de generar una fuerza considerable sobre el objeto con el que interactúa. Ejemplo de ello son las grandes turbinas eólicas como la ENERCON E-126 que tiene una altura de 138m y un diámetro total de 126m cubriendo un área de 12470m2 aproximadamente en la cual el aire puede transferirle al sistema una alta energı́a cinética durante la interacción en la cual se tienen fuerzas muy altas sobre las aspas de la turbina; ası́ mismo este fenómeno de interacción entre el aire y un objeto está asociado muy a menudo con los perfiles alares de aviones o cualquier tipo de vehı́culo aéreo siendo el caso del Antonov AN-225 el avión de carga más pesado del mundo el cual tiene un peso de 250 Toneladas y el cual esta diseñado para tener un peso máximo en la sustentación (peso al despegue [kg]) de 600Ton, es decir una fuerza de sustentación cercana a los 5.88 GN que son soportados por las 2 alas que tienen como objetivo de darle sustentación al avión. Cada uno de estos ejemplos ayuda a tener una comprensión general de las fuerzas que se generan durante una interacción entre el aire como fluido y un objeto inmerso en este. Sin embargo la pregunta en este fenómeno es: ”De donde proviene esa fuerza, donde se esta generando?”. Como se habı́a comentado anteriormente en la sección 2.1 y basados en la literatura [3] siempre existirán dos fenómenos asociados a la distribución de presiones ya sea la distribución de presión P normal en todo punto de la superficie del objeto, que enfocado a este proyecto corresponde el perfil a caracterizar, ası́ como la presión en dirección tangencial entendida como una distribución de esfuerzos cortantes ⌧ distribuida alrededor de dicho perfil dado los efectos viscosos allı́ presentes. Tanto P como ⌧ tienen unidades de presión sean Pa o psi; sus efectos durante la interacción dan como resultado un efecto total de la fuerza R y el momento M sobre el perfil como se ilustra en la figura 2.1. La descomposición de la fuerza total R en direcciones vertical y horizontal da como resultado la fuerza de sustentación L y la fuerza de oposición o resistencia al movimiento D.

(21) 2.3. TIPOS DE PRESIÓN. 9. Figura 2.1: Fuerzas y Momento sobre un perfil respectivamente; sin embargo es usual encontrar la descomposición de la fuerza R en las direcciones de la cuerda y normal a la cuerda del perfil alar. La fuerza A en dirección a la cuerda opuesta al movimiento y N como la fuerza normal a la cuerda del perfil [3]. Debido a esto es posible encontrar una relación directa entre las fuerzas N y A con las fuerzas L y D las cuales son de mayor interés en este proyecto.. 2.3. Tipos de Presión. Para comprender el procedimiento que se utiliza en este proyecto es de vital importancia conocer los tipos de presión asociada a la experimentación o adquisición de los datos, ası́ como cálculos implı́citos en la metodologı́a, pues el objetivo es lograr tener un conocimiento caracterı́stico de las presiones que afectan tanto alrededor del perfil como para su ambiente de interacción. Una propiedad fundamental tanto de gases como de cualquier materia molecular es la presión; especı́ficamente y aplicado al desarrollo de este trabajo es la presión estática de los gases la cual es una variable de estado siendo una cantidad escalar; ası́ mismo es la relación directa de la fuerza por unidad de área [F/A]. En general la presión estática P está dada por la diferencia de alturas siendo independiente del movimiento [5] del flujo por lo que se tiene: P = ⇢g H. (2.2). La cual se mantiene constante a un nivel de altura constante, dependiendo ası́ de la densidad del fluido y la gravedad. Es importante aclarar que en la experimentación esta presión es medida perpendicularmente al movimiento para no tener componentes.

(22) 10. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO. de presión dinámica la cual si depende de la dirección. Ası́ mismo la presión dinámica ”q” esta fuertemente relacionada con el movimiento del gas o fluido y se entiende como la fuerza que ejercen las partı́culas por unidad de área debido a la cantidad de movimiento intrı́nseco en el fluido. Debido a que la fuerza es un vector con dirección y magnitud, la presión ejercida en dirección al movimiento es diferente a la presión estática y en la experimentación deberá ser cuidadosamente medida garantizando la dirección paralela al flujo [5]. Por úiltimo la presión total se puede inferir de la definición de las presiones anteriores, pues la suma de estas (Estática y Dinámica) se conoce como la presión total del sistema H 2.3. H =P +q. (2.3). Antes de utilizar en los procesos de experimentación los conocidos transductores de presión, era muy común medir la presión estática independiente de la dinámica, pues esta última se media con columnas de agua o mercurio dentro de un tubo en U con una escala bien definida; de esta manera era la manera más sencilla de medir la presión total. Hoy dı́a los transductores de presión ofrecen la posibilidad de medir un P o cambio de presiones que en un montaje correcto se puede garantizar la medición de presión total en dirección al flujo en comparación a la presión estática dando por resultado una medida de la presión dinámica con buena exactitud dependiendo el transductor utilizado[5].. 2.4 2.4.1. Coeficientes Aerodinámicos Coeficiente de Presiones. El coeficiente de presiones expresado como:. Cp =. 2.4.2. p p1 1 2 2 ⇢1 V1. (2.4). Coeficiente Normal y de Cuerda. El coeficiente normal, como su nombre indica esta asociado a la medición del efecto causado en la dirección normal al perfil alar proveniente de las fuerzas que allı́ se generan como se explica en la sección anterior 2.2. 1 Cn = c. Z. Cpdx. (2.5). Por otro lado el coeficiente de cuerda es el que esta teniendo en cuenta el efecto de la fuerza generada en la dirección paralela a la cuerda independiente de la dirección del flujo como se observa en la siguiente ecuación 1 Cc = c. Z. Cpdy. (2.6).

(23) 2.5. PERFIL N.R.E.L S822. 11. Se observa que se esta realizando la suma a lo largo de la dirección vertical para obtener los efectos en la dirección de cuerda; contrario a la suma en la dirección horizontal dx para los efectos de la componente vertical de sustentación o Cn.. 2.4.3. Coeficiente de Sustentación. Este coeficiente hace referencia directamente a los efectos de la fuerza ejercida en la di! rección vertical L como se ilustra en la figura 2.1, siendo la componente vertical de la ! ! fuerza total R y diferente a la fuerza normal sobre el perfil N ; esto si el angulo de ataque ! ! ↵ 6= 0. En caso contrario L serı́a igual a N tanto en magnitud como en dirección [3]. Cl = Cn cos ↵. Cc sin ↵. (2.7). El cálculo de Cl sale del método de distribución de presiones 2.8.1 y es calculado por medio de la expresión 2.7 y equivalente a la relación 2.8 .. Cl =. 2.4.4. L 1 2 2 ⇢V A. =. F uerzadeSustentación F uerzaDiámica. (2.8). Coeficiente de Arrastre. El coeficiente de arrastre puede ser determinado de dos maneras principales las cuales se describen con mayor detalle en 2.8; es necesario tener en cuenta que la determinación de este coeficiente depende directamente de la manera experimental usada, por lo cual al determinarse por medio de una adquisición directa del perfil alar, no se estarı́a teniendo en cuenta los efectos viscosos que incrementan el fenómeno de arrastre [4]; sin embargo se presenta en la ecuación 2.9 la determinación sin efectos viscosos del aire. Cd = Cn sin ↵. Cc cos ↵ =. D 1 2 2 ⇢V A. =. F uerzadeArrastre F uerzaDinámica. (2.9). Por otro lado la determinación de éste coeficiente puede ser más completa si se realiza una medición del comportamiento del aire tanto aguas arriba como aguas abajo del perfil proporcionando información del momentum de la cabeza de presiones y por consiguiente el cálculo de Cd como se detalla en la ecuación 2.10 y en la figura 2.9.. Cd = 2. 2.5. Z. r. H H1. P P1. H H1. P P1. !. dy c. (2.10). Perfil N.R.E.L S822. El perfil alar que se caracteriza en este trabajo corresponde a un diseño realizado en el laboratorio de Energı́as renovables N.R.E.L por sus siglas en ingles [11]; es un perfil alar que tiene las caracterı́sticas apropiadas para la realización de pruebas en un ambiente controlado debido a que fue diseñado para ser trabajado a bajos números de Reynolds, teniendo en cuenta que el trabajo se enfoca en tres números de Re 1 ⇤ 105 , 2 ⇤ 105 y3, 5 ⇤ 105 que no superan la velocidad de 30 [m/s], y cuenta con una geometrı́a ajustable dentro.

(24) 12. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO Tabla 2.1: Parámetros del Perfil S822 Parámetro % Cuerda Grosor. 16. Curvatura. 1,89. del túnel de viento con las propiedades que se muestran en la tabla 2.1 en términos del porcentaje de cuerda, teniendo en cuenta una cuerda de 0,3m. El perfil fue diseñado en el año de 1993 en el uso de pequeñas turbinas que operan a una velocidad baja y potencia entre 2 a 20 kW. En general estos perfiles tienen como caracterı́stica un Cl (coeficiente de sustentación) de 1,0 y un mı́nimo arrastre (CD min) de 0,010 para Reynolds de 600,000 [7].. Figura 2.2: Caracteristicas de un perfil alar [1] En la figura 2.2 se observa las caracterı́sticas esenciales de un perfil alar dada su geometrı́a siendo un modelo general del diseño de diferentes perfiles tal como el perfil utilizado en este proyecto 2.3 .. Figura 2.3: Caracterı́stica geométrica del perfil alar S822 [7]. 2.6. Túnel de Viento TVIM 49-60 1x1m. La caracterización del perfil alar S822 se lleva a cabo en el túnel de viento TVIM 49-60 1X1 (Túnel de viento de Ingenierı́a Mecánica) el cual trabaja a 49 kW de potencia con una velocidad máxima de flujo (Viento) de 60 [m/s] con un ventilador (Fan) de x número de aspas girando a un máximo de 1100 rpm. El túnel viento tiene la caracterı́stica de ser un sistema de flujo cerrado en el cual el aire re-circula retomando su energı́a cinética gracias a los cambios de sección como tobera y difusor antes y después de salir de la zona.

(25) 2.7. TUBOS DE PRESIÓN. 13. de prueba como se muestra en la figura 2.4 a diferencia de un túnel de flujo abierto el cual toma aire de la atmósfera diseccionando el flujo a la zona de prueba y la devuelve de nuevo. La dimensión 1x1 hace referencia directa al área transversal de la zona de prueba donde se realiza el montaje del presente proyecto; allı́ el perfil diseñado para esta dimensión se instala de tal forma que se garantice el análisis bidimensional del proceso.. Figura 2.4: Túnel de Viento de La Universidad de los Andes. 2.7. Tubos de Presión. En busca de realizar una medición tanto de presión dinámica como la velocidad en un flujo se acostumbra a utilizar tubos pitot los cuales tienen la capacidad de medir en el mismo punto las presiones tanto estática como total como se observa en la figura 2.5 como un esquema de un tubo pitot inmerso en un flujo [6] lo cual permite una medición de la presión dinámica en este.. Figura 2.5: Esquema de Tubo Pitot En los estudios aerodinámicos es frecuente encontrar arreglos geométricos compuestos de.

(26) 14. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO. un número limitado de estos tubos para poder medir las presiones y velocidades en un región especı́fica del espacio, es común encontrar esta aplicación en la industria aeronáutica con tubos que tienen dimensiones de largo entre 10 12[in] y diámetros entre 1/8 3/8[in]. Ası́ mismo en los vehı́culos de alto desempeño como los Formula 1 donde la medición de la velocidad es mucho más precisa es muy utilizado este tipo de sistema de medición como se observa en la imagen 2.6 .. Figura 2.6: Tubos pitot en el F1 E20 diseñado en 2012 por la escuderı́a Lotus [2]. La medición de las presiones en el mismo punto son fundamentales para medir la velocidad del flujo como se ilustra en la ecuación 2.11 lo cual es un efecto directo del desarrollo en la mecánica de fluidos por Daniel Bernoulli; allı́ se obtiene una relación directa entre la presión dinámica y la velocidad del flujo que solo depende de las propiedades de este.. V =. s. 2(H. P) ⇢. =. r. 2q ⇢. (2.11). En general el arreglo de pitots es un montaje con una geometrı́a cercana a un rastrillo de jardı́n conocida comúnmente como ”Rake” el cual tiene como caracterı́stica un ordenamiento serial de estos tubos siendo útil en la medición de presión y velocidad del flujo aguas abajo del perfil, es decir en la estela que se forma a la salida de este conocida como Wake Rake por su traducción en ingles como rastro de estela. Parte fundamental en este trabajo está asociada a la medición del comportamiento del flujo por medio de tubos de presión. Debido a la necesidad de medir la mayor cantidad de puntos en el espacio y la limitación de solo 10 tubos pitot en el laboratorio conllevaron a la idea de utilizar tubos de presión en vidrio análogos a los tubos pitot como se observa en la imagen 2.7 los cuales tienen la capacidad de medir la presión total en dirección del flujo además de tener dimensiones caracterı́sticas de un tubo pitot en longitud y diámetro lo cual será explicado con mayor detalle en la sección procedimental..

(27) 2.8. MÉTODOS DE CÁLCULO. 15. Figura 2.7: Comparación Tubos vidrio y pitot. 2.8. Métodos de Cálculo. En busca de llevar a cabo un correcto sistema de medición experimental para obtener la caracterización completa del comportamiento del perfil a diferentes velocidades (Números de Reynolds) y diferentes ángulos de ataque se llevará a cabo la combinación de dos métodos experimentales expuestos a continuación y siguiendo el método propuesto en este trabajo en la sección de metodologı́a.. 2.8.1. Método Distribución de Presiones. Como se habı́a comentado anteriormente en la sección introductoria del documento la distribución de presiones sobre un perfil ya ha sido estudiada basado en el comportamiento del perfil N.A.C.A 4412 [12] y es el procedimiento más acertado a seguir en este proyecto debido a la facilidad del montaje que ya ha sido diseñado por el Ingeniero Mecánico Santiago Falla en su proyecto de grado de Maestrı́a fabricando el perfil alar N.R.E.L S822. [9] y el cual se realiza para el presente trabajo. En el método de distribución de presiones se busca medir de la manera más completa la presión en cada punto superficial del perfil obteniendo una panorámica del comportamiento del flujo alrededor de éste. Esto se logra gracias a que el perfil fue construido con 43 agujeros ubicados linealmente sobre la superficie en la mitad de la longitud del perfil y cada uno de estos conectado por medio de una manguera a cada transductor de presión como se muestra en la figura 2.8 los cuales sirven como canal conductor de presión al sistema de adquisición de datos. Este método proporciona la facilidad de aprovechar el montaje realizado para medir la presión alrededor del perfil y por medio de la ecuación 2.4 es posible conocer el coeficiente Cp para cada uno de los ángulos de ataque y cada número de Re. Una vez se obtiene el valor de Cp es posible por medio de las ecuaciones 2.4 obtener los.

(28) 16. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO. Figura 2.8: Diseño del Perfil N.R.E.L S822 para adquisición de distribución de presiones valores de Cc y Cn figuras 2.6 y2.5 respectivamente, los cuales se usan para el cálculo de Cl por medio de la ecuación 2.4 utilizada para este análisis.. 2.8.2. Método de Momentum. En busca de lograr la medición del arrastre a diferentes velocidades y ángulos de ataque se debe realizar un análisis del cambio en el comportamiento del flujo en el recorrido dentro de la sección de pruebas con el perfil inmerso. La posibilidad de obtener un panorama del arrastre por medio de un método experimental que permitiera conocer los efectos en cada punto de la superficie del perfil fue un primer acercamiento valido pero no completo de éste, pues los efectos de la viscosidad del aire que afectan directamente el comportamiento dentro de la capa lı́mite, entendiendo esto como un cambio en el momentum de las partı́culas que siguen las lineas de corriente que viajan siguiendo una dirección tangencial al perfil dentro de la capa lı́mite [3]; luego estos efectos son la fuente de aporte a la fuerza de oposición al movimiento conocida como el arrastre. El método propuesto [11] busca medir la diferencia en la cabeza de presiones del aire aguas arriba del perfil y a la salida de este; esto con el objetivo de observar un cambio en el perfil de velocidades como en la presión dinámica de cada punto justo después. La figura 2.9 ilustra el perfil inmerso en el fluido el cual se observa en dos instantes, uno inicial justo.

(29) 2.8. MÉTODOS DE CÁLCULO. 17. antes de ser perturbado por el perfil y luego justo después de salir. Este efecto de cambio es la causa principal del fenómeno de arrastre asociado al perfil.. Figura 2.9: Volumen de Control del perfil inmerso en un analisis bidimensional en el método de momentum En la literatura [4] se propone realizar un montaje justo detrás del perfil con tubos pitot que puedan medir la presión dinámica de la estela aguas abajo del perfil como se muestra en la figura 2.9; ası́ mismo el documento [8] propone un montaje mas grande con el fin de tener una claridad en el comportamiento de la cabeza de presiones durante el recorrido del fluido especificando la distancia óptima de medición aguas abajo del perfil de 0,7 veces la cuerda como se observa en el esquema 2.10. La medición se lleva a cabo con tubos de presión de vidrio mencionados anteriormente en la sección 2.3 los cuales conectados a un equipo de adquisición de datos como puede ser el HyScan2000 de 64 entradas utilizado en el estudio del perfil N.A.C.A 63-215, era posible una adquisición directa de la presión dinámica dando por resultado una observación del comportamiento del flujo en el túnel y por consiguiente una buena aproximación en la obtención del coeficiente de arrastre Cd. En este trabajo la adquisición de datos es diferente y será explicada con detalle mas adelante.. Figura 2.10: Montaje propuesto para la caracterización del perfil.

(30) Capı́tulo 3. Definición y especificación del trabajo 3.1. Definición. El trabajo realizado se enfocó principalmente en realizar una caracterización del perfil alar N.R.E.L S822 utilizando herramientas experimentales que permitiera conocer el comportamiento de este con el viento como flujo de inmersión. Se desarrolla este objetivo por dos razones importantes; en primer lugar debido a que es un perfil desconocido por el área de investigación de la Universidad de los Andes y del cual se tienen datos experimentales de fuentes confiables los cuales se convierten en el punto de comparación como base de inicio en la experimentación; y en segundo lugar porque este tipo de investigación aplicada especı́ficamente a caracterizar un perfil alar utilizando el túnel de viento TVIM 49-60-1X1 de flujo cerrado no ha sido realizado al dı́a de hoy en la Universidad. Empero trabajos de este tipo se han realizado en balones de fútbol, parte de este perfil también fue estudiado por el Ingeniero Santiago Falla y en turbinas eólicas de baja potencia por diferentes ingenieros de la Universidad. La aplicación de entender el comportamiento de esta geometrı́a de perfil está enfocada en considerarla apropiada o no para el trabajo directo en un montaje de turbinas eólicas con aspas que tengan dicha geometrı́a; pues la caracterización se realiza simulando un ambiente real en el cual la velocidad relativa del viento esta contenida en bajos números de Reynolds.. 3.2. Especificaciones. La caracterización se realiza basado en un análisis bidimensional en el cual solo a de contemplarse los efectos en sustentación y arrastre (vertical y horizontal respectivamente). Ası́ mismo al ser una caracterización simulando un ambiente real se establecen lı́mites de velocidad del viento entre [6m/s 24m/s] y números de Re correspondiente de [1⇥105 3, 5⇥105 ] y ángulos de ataque [ 6o , 0o , 8o ] como se muestra en la tabla 3.1 con el objetivo de encontrar cual es el que proporciona unos resultados que ayuden a comprender el comportamiento del perfil en estas condiciones observando los efectos en sustentación y arrastre. Es importante tener en cuenta que el calculo del numero de Re se realiza basado en la expresión 3.1 sin embargo como se especifica un número exacto se busca establecer la velocidad del viento despejando de dicha relación la cual se logra manipulando la velocidad 18.

(31) 3.2. ESPECIFICACIONES. 19. de rotación del ventilador del túnel de viento; esto será profundizado en la sección de metodologı́a.. Re =. V1 c v. (3.1). La velocidad V1 es la velocidad del viento en el flujo, c es la dimensión de la cuerda del perfil y v es la viscosidad cinemática para la cual se usa el valor de 2 ⇤ 10 5[m2 /s]. Número de Re. Tabla 3.1: Parámetros de Prueba Rotación Ventilador Velocidad flujo. Ángulos de Ataque. 1 ⇥ 105. 150[rpm]. 7, 33[m/s]. [0o , 6o , 10o ]. 250[rpm]. 13, 33[m/s]. [0o , 6o , 10o ]. 3, 5 ⇥ 105. 450[rpm]. 23, 33[m/s]. [0o , 6o , 10o ]. 2 ⇥ 105. Por medio de la observación del comportamiento a tres diferentes números de Re, a tres ángulos de ataque bien definidos es posible tener un panorama claro de las caracterı́sticas del perfil alar S822, pues este ambiente junto con los numerosos puntos de adquisición de datos, tanto del perfil como en el flujo por la estructura de tubos de presión, se encuentran en un nivel de gran aceptación en una caracterización de este diseño de perfil..

(32) Capı́tulo 4. Metodologı́a del trabajo El método utilizado en este trabajo para poder llevar a cabo la caracterización del perfil alar N.R.E.L S822 se diseño basado en los trabajos anteriormente presentados, pues se sintetizan los objetivos y se trabajan de manera separada utilizando para cada uno un método diferente, tanto de distribución de presiones como el de momentum para el arrastre. El objetivo principal es medir la distribución de presiones alrededor del perfil alar en busca de tener una comprensión del comportamiento del flujo sobre este. Ası́ mismo deberán encontrarse los coeficientes de presión (Cp), de cuerda (Cc)y coeficiente normal (Cn) para hallar el coeficiente de sustentación (Cl) y el de arrastre (Cd), siendo este último hallado por el método de momentum. Ası́ mismo cada uno de estos se analiza a tres diferentes números de Re y tres ángulos de ataque tal como se muestra en el esquema 4.1 en donde los objetivos se dividen en dos partes, la primera de estas es el análisis de flujo libre sin el perfil alar de tal manera que se pueda tener una comprensión del perfil de velocidades lo cual es explicado en detalle en la sección 4.3. En la segunda parte se realiza el montaje del perfil y se realiza la adquisición de datos por medio de los métodos distribución de presiones y momentum para realizar los cálculos de los coeficientes los cuales se presentan en la sección de resultados del presente documento. Donde: PV: Perfil de Velocidades. DP: Distribución de Presiones.. 4.1. Instrumentación y Calibración. Previo al montaje y adquisición de datos es necesario tener conocimiento de la instrumentación a utilizar. Ası́ mismo la calibración de cada instrumento garantiza que los datos sean acordes a valores esperados de las variables a medir, por ello que la calibración sea un item de gran importancia.. 4.1.1. Transductores de Presión. En el desarrollo de este proyecto se utilizan 43 transductores de presión los cuales fueron seleccionados por el Ingeniero Santiago Falla en su tesis de maestrı́a [9]; estos transductores tienen la capacidad de trabajar con un comportamiento lineal hasta ±7inH2O equivalente a una diferencia de presión de 1, 74kP a lo cual es un rango de presiones baja y capaces 20.

(33) 4.1. INSTRUMENTACIÓN Y CALIBRACIÓN. 21. Figura 4.1: Distribución del trabajo de medir con una sensibilidad de 2, 49P a, en la figura 4.2 se observa un transductor en el cual se hace énfasis en las conexiones tanto de alimentación de 10 [V] como la señal de salida.. Figura 4.2: Transductor de Presión En una calibración de un instrumento que mide cierta propiedad de una variable se busca asegurar una referencia para el cual el valor de la variable sea conocida, esto es que en un ambiente controlado conociendo el valor esperado de una variable se pueda fijar un valor de dicha propiedad de la variable del instrumento de medición. En este caso se busca medir un 4P o cambio de presión el cual es un valor que se convierte dada la señal de salida en [mV ], pues el transductor recibe una señal mecánica en diferencia de presión y.

(34) 22. CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO. efectúa una señal de salida eléctrica ya sea en [V] o en [mV]. En la calibración de estos transductores se realizó el montaje mostrado en las figura 4.3 en donde se buscó realizar una conexión tanto de la entrada como de la salida de cada uno de los transductores. La señal de entrada definida como un cambio de presión se diseño haciendo uso de un manómetro inclinado con capacidad de medición entre 0 1[inH2O] con una resolución de 0, 01[inH20]; de este manómetro se conectaba una manguera que se unı́a por medio de una unión tipo T por un lado a una jeringa y por otro lado a la entrada A del transductor de presión en calibración. Ası́ mismo la otra entrada B del transductor era abierta a presión atmosférica por lo que el cambio de presión se describe como se ilustra en la expresión 4.1 en donde la señal de salida ”x” de voltaje es el equivalente de la diferencia de presiones entre la Patm y P manométrica. Las gráficas asociadas a las calibraciones de los transductores de presión se muestran con mayor detalle en el apéndice E.. 4 P = Pm. P atm[inH2O] = x[mV ]. (4.1). Pm: presión Manométrica Patm: Presión Atmosférica La señal de salida es registrada por medio del uso de una tarjeta de adquisición de datos disponible en el laboratorio de fluidos de la facultad de Ingenierı́a Mecánica. El programa de adquisición de datos usado fue Labview en el cual se diseña un entorno que reciba la señal permitiendo observar su comportamiento dinámico en el tiempo (en tiempo real) y se pueda almacenar para un futuro análisis como se muestra en la figura 4.4.. Figura 4.3: Montaje de calibración de cada transductor.

(35) 4.1. INSTRUMENTACIÓN Y CALIBRACIÓN. 23. Figura 4.4: Adquisición de datos en Labview. El procedimiento se inicia realizando un circuito eléctrico donde se alimente el transductor con 10V para el cuál se usa una fuente de voltaje variable del departamento de Ingenierı́a Eléctrica; ası́ mismo basado en las especificaciones del transductor se realiza la conexión a la tarjeta de adquisición para recibir la señal de voltaje asociada a la diferencia de presión de entrada de este. La entrada entendida como la diferencia de presión es una conexión por un extremo del transductor a una presión manométrica conocida y por otro lado a presión atmosférica. La conexión de la presión manométrica se realiza como se explicaba anteriormente aplicando una presión P con la jeringa la cual se registra en el manómetro y se relaciona con la señal de salida en [mV], esta conexión se observa de una manera más clara en el esquema 4.5. En la calibración se realizaron 8 mediciones por cada transductor desde 0, 1[inH2O] hasta 0, 8[inH2O] de 60s cada presión registrando los valores asociados en [mV] como valor promedio de voltaje en cada intervalo de tiempo. Como parte importante del proyecto se utiliza un montaje de transductores diseñado por Falla [9] el cual se observa en la figura 4.6 donde cada transductor se encuentra conectado tanto con las mangueras de presión como señal de entrada, ası́ como los cables que llevan la señal de salida a los canales de la tarjeta de adquisición. Este montaje se utiliza en las mediciones tanto de flujo libre como perturbado, siendo indispensable en la adquisición de datos, siendo ubicado justo debajo de la sección de pruebas como se muestra en las secciones 4.3 y 4.4.. 4.1.2. Medición con VAISALA. El VAISALA es un instrumento de medición muy preciso el cual tiene la capacidad de realizar mediciones de tres variables como son la presión, temperatura y humedad relativa. Debido a su corto tiempo de operación en la universidad la calibración se mantiene en.

(36) 24. CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO. Figura 4.5: Esquema de calibración de cada transductor vigencia por lo cual no hubo la necesidad de enviarlo por calibración 1 .. Re =. ⇢V1 c V1 c = µ v. (4.2). El uso de este instrumento fue fundamental en cada una de las mediciones debido a que se debı́a establecer el valor de la velocidad del viento garantizando el valor más cercano a los establecidos en la especificaciones de trabajo; pues la temperatura y la humedad son variables necesarias para el cálculo de la densidad como se observa en el apéndice D; luego eran valores usados en el cálculo del numero de Re como se observa en la ecuación 4.2.. 4.2. Estructura Pitots. En busca de realizar la medición de arrastre completa se escoge el método de momentum como se mencionaba anteriormente, el cual basados en los efectos del perfil de velocidades del flujo tanto aguas arriba del perfil como aguas abajo, se puede establecer una relación que permite establecer los valores de arrastre para cada número de Re establecida ası́ como para cada ángulo de ataque de posicionamiento del perfil. La medición del perfil de velocidades se realiza por medio de una estructura que soporta los 43 tubos de vidrio de presión redireccionandolos por medio de mangueras a cada uno de los transductores. Esta estructura se diseña teniendo en cuenta los siguientes criterios: • Diseño de espesor mı́nimo capaz de no interrumpir en el flujo del sistema. 1. Este instrumento no se calibra en Colombia, las calibraciones se realizan por el mismo fabricante en el paı́s de su manufactura.

(37) 4.2. ESTRUCTURA PITOTS. 25. Figura 4.6: Montaje de los 43 transductores en grupos • Resistente a las fuerzas a las cuales ha de someterse en cada una de las velocidades del flujo en el túnel. El diseño del soporte se realiza con una estructura de madera MDF con una geometrı́a triangular en la cual dos vértices quedan alineados verticalmente siendo la cara donde se realizan los 43 agujeros por donde se introducirán los tubos de vidrio de presión como se observa en la figura 4.14; esta estructura se diseña con la geometrı́a mostrada debido a que los vértices no perforados son base para direccionar y soportar las mangueras de conexión de presión a los transductores. Ası́ mismo esta estructura tiene un espesor de 1/2in lo que la hace lo suficientemente delgada para no perturbar el flujo de prueba el cuál tiene 1[m] de ancho. El triangulo sale de un solo corte sobre una lámina de MDF haciendo uso de una sierra de transporte, logrando una pieza sin uniones que puedan convertirse en concentradores de esfuerzos por donde pudiera fracturarse el material; los agujeros de 3[mm] de diámetro se realizan haciendo uso de un taladro horizontal en el cuál se fijan las dimensiones garantizando un alineamiento de estos, ası́ mismo los agujeros se diseñan como se ilustra en la figura 4.7 los cuales se organizan de manera no uniforme sobre la cara de confrontación al flujo ya que en busca de medir el cambio del perfil de velocidades aguas abajo del perfil alar se prefiere realizar 23 agujeros espaciados a 5[mm] entre centros, pues es donde se espera el mayor cambio del comportamiento del flujo, es decir en la sección de la estela, y para ello se necesita una resolución mayor en la medición. Para la sección fuera de la estela arriba y abajo se instalan 20 tubos espaciados a 15[mm] entre centros. Todos los resultados del montaje se muestran con detalle en la sección de resultados. En relación a la resistencia se diseña un soporte que tiene el objetivo de dar rigidez y robustez al sistema de medición; para ello se utilizan los siguientes items:.

(38) 26. CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO. Figura 4.7: Estructura de medición del flujo ensamblada en la sección de pruebas del túnel • Varilla de 1/4[in] • 2 Soportes de Acero (Soporte 2- figura4.7 150 ⇥ 150[mm]por3/8[in] de espesor. • 2 Soportes de unión al triangulo (Soporte 1- figura4.7 2 ⇥ 1[in]por1/8[in] de espesor. • 4 juegos de perno-arandela-tuerca de 1/4[in] para el soporte con la base del túnel. • 4 juegos de perno-arandela-tuerca de 1/8[in] para el ensamble con el soporte triangular. El ensamble se observa en las figuras 4.7 y 4.8 donde se realizan las uniones tanto con el soporte triangular como con la base en la zona de pruebas del túnel de viento. Este ensamble garantiza un soporte firme de la estructura siendo la unión necesaria para la medición de los 43 puntos del flujo de manera vertical para observar el perfil de velocidades de este. Ası́ mismo en el apéndice () se adjuntan los planos de diseño y ensamble del sistema de medición con los tubos de presión.. Figura 4.8: Estela formada aguas abajo del perfil donde el flujo esta perturbado.

(39) 4.3. FLUJO LIBRE. 4.3. 27. Flujo Libre. Como se mencionaba anteriormente el flujo libre es la primera parte del estudio en la caracterización debido a la necesidad de entender el comportamiento del flujo aguas arriba como aguas abajo del perfil alar. El análisis del flujo libre o flujo no perturbado se realiza sin el perfil alar garantizando que en toda la sección de prueba se tengan las caracterı́sticas de un flujo aguas arriba del perfil; para ello se utiliza la estructura de tubos de presión los cuales muestran un panorama del perfil de velocidades a diferentes números de reynolds (Re) como se muestra en la sección de resultados 5.1.. Figura 4.9: Lámina base para la estructura del soporte triangular. Figura 4.10: Ensamble en la sección de pruebas sin tubos de presión En primer lugar se realiza el montaje de la estructura de tubos de presión en la sección de pruebas del túnel de viento como se muestra en la figura 4.10 seguido a esto se realizó.

(40) 28. CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO. Figura 4.11: Soporte fijo asegurando que se encuentre nivelado.. Figura 4.12: Soporte inferior a la sección de pruebas el montaje de cada sección de tubos de presión total (H) con su manguera de conexión que recorre la estructura hasta los transductores quienes se encuentran instalados en la parte inferior externa de la zona de pruebas. Allı́ cada manguera se numera y se conecta a la entrada 1 de cada transductor de presión ası́ como la conexión eléctrica tanto de alimentación de cada transductor como la conexión de cada uno a un canal de entrada diferente en las tarjetas de adquisición de datos 2 disponibles en la universidad. La entrada 2 del transductor lleva una conexión por medio de una manguera aguas arriba en dirección perpendicular al flujo con el objetivo de medir la presión estática y asegurar que cada transductor este realizando la medición basado en una diferencia de presiones total 2. Tarjetas de adquisición de datos National Instruments con 4 entradas cada una..

(41) 4.3. FLUJO LIBRE. 29. Figura 4.13: Distribución de la señal de presiones y eléctricas en el montaje de flujo libre. Figura 4.14: Primeras dos etapas de medición. menos estática dentro del flujo libre (H - p), es decir midiendo la presión dinámica de cada punto del espacio. Este montaje se muestra en la figura 4.13, allı́ se observa el ensamble.

(42) 30. CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO. Figura 4.15: Tercera y Cuarta etapas de medición. de la estructura de tubos de presión, las mangueras de unión con los transductores de presión instalados en el montaje de transductores, las mangueras de unión aguas arriba perpendiculares al flujo y la conexión de los transductores a la tarjeta de adquisición comunicada con el computador. Por otro lado en las imágenes 4.9, 4.10, 4.11 y 4.12, se observan los pasos de construcción y montaje de la estructura de tubos de presión utilizada en el proyecto. Debido a la limitación de 12 canales de entrada Las mediciones se realizaron en grupos de tal manera que se midiera la presión total en cada uno de los 43 puntos tal como se muestran en la serie de etapas de adquisición de datos en las figuras 4.14 y 4.15. A su vez se observa que cada uno de los tubos de presión de vidrio están conectados por medio de mangueras de 3[mm] de diámetro interno hacia los transductores sujetadas a la estructura de madera evidenciando las distancias entre centros cuando se mide en la sección de la estela ası́ como fuera de esta. La adquisición de datos se realiza teniendo en cuenta las limitaciones mencionadas anteriormente y se lleva a cabo del cálculo de la velocidad para el cuál el Re se establecı́a en cada caso, por ejemplo para Re = 1 ⇤ 105 se calcula una V = 7, 33[m/s], con esto y usando la caracterización del túnel de viento en relación a la velocidad en rpm del ventilador se procede a establecer la velocidad de flujo. Una vez establecida esta velocidad se realiza la adquisición de datos por medio del programa de labView para el cual la señal es registrada y almacenada para su posterior análisis; la adquisición de datos para cada número de Re se realiza variando las etapas de posición en la estructura de tubos de presión como se menciona anteriormente con el objetivo de obtener los datos de cada uno de los 43 puntos verticales para un posterior análisis además de la visualización del perfil de velocidades utilizando la ecuación 2.11 dentro de la zona de pruebas al interior del túnel de viento. Se espera obtener un valor de velocidades constante debido a que el diseño de la sección de pruebas del túnel de viento se realizó buscando un flujo lo más uniforme posible al interior de este y el resultado de este proceso se muestra en la sección 5.1 donde se observa el perfil.

(43) 4.4. FLUJO PERTURBADO. 31. de velocidades para cada condición simulada.. 4.4. Flujo Perturbado. El proceso para hallar tanto la distribución de presiones alrededor del perfil alar en diferentes condiciones, ası́ como el cambio de momentum visto en el cambio del perfil de velocidades se lleva a cabo en la condición de flujo perturbado. Como se explicaba en la sección introductoria, el flujo perturbado se genera cuando las lineas de corriente comienzan a tener un cambio en su cantidad de movimiento o momentum en donde las partı́culas tienden a sentir fuerzas y presiones en diversas direcciones dando como resultado un fenómeno aerodinámico dependiendo del objeto inmerso, que en este caso es el perfil alar S822. El proceso de flujo perturbado se lleva a cabo comenzando por el montaje del perfil a estudiar, las figuras 4.16, 4.17 y 4.18 muestran en detalle el montaje durante este proceso en el cual el perfil tiene un grado de libertad (rotación) permitiendo un ajuste del ángulo de ataque al que se quiere estudiar. Es posible observar que el montaje se organiza en dos zonas alrededor de la sección de pruebas con el objetivo de garantizar un ensamble correcto del perfil al túnel de viento; la zona A tiene como caracterı́stica el punto de visualización del perfil además de su sujeción a la sección de pruebas; la zona B tiene como objetivo la sujeción del perfil por ese lado a la sección de pruebas y ambas zonas tienen guı́as de posicionamiento del perfil para colocarlo en el ángulo de ataque que se desee estudiar. Ası́ mismo en la figura 4.19 se observa el montaje tanto del perfil como de la estructura de tubos de presión el cual es el montaje completo necesario para la medición del perfil de velocidades en el flujo perturbado y será la base para el calculo del arrastre completo representado por Cp.. Figura 4.16: Sección de pruebas en el túnel de viento Es necesario hacer especial énfasis en que dependiendo de las conexiones de las mangueras a los transductores de presión se pueden encontrar cambios de presión de dos tipos:.