INFORME DE LABORATORIO

ANALISIS DE PERFILES AERODINAMICOS

NACA 2412 Y 2215

EN TUNEL DE VIENTO

JENNY ESPERANZA MENDOZA

JOHN JAIME DURAN

JHON GILBERT DIAZ

EDWIN ALONSO ARCILA

EDUARD ORLANDO GONZALEZ

LUIS MIGUEL CASTAÑO

FUNDACION UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA AERONAUTICA

BOGOTA D.C.

2012

INFORME DE LABORATORIO

ANALISIS DE PERFILES AERODINAMICOS

NACA 2412 Y 2215

EN TUNEL DE VIENTO

JENNY ESPERANZA MENDOZA, Cod: 201011012604

JOHN JAIME DURAN, Cod: 201011038604

JHON GILBERT DIAZ, Cod: 201011030604

EDWIN ALONSO ARCILA, Cod: 201011025604

EDUARD ORLANDO GONZALEZ, Cod: 201011035604

LUIS MIGUEL CASTAÑO, Cod: 201011014604

Presentado al profesor: Julio Enoc Parra

Docente de la asignatura Aerodinámica aplicada

FUNDACION UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA AERONAUTICA

BOGOTA D.C.

Septiembre de 2012

INFORME DE LABORATORIO

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVOS GENERALES:

Realizar el análisis de un perfil aerodinámico en túnel de viento y lograr comprender el comportamiento del flujo de aire y el comportamiento de sus presiones.

Calcular presiones sobre los perfiles.

Calcular la sustentación aproximada de los perfiles a cero grados (@ ∞0 grados) con datos experimentales tomados en túnel de viento.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Simulación física de flujos turbulentos y procesos de dispersión de contaminantes en la capa atmosférica superficial.

Identificar cambios en presión total, estática y dinámica.

Observar los comportamientos de la capa limite, formación de vórtices, inestabilidades de flujo y distribución de presiones.

Caracterizar y cuantificar el comportamiento de dos perfiles en un flujo de aire controlado.

Medir variables y confirmar que las condiciones de flujo coincidan con las del perfil en su condición de operación real.

Simular entrada en perdida de un perfil.

2. MARCO TEORICO

2.1 Perfiles Alares

Un perfil alar es una sección del ala de un avión. En el estudio de los perfiles se ignora la configuración en proyección horizontal del ala, como así también los efectos de extremo del ala, flecha, alabeo y otras características de diseño. 2.1.1 Terminología 

1-   La línea de cuerda es una línea recta que une el borde de ataque y el borde de fuga del perfil.

2-   La cuerda es la longitud de la línea anterior. Todas las dimensiones de los perfiles se miden en términos de la cuerda.

3-   La línea de curvatura media es la línea media entre el extradós y el intradós.

4-   Curvatura máxima es la distancia máxima entre la línea de curvatura media y la línea de cuerda. La posición de la curvatura máxima es importante en la determinación de las características aerodinámicas de un perfil.

5-   Espesor máximo es la distancia máxima entre la superficie superior e inferior (extradós e intradós). La localización del espesor máximo también es importante.

6-   Radio del borde de ataque es una medida del afilamiento del borde de ataque. Puede variar desde 0, para perfiles supersónicos afilados, hasta un 2 por 100 (de la cuerda) para perfiles más bien achatados.

2.2 Túnel de viento

Un túnel de viento es una herramienta experimental para estudiar los efectos del flujo de aire sobre objetos o cuerpos sólidos. El principio de funcionamiento se basa en que el fluido (aire) es soplado o aspirado a través de un ducto equipado con una sección de ensayos, donde se colocan modelos de distintas geometrías para su estudio. Hay varias técnicas para medir las variables importantes que describen la interacción entre el flujo de aire y el modelo. Las variables más comunes son velocidad, presión, fuerzas de arrastre y sustentación.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

3.1 Lista de materiales usada para el desarrollo del laboratorio:

- Bata blanca

- Tubo pitot

- Listón con hilos de colores de 12cm de largo

- Cinta de enmascarar

- Bisturí

- Tijeras

- Hoja de papel milimetrado

- Hoja para tomar datos

- Termómetro

- Barómetro

- Flexometro

3.2 Procedimientos experimentales para perfil NACA 2412

Para el desarrollo de la práctica de laboratorio correspondiente a analizar el comportamiento del flujo de aire sobre el perfil de tipo NACA 2412 se identifican la siguiente serie de sucesos:

- Se procede a conocer el túnel de viento, sus partes, características y datos técnicos generales, este túnel de viento Modelo 402 de la compañía Engineering Laboratory Design, de tipo circuito abierto de 12”, propiedad del Centro de Estudios Aeronáuticos CEA de la UAEAC.

- A continuación se anexa una grafica correspondiente al túnel de viento.

- Se procede a instalar en la sección de pruebas del túnel de viento un perfil del tipo NACA 2412 con una cuerda de 24cm=0.24m y un ancho que llamaremos “d”, donde d=30cm=0.30m.

- Se anexa un plano cuadriculado el cual muestra el perfil NACA 2412.

- Se anexa foto del perfil en prueba dentro de la sección de prueba del túnel de viento.

- Se toman los valores de presión atmosférica y temperatura ambiente:

TEMP: 18°C /// PRESION: 22inchHg

- Se enciende el túnel de viento, el cual se ajusta a una frecuencia de 29.1Hz en su motor eléctrico con el propósito de establecer una velocidad que estabilizara el flujo de aire sobre el perfil, para ello la sección de pruebas cuenta con un tubo pitot el cual se ubica tanto hacia la parte delantera como trasera del perfil para obtener un dato que es medido por medio de un barómetro de agua.

- Se observa que al mover el tubo pitot sobre el perfil ingresa el flujo de aire del túnel de viento y este nos generara una presión de aire a través del tubo pitot el cual está conectado por una manguera a la parte derecha del barómetro, la cual empuja el fluido hacia abajo. A esta presión la llamaremos presión total Pt.

- La parte izquierda del barómetro de agua está conectada directamente a la entrada de la sección de prueba del túnel de viento, esta toma la presión en este punto que corresponde a la presión atmosférica ambiente, la llamaremos Pst.

- Se anexa foto del barómetro de agua.

- Al mover el tubo pitot sobre el perfil se logra que haya una diferencia de alturas en el barómetro de agua que sea constante, tanto en el momento que el tubo pitot este en la parte delantera como trasera del perfil. A esta diferencia de alturas que hay en el fluido a causa de las presiones Pt y Pst la llamaremos presión dinámica q∞. también podemos llamar a

esta diferencia de alturas del fluido dentro del barómetro de agua como ∆h. Este valor equivale a 18mm.

- Para lograr ver el comportamiento de las líneas de flujo sobre el perfil se usa un listón de 12cm de largo, el cual cuenta con hilos de colores en la punta.

- Se ingresa el listón a la sección de pruebas del túnel de viento y se empieza a acercar al perfil aerodinámico, el cual se encuentra a cero grados de ángulo de ataque.

- A medida que se acerca el listón se ve con los hilos cómo se comportan las líneas de flujo de aire sobre la capa limite del perfil (extradós), en esta (un 20% de la cuerda del perfil) comprobamos visualmente como se genera una succión dada la baja presión y la alta velocidad, a medida que se mueve el listón hacia atrás del perfil esta succión va disminuyendo hasta el punto que a un 80% aproximadamente de los extradós del perfil se empieza a generar turbulencia, está dada por el desorden que se ve en el movimiento de los hilos del listón.

- Al llevar el listón hacia los extremos del perfil en el borde de salida se puede ver el comportamiento de los hilos generando un movimiento circular en desorden evidenciando los llamados vórtices.

- Al ir incrementando el ángulo de ataque del perfil se puede observar con ayuda de los hilos del listón que en la zona del extradós a un 20% se va incrementado la velocidad y disminuyendo la presión, creando más succión, esta por las líneas de flujo que se ven sobre los hilos.

- Al llevar el ángulo de ataque del perfil hasta un punto aproximadamente de 60 grados de ángulo ya se puede ver un comportamiento de las líneas de flujo en el cual se pierde la succión sobre el extradós y se crea una turbulencia, la cual es explicada como el efecto de pérdida de sustentación sobre el perfil.

- Estas mismas experiencias se pueden apreciar visualmente al usar la cámara generadora de humo del túnel de viento y la luz tipo strober, las cuales muestran los mismos comportamientos de las líneas de flujo como se veía con los hilos del listón.

3.3 Procedimientos experimentales para perfil NACA 2215

Para el desarrollo de la práctica de laboratorio correspondiente a analizar el comportamiento del flujo de aire sobre el perfil de tipo NACA 2215 se identifican la siguiente serie de sucesos:

- Se procede a instalar en la sección de pruebas del túnel de viento antes descrito un perfil del tipo NACA 22215 con una cuerda de 10cm=0.10m y un ancho que llamaremos “d”, donde d=24cm=0.24m.

- Se anexa un plano cuadriculado el cual muestra el perfil NACA 2215.

- Se anexa foto del perfil en prueba dentro de la sección de prueba del túnel de viento.

- Se toman los valores de presión atmosférica y temperatura ambiente:

TEMP: 18°C /// PRESION: 22inchHg

- Se enciende el túnel de viento, el cual se ajusta a una frecuencia de 29.1Hz en su motor eléctrico con el propósito de establecer una velocidad que estabilizara el flujo de aire sobre el perfil, para ello la sección de pruebas cuenta con un tubo pitot el cual se ubica tanto hacia la parte delantera como trasera del perfil para obtener un dato que es medido por medio de un barómetro de agua.

- Se observa que al mover el tubo pitot sobre el perfil ingresa el flujo de aire del túnel de viento y este nos generara una presión de aire a través del tubo pitot el cual está conectado por una manguera a la parte derecha del barómetro, la cual empuja el fluido hacia abajo. A esta presión la llamaremos presión total Pt.

- La parte izquierda del barómetro de agua está conectada directamente a la entrada de la sección de prueba del túnel de viento, esta toma la presión en este punto que corresponde a la presión atmosférica ambiente, la llamaremos Pst.

- Se anexa foto del barómetro de agua.

Al mover el tubo pitot sobre el perfil se logra que haya una diferencia de alturas en el barómetro de agua que sea constante, tanto en el momento que el tubo pitot este en la parte delantera como trasera del perfil. A esta diferencia de alturas que hay en el fluido a causa de las presiones Pt y Pst la llamaremos presión dinámica q∞. También podemos llamar a esta

diferencia de alturas del fluido dentro del barómetro de agua como ∆h. Este valor equivale a XXmm.?

4. MEDIDAS PATRON PARA CALCULOS

4.1 Medidas patrón para cálculos de perfil NACA 2412

Los siguientes son los datos obtenidos durante la experiencia en el túnel de viento:

a. Cuerda aerodinámica perfil NACA 2412: 24cm = 0.24m

b. Presión atmosférica ambiente: 22.00 inch-Hg = 74500 Kg*m/s

c. Temperatura ambiente: 18*C = 291.15K

d. Constante para los gases perfectos: R=287 J/Kg*K

e. Gravedad: 9.8 m/s2

f. Presión dinámica ∆h o q∞ (medida en barómetro de agua como la presión hidrostática): 18mm = 0.018m

g. Densidad del agua: ρ= 1000Kg/m3

h. Angulo de ataque del perfil: α=0 grados

4.2 Medidas patrón para cálculos de perfil NACA 2215

Los siguientes son los datos obtenidos durante la experiencia en el túnel de viento:

a. Cuerda aerodinámica perfil NACA 2215: 10cm = 0.10m

b. Presión atmosférica ambiente: 22.00 inch-Hg = 74500 Kg*m/s

c. Temperatura ambiente: 18*C = 291.15K

d. Constante para los gases perfectos: R=287 J/Kg*K

e. Gravedad: 9.8 m/s2

f. Presión dinámica ∆h o q∞ (medida en barómetro de agua como la presión hidrostática): XXmm = 0.0XXm???????????

g. Densidad del agua: ρ= 1000Kg/m3

h. Angulo de ataque del perfil: α=0 grados

5. RESULTADOS

El objeto de esta sección es establecer los cálculos que llevan a obtener los siguientes datos para los perfiles NACA 2412 y NACA 2215, estos son basados en la experiencia obtenida en el túnel de viento y los cuales van a ser ordenados en una tabla:

- Estaciones del perfil

- Cuerda dividida en diez partes

- Espesor de extradós en cada estación i: tԑi (extr)

- Espesor de intradós en cada estación i: tԑi (intr)

- Velocidad de entrada: V1

- Velocidad de extradós en cada estación i: Vi (extr)

- Velocidad de intradós en cada estación i: Vi (intr)

- Diferencia de velocidad de extradós en cada estación i: ∆Vi (extr)

- Diferencia de velocidad de intradós en cada estación i: ∆Vi (intr)

- Presión dinámica de extradós en cada estación i: q∞i (extr)

- Presión dinámica de extradós en cada estación i: q∞i (intr)

- Presión neta: PN

- Lift total: LT

- Lift real: LREAL

5.1 CALCULOS

5.1.1 Cálculos para el perfil NACA 2412

5.1.2 Cálculos para el perfil NACA 2215

5.2 TABLA DE CALCULOS

5.2.1 Tabla de cálculos para el perfil NACA 2412

5.2. Tabla de cálculos para el perfil NACA 2215

6. ANALISIS DE RESULTADOS

7. CONCLUSIONES

Respecto de las conclusiones podemos señalar lo siguiente:

Al observar nuestra tabla de resultados pudimos concluir que al variar el

Otra conclusión que extrajimos de la experiencia fue que al variar el directamente proporcional.

Es imprescindible un buen manejo del instrumental para realizar las mediciones , de esta forma el margen de error en los resultados es cada vez menor

8. BIBLIOGRAFÍA