analisis aerodinamico un vehiculo honda civic con y sin faldon delantero y aleron trasero

Artículo Científico / Scientific Paper

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO AERODINAMICO DE UN VEHICULO HONDA CIVIC V Gerardo Ivan Benavidez Mendez1, Fredy chalco criollo2

Resumen

Abstract

El proyecto trata básicamente sobre los conceptos del diseño aplicados en los automóviles, es decir el estudio aerodinámico del automóvil, rescatando la importancia que tiene hacer este tipo de estudios para comprobar o probar el resultado que se quiere obtener.

The project is basically about the concepts of Design Applied in cars , is say Aerodynamic Study of the car, Rescuing the importance of making esta type of studies to verify or asset test the result m Get What You Want .

Se analizara un automóvil al que se le implementaran accesorios como un alerón, faldones delanteros y se estudiara las consecuencias que tienen dichas implementaciones en un automóvil normal de calle, comprobaremos que para utilizar este tipo de trabajos no solo hay que tener en cuenta la estética o el gusto si no por el contrario debe conllevar un estudio pertinente y buen asesoramiento, ya que el comportamiento del automóvil cambia en diferentes situaciones como será explicado durante el desarrollo de mencionado analais. El análisis mencionado anteriormente se lo realizara mediante dos software SOLID WORKS, ANSYS el primero será para dibujar el diseño del automóvil que se quiere analizar y el segundo hará el respectivo análisis a diferentes parámetros y situaciones, velocidades (40m/s) donde se obtendrán resultados reales y se harán sus respectivas comparaciones sin accesorios y con accesorios nombrados anteriormente.

That UN car to be implemented spoiler accessories like a , FRONT skirts and Consequences Having these implementations des normal street car be studied will be analyzed , check To use this type of work does not just have to have the aesthetics Account o The Gusto If instead should not lead Pertinente UN Study and good advice , and automotive That Change Behavior in Different Situations How will Explained During Development analais mentioned. The above mentioned analysis would undertake By two SOLID WORKS, ANSYS software will first para Draw the automotive design Want To Be · analyze and El Segundo Will the respective Analysis of Different Parameters and Situations, SPEED (40m / s ) Where are obtained actual results and comparisons Accessories tHEIR respective sin is Haran and accessories listed above .

Palabras Clave: Vehículo, análisis, aerodinámica, Keywords: Vehicle, analysis, aerodynamic spoiler, skirts, software. alerón, faldones, software.

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Estudiante postulado a obtener el título de ingeniero mecánico automotriz de la universidad politécnica salesiana cuenca, ecuador.

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Artículo Científico / Scientific Paper

1. Introducción La aerodinámica un vehículo se ve envuelto en una serie de cambios a su vez en la mayoría por que son más atractivos y llamativos estéticamente dejando a un lado su verdadero propósito, ya que una mala utilización de estos accesorios puede ocasionar esfuerzos innecesarios al automóvil en casos ocasionando daños en las zonas que se los implementan ya que la aplicación de elementos aerodinámicos por parte de los usuarios pueden afectar al rendimiento del vehículo como se lo dijo anteriormente. El análisis aerodinámico de un vehículo se ha venido haciendo a través de la historia y hasta la actualidad utilizando el tradicional túnel de viento y las técnicas de ensayo en ruta que es lo que se va a simular mediante el software ANSYS.

2. Materiales y métodos Para la realización de este estudio se utilizó los siguientes materiales 2.1. Materiales: a. Material didáctico:  Planos  Datos técnicos. b. Materiales Requeridos  Software Solid Works 2012  Software Ansys Inc. 2014 2.2. Procedimiento para realizar el estudio propuesto Antes de empezar con el análisis en el software vamos a realizar unos cálculos que hay que tener en cuenta para dar los diferentes parámetros se ingresan en el programa

Parámetros y conceptos a tener en cuenta: Aerodinámica del automóvil: Se sabe que la aerodinámica estudia el comportamiento sobre la reacción de un cuerpo ante el choque del mismo con el aire.

2.2.3. Cálculos Datos:

Geometría del objeto en desplazamiento (Teorema de Bernoulli): La geometría de un objeto afecta la resistencia al movimiento que ejerce el aire sobre él.

 Cx está en un rango de 0.22 a 0.27  Peso: 1530 kg Las medidas utilizadas para los cálculos son las medidas que se muestran en la figura 1.

Fuerzas sobre el automóvil: Las fuerzas aerodinámicas interactúan con el vehículo causando arrastre, sustentación, y fuerzas laterales.

Resistencia aerodinámica al avance:

Flujo del aire externo al vehículo: Produce zonas de presión o depresión y rozamiento viscoso con las paredes, originando esfuerzos que influyen en el avance del vehículo (resistencia de naturaleza aerodinámica), y en las cargas sobre las ruedas y la estabilidad del automóvil. [1]

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Benavides Méndez, Chalco Criollo / análisis aerodinámico para obtener datos lo más aproximados posibles a la realidad.

Tabla1. Resistencia aerodinámica a diferentes velocidades

V [m/s]

Ra(V)x [N]

0 10 20 34 40

0 21.06 84.25 243.5 337.03

Momento aerodinámico:

Figura 2. Dimensiones del vehículo Fuente: upcommons.upc.edu

Tenemos que el coeficiente basándonos en la siguiente figura:

Figura 1. Curvas CMZ Fuente: autores

Figura 3. Dibujo del diseño del modelo del automóvil analizado Fuente: autores

Tabla 2. Momento aerodinámico a diferentes velocidades

Velocidad (m/s) 0 10 20 30 34 40

M(V)z (Nm) 0 29.52 118.11 265.75 341.35 472.45

Figura 4. Dibujo del diseño renderizado del modelo del automóvil analizado Fuente: autores

Una vez ya obtenido el diseño de nuestro vehículo en solido procedemos a exportarlo a nuestro segundo programa utilizado ANSYS, ya entrados en este programa hay un proceso que se debe seguir que se lo va nombrar pero no a explicar ya que en eso no se basa el estudio de este análisis: 1. Exportamos 2. Creamos nuestro túnel de viento que vamos a

2.2.4. Análisis aerodinámico sin la implementación del alerón y faldón delantero en el vehículo. Como se mencionó anteriormente se utilizó un software para dibujar, dando las medidas reales 3

simular 3. Damos un enmallado 4. Seleccionamos los parámetros y obtenemos las diferentes simulaciones como vectores de velocidad, líneas de vectores, presiones, presión estática, etc. La velocidad que se va utilizar para el análisis es de 40m/sg.

Figura 7. Interacciones y curvas de comportamiento análisis Fuente: autores

Se procede hacer el respetivo análisis sin la implementación de ningún accesorio al vehículo.

En la figura 7 podemos observar el comportamiento de las curvas del drag, lif y su respectivo momento.

Figura 8. Vectores de velocidad Fuente: autores Figura 5. Túnel de viento Fuente: autores

En la figura 8 se observa como los vectores de velocidad forman la estructura del automóvil donde se ve las partes con menos presión en este prueba es la parte trasera del automóvil.

Figura 6. Enmallado Fuente: autores Figura 9. Presión estática Fuente: autores

Para realizar las simulaciones correspondientes se han dado un número de 120 interacciones con el fin de obtener resultados acertados y correctos.

En la figura 9. Muestra la presión estática y se puede observar que en la parte trasera del automóvil se un valor de presión más alto y en parte delantera igual pero con valores de presión un poco más bajos.

Los parámetros para que la simulación se haga de forma correcta ya están dados. 4

Benavides Méndez, Chalco Criollo / análisis aerodinámico

Figura 10. Vectores pathlines Fuente: autores

Figura 13. Análisis en túnel de viento Fuente: autores

En las figuras 12 y 13, se muestra el análisis de velocidad de vectores en un túnel de viento y presión que ejercen sobre el vehículo, como se puede observar existe una elevada presión en la parte delantera del vehículo donde recibe de frente el flujo de aire, en la parte trasera del vehículo se genera más presión que en todas las partes del vehículo. Las zonas donde existe menos presión son el capó y las puertas.

Figura 11. Vectores pathlines Fuente: autores

En las figura 10. Se puede observar como las líneas de flujo afectan con presión en cada parte del vehículo donde existen elevadas presiones en la parte trasera, techo, zonas laterales de la parte delantera del vehículo, las zonas con menos presiones en las partes laterales. Cabe resaltar que el análisis se lo está haciendo netamente el vehículo sin tomar en cuenta el túnel de tiempo en esta prueba. En la figura 11. Se muestra el mismo análisis pero desde otra perspectiva.

2.2.5. Análisis aerodinámico implementado el alerón y faldón delantero en el vehículo. De igual manera mediante el software SOLID WORKS, se procede a dibujar el alerón y faldón delantero para hacer el mismo análisis anterior y verificar los cambios que pueden darse en el comportamiento aerodinámico al implementar dichos accesorios.

Figura 12. Análisis en túnel de viento Fuente: autores

Figura 14. Vectores de velocidad Fuente: autores

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La figura 14. Muestra el análisis de vectores de velocidad y se ve que no existe cambio alguno o por lo menos un cambio significativo.

que se implementó. Si regresamos a la figura 9. Se puede comprobar lo que se está afirmando en el anterior párrafo.

Figura 15. Presión estática Fuente: autores

Figura 17. Presión estática Fuente: autores

La figura 15. Muestra que aquí si existe un cambio de cómo afecta la presión en el vehículo ahora en la parte delantera aumenta la presión y baja levemente en la parte trasera, también disminuye en zonas como el parabrisas y el techo del automóvil, se nota que la presión se concentra más en zonas específicas como el parabrisas partes laterales del vehículo.

La figura 17. Muestra claramente las diferencias de como actúan las presiones sin implementar el alerón y faldón delantero, e implementado estos accesorios. Vemos como la presión afecta casi en zonas determinadas y no progresivamente en todo el automóvil. La parte más afectada por la presión es el faldón delantero y el alerón y donde este va montado. Esto se va apreciar de mejor manera en la siguiente figura, que trata sobre el mismo análisis pero está en una vista diferente, muestra como la presión aumento pero mantiene en casi todo el automóvil la misma presión a diferencia del análisis sin alerón y faldón que la presión era diferente en casi todas las zonas del automóvil.

Figura 16. Presión estática Fuente: autores

Esta figura es el mismo análisis de presión estática pero se puede observar de mejor manera como afecta la presión en las diferentes zonas del vehículo. Se claramente la disminución de las presiones en zonas laterales, en la mayor parte del automóvil y el aumento de la presión en el faldón delantero

Figura 17. Presión estática Fuente: autores

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Benavides Méndez, Chalco Criollo / análisis aerodinámico 2.3. Obtención de datos

3. CONCLUSIONES

Una vez hechas todas las simulaciones correspondientes en los dos casos analizados se procede a obtener los datos que el software proporciona.

Implementar un alerón o un faldón se debe hacerlo teniendo conciencia de las consecuencias que esto puede tener, no guiarse solo en la estética o apariencia que le puede dar al automóvil.

Datos sin implementar alerón y faldón delantero en el vehículo:

El comportamiento aerodinámico del automóvil analizado se vio afectado ya que las presiones aumentaron y se obtuvieron presiones más constantes en casi todo el automóvil.

Tabla 3. Fuerza de resistencia al avance (Drag) y coeficiente Cx

Fuerza (N) 3997.886

Coeficiente Cx 0.21579

Debido a la presencia del faldón delantero este afronta las líneas flujo de aire de frente y por ende las presiones se van a elevar en esta zona y en casi todas las partes de automóvil van hacer casi las mismas pero más altas que un automóvil sin faldón delantero.

Como podemos ver se obtuvo un valor de Cx de 0.21579 que redondeando este valor es de 0.22se encuentra en el rango que da el fabricante y afirma que el análisis, y las distintas simulaciones son correctas. Tabla 4. Lift y coeficientes de presión

Fuerza (N) 1193.7614

Coeficiente Cx 0.064438

Al utilizar un alerón trasero da más adherencia y estabilidad al automóvil con respecto al suelo, pero por el contrario se aumentan las fuerzas que afectan al automóvil dando más carga a este a velocidades altas aumentando el consumo de gasolina. Esto se comprobó en la tabla 6. Al haber obtenido un Cx más alto.

Tabla 5. Momento

Fuerza (N) 1591.8802

Coeficiente Cx 0.08592

Datos con alerón y faldón implementados en el vehículo:

delantero Revisando desde la tabla 3 hasta la 8 podemos verificar claramente que los valores de las fuerzas aumentan de manera considerable al implementar un alerón y un faldón delantero.

Tabla 6. Fuerza de resistencia al avance (Drag) y coeficiente Cx

Fuerza (N) 5930

Coeficiente Cx 0.4354

En el presente análisis se comprobó que hay que tener un uso de razón de por qué se van a implementar este tipo de accesorios y que siempre tendría que hacerse el debido estudio.

Como podemos ver se obtuvo un valor de Cx de 0.4354 que notablemente subió a un valor de casi el doble, esta es la consecuencia que tiene implementar un alero y faldón delantero.

Se hubiera podido considerar los acabados de las superficies del alerón o el faldón ya que este aspecto también influye en la aerodinámica, pero para esto habría que hacer una investigación más extensa.

Tabla 7. Lift y coeficientes de presión

Fuerza (N) 2653.18

Coeficiente Cx 0.2289

Tabla 8. Momento

Fuerza (N) 2441.09

Coeficiente Cx 0.2109 7

4. BIBLIOGRAFÍA Libros: [1] Francisco Aparicio Izquierdo “Teoría de los Vehículos Automóviles”, Madrid Sección de Publicación, 2001

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