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CÁLCULO Y SIMULACIÓN DE LA RESISTENCIA AERODINÁMICA DEL AIRE

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Jose R.

on 25 November 2014

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Transcript of CÁLCULO Y SIMULACIÓN DE LA RESISTENCIA AERODINÁMICA DEL AIRE

Introduccíon
En este trabajo se realizan estudios de las resistencias aerodinámicas del aire sobre tres modelos de automóviles deportivos, con geometrías diferenciadas y características para el tipo de auto que representan.
Pregunta de Investigación
¿Qué nivel de impacto tiene la configuración geométrica de un auto que se mueve en un fluido como el aire en la fuerza de resistencia aerodinámica y las pérdidas de energía que genera?
Capitulo 1: FUNDAMENTO CONCEPTUAL DE DINÁMICA DE FLUIDOS Y VECTORES DE VELOCIDAD DE UN FLUIDO SOBRE UN OBJETO SÓLIDO
Capitulo 2: DETERMINAR EL MODELO MATEMÁTICO Y LOS PARÁMETROS PARA LA SIMULACIÓN DE LOS 3 MODELOS DE AUTOS
Los autos escogidos son:
Conclusión
CÁLCULO Y SIMULACIÓN DE LA RESISTENCIA AERODINÁMICA EN TRES MODELOS DE AUTOS DEPORTIVOS
•Diferencias finitas: La sumatoria algebraica de los efectos de cada nodo.
• Resistencia aerodinámica: Fuerza que se opone al avance de un cuerpo a través del aire.
• Pérdidas: Es cuando la energía se transforma a otras formas que no ayudan al movimiento del mismo.
• Estabilidad aerodinámica: Estudia los movimientos naturales del auto alrededor de su centro de gravedad.
En este capitulo también se vieron distintos principios
-El Principio de Pascal
-Los Fluidos dinámicos
-Flujo de Fluidos
-Análisis de fuerza
-Coeficiente del Cx
En este capítulo se integran las fórmulas de las leyes aplicables para construir un modelo matemático
1-Monoplaza fabricando por Red Bull Racing
2-Mercedes Benz C63 AMG
3-Holden Commodore VF
CAPÍTULO 3: DESEMPEÑO DE LOS TRES AUTOS COMPARATIVAMENTE, EN CUATRO CIRCUITOS FAMOSOS DE LA FÓRMULA 1
Se encontró que el modelo que se implementó permite realizar el análisis comparativo de los tres modelos
Al hacer los cortes y los modelos matemáticos para el cálculo de estas fórmulas, por eso fue posible encontrar una expresión simple y básica sobre la cual simular las pérdidas aerodinámicas.
El modelamiento fue relativamente fácil aunque dispendioso, tocó la geometría en curvas de nivel y luego se rompió en nodos para hacer los elementos finitos.
Fue de alta complejidad el trazado de las tangente y normal y la lectura de los ángulos por se desarrolló en el papel milimetrado para lograr la mayor exactitud posible.
Los cálculos de estas fórmulas se realizaron sobre la hoja de cálculos en MS Excel, la cual facilitó mucho el modelamiento,

Modelo de cálculo
La definición de trabajo:
Si esta fuerza es la Fuerza Aerodinámica, se tiene que :
Como la superficie tiene distintas orientaciones, se tiene en cuenta el ángulo relativo entre las dos y la fórmula se modifica:
Integrando todas las fórmulas se puede calcular la pérdida de energía por efecto aerodinámico por unidad de longitud:
Esta fórmula es la que se utiliza en cada elemento finito
La medida o el factor que se relaciona con la geometría y la rugosidad de las superficies del auto es el coeficiente aerodinámico o coeficiente de penetración o arrastre. este valor se relaciona con el patrón de flujo para flujo turbulento desarrollado.
Modelo de diagrama de fuerza de resistencia aerodinámica sobre un vehículo
• El viento aparente FE, que es la corriente que se genera en contra del movimiento vehículo.

• Corriente de viento aplicada FD, es una corriente que se está aplicando con un ángulo phi (φ).

• Viento Real FR, es la corriente resultante de la suma de los dos vectores de las dos corrientes de viento aplicadas sobre el vehículo, obteniendo así un vector de una corriente de viento real a un ángulo gamma (y).

Se escogen 5 cortes de los diferentes automóviles elegidos.
Estos cortes o curvas de nivel se toman como una especie de cinturón de un ancho determinado de 20 cm de altura.
En este “cinturón” se escogen unos puntos cada 10 cm, que se denominarán nodos.
A esta unidad se le considera un elemento finito donde la fuerza funciona constante. Se calcula entonces la carga pérdida por cada uno de estos elementos finitos y luego se suman los aportes de todos los elementos finitos de una curva de nivel.

Paso 1: disminuir la geometría del auto en curvas de nivel:
Pudimos ver el Monoplaza echo en papel milimetrado
2. Determinación de ángulos relativos de la superficie de nivel los nodos elegidos.
3-Cálculo de la velocidad relativa
Para tal efecto se usan las fórmulas vectoriales (Wilson, Buffa, & Lou, 2007):
Y velocidad relativa
4. cálculo de la pérdida de energía por unidad para cada nodo:
Usando la ecuación No 16 en el nodo 1 de la primera curva de nivel del auto 1
Nodo 1:
Cálculo de área:

1 er Calculo

2do Calculo
3er Calculo
*Se encontró que la forma tiene un importante efecto siendo la del monoplaza de mucha menor carga que los otros dos.

*Respecto al comportamiento con velocidades se evidencia que es más importante a mayores velocidades.
*Además se hace evidente el desarrollo del perfil cuadrático de perdidas respecto a la velocidad

*Respecto al desempeño en carreras se ve que en las más rápidas es más es más grande la diferencia, las más curvas el efecto es menos

Respecto a los objetivos
Calculo1: Respecto al cálculo No1 se Consultó el marco conceptual y teórico relacionado con el problema físico del desempeño aerodinámico, fue posible identificar unas leyes aplicables al problema de la resistencia aerodinámica, por lo que se logró este objetivo.
Calculo 2: Respecto al cálculo No2 se Determinó el modelo matemático y los parámetros para la simulación de los 3 modelos de autos. Fue posible integrar los modelos y generar un modelo teórico. De la misma manera se pudo idear un sistema para seccionar los autos a través de curvas de nivel y nodos de diferencias finitas.
Calculo 3: Respecto al objetivo se va Implementar y evaluar la simulación aerodinámica de 3 modelos de autos y determinar el impacto de la forma en su desempeño, se pudo implementar el cálculo para los tres autos de manera comparativa, se pudo modelar a diferentes velocidades y se puo modelar en cuatro contexto de pista de carrera.
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