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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales

Coordinación de Ingeniería Mecánica

DISEÑO DE UN AERODESLIZADOR CON SISTEMA INTEGRADO DE PROPULSIÓN Y SUSTENTACIÓN

Por:

María Eugenia Rodríguez Maluenda

Sartenejas, Julio 2007




Por:

María Eugenia Rodríguez Maluenda

Realizado con la asesoría de Prof. Ing. Juan Carlos González

Prof. Ing. Renzo Boccardo

PROYECTO DE GRADO Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar

Como requisito parcial para optar al Título de Ingeniero Mecánico





PROYECTO DE GRADO presentado por María Eugenia Rodríguez Maluenda

REALIZADO CON LA ASESORÍA DE

Prof. Ing. Juan Carlos González Prof. Ing. Renzo Boccardo

RESUMEN

El presente proyecto de grado consistió en el diseño de un aerodeslizador que utilice

como una única fuente de poder, tanto para la sustentación como la propulsión del aparato, una hélice potenciada por un motor, ambos de aeromodelismo. El procedimiento llevado a cabo se inició con una revisión bibliográfica sobre el funcionamiento de los aerodeslizadores, reseña histórica, aplicaciones y usos, elementos que lo constituyen y fenómenos característicos. Se continuó con el diseño, construcción y puesta en marcha de un banco de pruebas, basado en las normas de la Asociación Internacional de Movimiento y Control de Aire (AMCA), para la generación de las curvas Presión vs. Caudal de la hélice, para distintas velocidades de operación. Posteriormente se determinaron los parámetros de operación del sistema de sustentación, presión y caudal, requeridos para el alcance de distintas alturas de elevación del aerodeslizador. Finalmente, se relacionaron dichos parámetros con los obtenidos para la hélice y se determinaron las dimensiones básicas y la geometría de cada uno de los elementos del aerodeslizador que garantizaran su buen funcionamiento. Las principales conclusiones derivadas del proyecto fueron que las normas AMCA constituyen una guía de práctica aplicación y buenos resultados en el estudio del comportamiento de elementos generadores de aire y que el sistema de sustentación constituye el principio fundamental de funcionamiento del aerodeslizador y determinante de las dimensiones y parámetros de operación del mismo.

PALABRAS CLAVES

Aerodeslizador, Sustentación, Propulsión, Hélice, Presión, Caudal.


AGRADECIMIENTOS

Mis más sinceros y profundos agradecimientos a cada una de las personas que

menciono a continuación, quienes contribuyeron de una u otra forma en la realización del

proyecto.

Al Profesor Juan Carlos González, por introducirme en el tema, por animarme a realizar

el proyecto y por la ayuda y apoyo prestado en el desarrollo del mismo.

A Eric, quien sin serlo se convirtió en un compañero de tesis, cuya ayuda fue invaluable

y sin la cual no habría sido posible la culminación del proyecto en el tiempo estimado.

A Jorge León, por ofrecerme su experimentada ayuda, pese a la gran cantidad de trabajo

que tenía, así como permitirme el uso de su taller.

A Jeffrey, por su ayuda en la uniformización de la sección transversal del banco de

pruebas.

A Enrique Lander, por la donación de las hélices y el combustible.

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS ............................................................................ iii

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ....................................................... vii

INTRODUCCIÓN................................................................................................................1

CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO ............................................................................ 5

1.1 Aerodeslizador.............................................................................................................5

1.2 Reseña histórica...........................................................................................................6

1.3 Usos y aplicaciones de los aerodeslizadores .............................................................14

1.4 Funcionamiento de un aerodeslizador [2] .................................................................17

1.4.1 Casco o bastidor ................................................................................................19

1.4.2 La falda ..............................................................................................................21

1.4.2.1 Funciones de la falda .....................................................................................23

1.4.2.2 Criterios de diseño de la falda .......................................................................24

1.4.2.3 Tipos de faldas...............................................................................................25

1.4.3 Motores..............................................................................................................31

1.4.4 Ventiladores.......................................................................................................36

1.4.4.2 Ventiladores para sustentación ......................................................................36

1.4.4.2 Ventiladores para propulsión.........................................................................38

1.4.5 Sistemas de Control [3] .....................................................................................39

CAPÍTULO 2. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN MARCHA DEL BANCO DE PRUEBAS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA HÉLICE PARA EL AERODESLIZADOR ..............................................................43

2.1 Generalidades de los túneles de viento......................................................................43

2.2 Asociación Internacional de Movimiento y Control de Aire, AMCA ......................43

2.3 Diseño del banco de pruebas para la caracterización de la hélice .............................44

2.3.1 Diseño de la sección donde se ubica el conjunto motor-hélice. ........................46

2.3.2 Diseño de la sección que contiene el rectificador de flujo ................................53

2.3.3 Diseño de la sección donde se ubican los instrumentos de medición ...............56

2.3.3.1 Tubo Prandtl ..................................................................................................57

2.3.3.2 Anemómetro de hilo caliente.........................................................................59

2.3.3.3 Estrangulador de flujo ...................................................................................61

2.4 Construcción del banco de pruebas para la caracterización de la hélice ...................62

2.4.1 Materiales ..........................................................................................................62

2.4.2 Herramientas......................................................................................................63

ii

2.4.3 Dispositivos para el encendido, funcionamiento y regulación de velocidad del

motor……..........................................................................................................................63

2.4.4 Instrumentos de medición..................................................................................65

2.4.5 Procedimiento de construcción..........................................................................66

2.5 Puesta en marcha del banco de pruebas.....................................................................77

2.5.1 Proceso de recopilación de datos.......................................................................77

2.5.2 Procesamiento de los datos recopilados. ...........................................................78

2.5.3 Obtención de las curvas características Carga vs. Caudal para diferentes

velocidades de giro. ...........................................................................................................80

CAPÍTULO 3. DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL AERODESLIZADOR INTEGRADO .........................................................................82

3.1 Determinación del área de sustentación del casco.....................................................82

3.2 Diseño del casco ........................................................................................................84

3.3 Diseño de la falda ......................................................................................................87

3.4 Determinación de los parámetros de operación requeridos por el sistema de

sustentación ...........................................................................................................................90

3.5 Determinación del punto de operación de la hélice para alcanzar la sustentación....96

3.6 Diseño del sistema de dirección ..............................................................................100

3.7 Diseño del sistema de control..................................................................................101

3.8 Diseño final del aerodeslizador integrado ...............................................................102

3.9 Consideraciones adicionales....................................................................................102

CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................104

4.1 Conclusiones............................................................................................................104

4.2 Recomendaciones ....................................................................................................105

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................106

ANEXOS..............................................................................................................................108

iii

ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Tablas

Tabla 1. Resumen de láminas requeridas para construcción de rectificador.............................54

Tabla 2. Profundidades de inserción de la probeta del anemómetro en dirección vertical y

horizontal ...................................................................................................................................61

Tabla 3. Formato de recolección de datos .................................................................................78

Tabla 4. Detalle del peso del aparato.........................................................................................82

Tabla 5. Datos experimentales. Sin estrangulador de flujo .....................................................108

Tabla 6. Datos experimentales. Diámetro de salida: 251,50 mm............................................108





Tabla 11. Cálculos para velocidad de giro de 5000 rpm .........................................................111







Tabla 18. Cálculos curvas del sistema de sustentación ...........................................................114 Figuras

Figura 1. Aerodeslizador .............................................................................................................5

Figura 2. Experimento de Sir Christopher Cockerell [5].............................................................8

Figura 3. Primer modelo desarrollado por Sir Christopher Cockerell [5] ...................................9

Figura 4. El SR-N1 en su cruce del Canal de la Mancha [1].......................................................9

Figura 5. El Vickers VA-3, primer aerodeslizador de pasajeros ...............................................11

Figura 6. Aerodeslizador SR-N2 ...............................................................................................12

Figura 7. Aerodeslizador SR-N6 [4]..........................................................................................12

Figura 8. Tren aerodeslizador desarrollado por Jean Bertin......................................................13

Figura 9. LCAC, aerodeslizador de transporte de la marina estadounidense [1] .....................15

Figura 10. SR-N4, aerodeslizador más grande que ha sido construido en el mundo. [1] .........16

Figura 11 Elementos de un aerodeslizador [2] ..........................................................................18

iv

Figura 12. Efecto de la forma del borde del casco sobre la falda [3] ........................................20

Figura 13. Típica estructura del casco, basada en el uso de una balsa interna [6] ....................20

Figura 14. Construcción de estructura del casco, usada en algunos modelos a escala [6] ........21

Figura 15. Balance de fuerzas para mantener el aerodeslizador suspendido [4].......................23

Figura 16. Falda tipo dedo.........................................................................................................25

Figura 17. Aerodeslizador con falda tipo dedo [7]....................................................................26

Figura 18. Detalles constructivos de un dedo [3] ......................................................................27

Figura 19. Aditamiento para hacer la falda tipo dedo más estable [3] ......................................27

Figura 20. Efecto de la presión en la falda tipo bolsa [3]..........................................................28

Figura 21. Alimentación en serie en una falda tipo bolsa [3]....................................................29

Figura 22. Alimentación en paralelo en una falda tipo bolsa. [3] .............................................29

Figura 23. Esquema de la combinación bolsa-dedo. [3]............................................................30

Figura 24. Falda combinación bolsa-dedo [7] ...........................................................................31

Figura 25. Diseño integrado de aerodeslizador [4]....................................................................32

Figura 26. Diseño multi-motor de un aerodeslizador [4] ..........................................................32

Figura 27. Motor de gasolina de aeromodelismo ......................................................................35

Figura 28. Ventilador centrífugo en el SR-N6 [6].....................................................................37

Figura 29. Propela en el SR-N4 [4] ...........................................................................................39

Figura 30. Fenómeno de la joroba o Hump [3] .........................................................................40

Figura 31. Funcionamiento del timón de álabes directores. [3] ................................................41

Figura 32. Aditamientos de presión para dar rigidez a la falda [3] ...........................................41

Figura 33. Reversores de flujo...................................................................................................42

Figura 34. Esquema del banco de pruebas según la norma AMCA 210 ...................................45

Figura 35. Diagrama del banco de pruebas. Medidas en mm....................................................46

Figura 36. Motor O.S. Engine LA 46 ........................................................................................47

Figura 37. Hélices disponibles (a) Master Airscrew 11x6 (b) Top Flite 12x6..........................47

Figura 38. Efecto del paso de la hélice [10] ..............................................................................48

Figura 39. Diseño del conjunto motor-hélice ............................................................................51

Figura 40. Plano del soporte del motor-hélice...........................................................................52

Figura 41. Determinación de las medidas de láminas para construcción de rectificador..........54

Figura 42. Plantilla para la el corte de canales en láminas del rectificador...............................55

Figura 43. Ensamblaje de las láminas que constituyen el rectificador.....................................55

Figura 44. Diseño del rectificador .............................................................................................56

Figura 45. Posición longitudinal de los instrumentos de medición...........................................57

Figura 46. Diagrama de tubo Prandtl ........................................................................................58

Figura 47. Diseño del manómetro en U.....................................................................................59

v

Figura 48. Puntos de medición de la velocidad .........................................................................61

Figura 49. Diseño del Estrangulador de flujo............................................................................62

Figura 50. Dispositivos para el encendido del motor ................................................................64

Figura 51. Dispositivos para la regulación de la velocidad de giro...........................................64

Figura 52. Tubo Prandtl.............................................................................................................65

Figura 53. Anemómetro de hilo caliente digital ........................................................................65

Figura 54. Tacómetro digital .....................................................................................................65

Figura 55. Multímetro con termocupla......................................................................................66

Figura 56. Campana rellenada con masilla................................................................................67

Figura 57. Estructura de base del motor ....................................................................................68

Figura 58. Rectificador de flujo.................................................................................................69

Figura 59. Rectificador de flujo dispuesto dentro del banco.....................................................69

Figura 60. Estrangulador de flujo ..............................................................................................70

Figura 61. Balanceador de hélice ..............................................................................................71

Figura 62. Disposición de la hélice en el balanceador ..............................................................72

Figura 63. Fijación de (a) servo y (b) calentador de bujía, manguera y conexión a servo........73

Figura 64. Disposición del banco sobre bases...........................................................................74

Figura 65. Encendido del motor ................................................................................................75

Figura 66. Manómetro en U ......................................................................................................76

Figura 67. Disposición del Tubo Prandtl y manómetro.............................................................76

Figura 68. Banco de pruebas en marcha....................................................................................77

Figura 69. Curvas Carga total vs. Caudal para distintas velocidades de giro............................81

Figura 70. Curva característica teórica de una hélice [13] ........................................................81

Figura 71. Esquema del diseño y funcionamiento del casco de doble cubierta ........................85

Figura 72. Contorno del casco...................................................................................................85

Figura 73. Relación de dimensiones de las dos láminas ...........................................................86

Figura 74. Láminas superior e inferior del casco. Medidas en milímetros ...............................86

Figura 75. Vista del casco..........................................................................................................87

Figura 76. Sección transversal de la falda tipo bolsa ................................................................88

Figura 77. Falda llena de aire ....................................................................................................89

Figura 78. Paneles de la falda para construcción.......................................................................89

Figura 79. Esquema de aplicación de la ecuación de Bernoulli para el cálculo del caudal

perdido .......................................................................................................................................90

Figura 80. Curvas del sistema de sustentación ..........................................................................92

Figura 81. Esquema de aplicación de ecuación de Bernoulli para cálculo de área de salida de

flujo al colchón ..........................................................................................................................94

vi

Figura 82. División del flujo de aire de aire proveniente de la hélice.......................................95

Figura 83. Modelos de agujeros de lámina inferior de casco ....................................................96

Figura 84. Efecto de la utilización de ducto para la hélice........................................................97

Figura 85. Diseño del ducto.......................................................................................................98

Figura 86. Medidas importantes del ducto ................................................................................98

Figura 87. Resultados simulación del compportamiento del flujo en el ducto..........................99

Figura 88. Punto de operación de la hélice..............................................................................100

Figura 89. Sistema de dirección ..............................................................................................101

Figura 90. Modelo de perfil de los timones [3] .......................................................................101

Figura 91. Diseño final del aerodeslizador..............................................................................102

Figura 92. Perfil de presiones a lo largo de las líneas de flujo del aire a sustentación............115

Figura 93. Perfil de presiones a lo largo de las líneas de flujo del aire a propulsión ..............116

vii

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

Variables

V Velocidad m/seg

n Número de mediciones

i i-ésima medida

A Área transversal m2

Q Caudal m3/seg

ρ Densidad kg/m3

T Temperatura °C

Tbs Temperatura de bulbo seco °C

P Presión mm de H2O

µ Viscosidad N.s/m2

D Diámetro m

Re Número de Reynolds

f Factor de fricción

L Longitud m

Le Longitud equivalente del rectificador de flujo m

hc Carga de velocidad mm de H2O

hs Carga estática mm de H2O

hf Pérdidas por fricción mm de H2O

htotal Carga total mm de H2O

Sub-índices

o Atmosférica

1 Plano de la hélice

viii

2 Plano de medición

1-2 Desde el plano 2 al plano 2

Abreviaturas

AMCA Asociación Internacional de Movimiento y Control de Aire

INTRODUCCIÓN

Los aerodeslizadores o “hovercrafts”, son vehículos motorizados, cuyo principio de

operación se basa en la generación de un colchón de aire sobre el cual se sustenta,

minimizando el roce y pudiendo desplazarse sobre cualquier superficie (tierra, agua, fango,

arena, nieve, hielo, etc) sin estar propiamente en contacto con ella.

El hecho de gozar de importantes atributos como altísima velocidad, maniobrabilidad,

gran capacidad de carga, versatilidad, insensibilidad a la consistencia de la superficie sobre la

que se desplaza, invisibilidad al radar, unido todo a su bajo costo de mantenimiento,

convierten a los aerodeslizadores en un medio de transporte único e insustituible, que juega un

rol importante en aplicaciones militares, de transporte de carga y pasajeros, deportivas y

recreativas y encontrará muchas nuevas formas para usar sus capacidades.

En este sentido, debido al reconocimiento de la creciente importancia y aplicación

mundial de los aerodeslizadores y buscando dar continuidad a estudios precedentes realizados

en la Universidad en vías de profundizar el conocimiento y dominio de fenómenos

característicos de los aerodeslizadores que permitan desarrollar prototipos funcionales que

puedan derivar en un futuro en la producción de este tipo de vehículo en el país, inicialmente

para fines recreativos o deportivos, se plantea la realización del presente proyecto de grado

que comprende el diseño de un aerodeslizador en el cual se utilice una única fuente de

potencia tanto para lograr la sustentación como la propulsión del aparato.

Con la finalidad de estimar las dimensiones básicas y principales que debe tener el

vehículo para que con el peso estimado de los componentes pueda ser sustentado y propulsado

por el aire generado por una hélice de aeromodelismo potenciada por un motor de gasolina,

también de aeromodelismo, fue necesario el diseño, construcción y utilización de un banco de

pruebas que permitiera conocer las características operacionales de la hélice a partir de la

generación de las curvas de Carga vs. Caudal para distintas velocidades de giro, las cuales al

ser analizadas en conjunto con las curvas equivalentes (Carga vs. Caudal) del sistema de

sustentación permitieron el final dimensionamiento y determinación de parámetros de

funcionamiento.

2

En la Universidad Simón Bolívar se han realizado proyectos directamente relacionados

con el tema, que se utilizaron como punto de partida del presente proyecto; uno de ellos,

realizado por Tamara San Antonio en marzo de 1999 consistió en la generación de una

metodología que permitiera estimar las dimensiones básicas y principales del sistema de

sustentación de un aerodeslizador, el otro, realizado por Juan Carlos González en abril del

2001 consistió en el diseño y construcción de un aerodeslizador con sistemas independientes

de propulsión y sustentación, conformado el primero por un motor y hélice de aeromodelismo

y el segundo por un motor a gasolina dos tiempos y un ventilador centrífugo.

El Objetivo General de este trabajo es determinar las dimensiones básicas y los

parámetros operacionales que garanticen el buen funcionamiento de un aerodeslizador

propulsado y sustentado por el aire generado por una hélice de aeromodelismo.

En cuanto a los Objetivos Específicos, éstos son los siguientes:

• Comprender el principio de funcionamiento de los aerodeslizadores, los

elementos que lo componen y fenómenos característicos.

• Familiarizarse con los usos y aplicaciones de los aerodeslizadores, con su

desarrollo histórico y el nivel tecnológico actual.

• Familiarizarse con el manejo del programa de diseño SolidWorks y su aplicación

CosmosFloWorks.

• Diseñar y construir un banco de pruebas para la caracterización de la hélice de

aeromodelismo a emplearse.

• Establecer una metodología de diseño de bancos de pruebas para el estudio de los

parámetros de operación de elementos de generación de aire, como ventiladores y

propelas.

• Determinar los parámetros de operación del sistema de sustentación, presión y

caudal, requeridos para el alcance de distintas alturas de elevación del

aerodeslizador.

3

• Diseñar la geometría del aerodeslizador en base a los parámetros de operación de

la hélice y los requeridos por el sistema de propulsión y sustentación del aparato.

• Crear una metodología para la construcción del aparato diseñado, ofreciendo

medidas de los elementos que tengan que adaptarse rigurosamente al diseño para

el buen funcionamiento y dejando al lector la libertad de dimensionar aquellos

elementos que aceptan variabilidad.

Las principales limitaciones o dificultades encontradas durante la realización de este

proyecto se exponen a continuación:

- Limitada disponibilidad en tiempo de los instrumentos de medición: Dos de los

instrumentos de medición empleados para la construcción del banco de pruebas, el Tubo

Prandtl y el Anemómetro de hilo caliente, pertenecen a Laboratorios de la Universidad y

son utilizados para la realización de prácticas casi diariamente, por lo que si bien no

hubo problema por parte de los Laboratorios en cuestión para prestar los instrumentos,

la utilización de los mismos fue bastante limitada, dado que en primer lugar no podían

ser prestados entre semana y en segundo lugar porque dado que eran los únicos

instrumentos de su tipo en la Universidad, en muchos casos había que hacer lista de

espera por el préstamo de los mismos los fines de semana, pues otras personas también

los requerían, a lo cual se suma la dificultad de hacer coincidir el préstamo de los dos

instrumentos.

- Espacio y tiempo limitado para la realización de las mediciones en el banco de

pruebas: Dado que el motor empleado generaba mucho ruido, la entonación y

utilización del mismo en el banco de pruebas no se podían hacer durante el día para no

distorsionar las actividades académicas. Así mismo, dado que se utilizaba combustible

de olor fuerte las pruebas no se pudieron realizar dentro de ningún Laboratorio sino en

espacios abiertos lo que implicaba tener que armar el banco de pruebas cada vez que se

iba a utilizar y desarmarlo para guardarlo. A su vez por el carácter tóxico del

combustible el tiempo de exposición debía ser corto pues el contacto con los gases y el

mismo combustible generaba irritaciones de ojos y garganta, por lo que hubo que dividir

las mediciones en varias jornadas.

4

- Recursos financieros limitados: Dado el alto costo de los materiales y elementos

empleados en la construcción del banco de pruebas el financiamiento de la Universidad

para el proyecto fue consumido en su totalidad en esta fase, no haciendo posible la

construcción del aerodeslizador.

El presente libro se dividió en seis capítulos:

El primer capítulo corresponde al Marco Teórico, sección en la cual se presentan las

bases teóricas de los aerodeslizadores: definición, funcionamiento, reseña histórica,

aplicaciones y usos, elementos que lo constituyen y fenómenos característicos. La finalidad

de este capítulo es lograr que el lector esté en completo conocimiento del tema a estudiar.

En el segundo capítulo se trata la metodología de diseño y construcción del banco de

pruebas, el proceso de medición y el procesamiento de los datos recopilados para la

generación de las curvas características de la hélice a utilizarse en el diseño del aerodeslizador

El tercer capítulo corresponde al diseño y dimensionamiento de un aerodeslizador que

utilice una única fuente de potencia, conjunto motor-hélice, tanto para el sistema de

sustentación como de propulsión.

Por último, en el cuarto capítulo se exponen algunas conclusiones y recomendaciones

derivadas de la realización del proyecto.

CAPÍTULO 1

MARCO TEÓRICO

A continuación se exponen las bases teóricas utilizadas para la realización del presente

proyecto de investigación y diseño. Se incluyen tópicos como la definición de aerodeslizador,

funcionamiento, reseña histórica, aplicaciones y usos, elementos que lo constituyen y

fenómenos característicos.

1.1 Aerodeslizador

Un aerodeslizador, también designado con el término inglés hovercraft, es un vehículo

que se sustenta al lanzar un chorro de aire contra una superficie que se encuentra debajo de él;

esto genera un cojín de aire, que le permite, en principio, moverse sobre cualquier superficie

horizontal lo suficientemente regular sin estar propiamente en contacto con ella [1]. El

aerodeslizador es un medio anfibio, con lo cual se entiende que normalmente se utiliza sobre

tierra, agua, fango, arena, nieve, hielo, etc., por encima de todas las superficies y de cualquier

obstáculo de superficie y/o flotante (bombonas de gas, troncos de árboles, desechos en

general, etc., según la altura del cojín).

Figura 1. Aerodeslizador

Técnicamente, un aerodeslizador se clasifica como un aeronave, puesto que se sostiene y

se desplaza completamente en el aire; en tal ámbito, pertenece a los aerodinos sustentados por

reacción directa (el mencionado cojín de aire), ya que la acción directa de la fuerza creada por

6

el chorro de aire eyectado contra una superficie, genera una reacción hacia arriba, la cual es lo

suficientemente fuerte como para separar al aerodeslizador de la superficie en cuestión [2].

1.2 Reseña histórica

La idea de colchón de aire tiene sus inicios en un trabajo experimental desarrollado por

un filósofo y teólogo sueco, Emanuel Swedenborg, en 1716. Sus trabajos perseguían reducir la

fuerza de arrastre ejercida por el agua sobre el casco de los barcos, producto de la suma de los

efectos de fricción y viscosidad. Para vencer esto, el científico ideó inyectar aire comprimido

entre el agua y la superficie del barco, creando una película de aire que reducía enormemente

dicha fuerza [3]. El vehículo diseñado por Swedenborg consistió en una plataforma a cojín de

aire de propulsión humana que se asemejaba a un bote volcado con una cabina en el centro y

palas en forma de remos y operadas manualmente que empujarían el aire hacia abajo del

vehículo. Este diseño nunca fue llevado a la realidad, debido a que la simple fuerza humana no

podría haber generado suficiente empuje vertical. Era necesario el desarrollo de un motor de

bajo peso, lo cual estaba lejos de ser alcanzado. [1]

A mediados de la década de los 1880s, el ingeniero británico Sir John Thornycroft

construyó una serie de prototipos para pruebas de efecto suelo, basándose en la idea de usar

aire entre el casco de un bote y el agua para reducir la resistencia. Aunque llenó varias

patentes relacionadas con el concepto de cascos lubricados con aire en 1887, no se les hallaron

aplicaciones prácticas [1]. Por esos tiempos, tanto ingenieros americanos como europeos

continuaron trabajando tratando de desarrollar modelos prácticos fundamentados en esta idea.

Cabe destacar que los problemas prácticos radicaban en la relación existente entre el peso del

aparato y la flotabilidad, por lo que no fue sino hasta principios del siglo 20 cuando se pudo

construir un aerodeslizador que funcionara, ya que se logró alcanzar la relación potencia-peso

para el motor de combustión interna apropiada para despegar y mantenerse suspendido. [4]

En 1916, Dagobert Muller Von Thomamhul, un ingeniero austriaco diseñó y construyó

el primer aerodeslizador que funcionara, para la Naval Austriaca, basado en un diseño simple

de colchón de aire. Los informes existentes son pocos precisos pero reportes de la época dicen

que el vehículo alcanzó una velocidad de 40 nudos. Desarrollos posteriores fueron

abandonados al ser destruidos tanto la Naval como el Imperio Austriaco en la Primera Guerra

7

Mundial. El resto del mundo nunca tuvo la oportunidad de ver esta máquina y hay limitados

registros de lo que la misma logró. [4]

A mediados de la década de los 1950s un gran número de personas continuaron

trabajando en ideas similares. Los estudios realizados, la potencia desarrollada por los nuevos

motores y la creación de materiales de bajo peso hicieron que el Aerodeslizador estuviera

cerca de convertirse en una realidad. [4]

En los Estados Unidos a fines de los 1950’s el Dr. William Bertelsen, un doctor de zonas

rurales, tuvo un verdadero interés en construir un vehículo que pudiera mantenerse

suspendido. Trabajó en su tiempo libre en un proyecto que el llamó “The Aeromobile Ground

Effect Machine” or GEM. Fue un simple aparato para investigar la posibilidad de una máquina

de flotar sobre un colchón de aire. [4]

Su diseñó se basó en un gran ventilador alimentando aire dentro de una cavidad bajo el

casco. La alta potencia del motor que accionaba y dirigía el ventilador permitió a la máquina

levantarse del suelo. [4]

El Dr. Bertelsen finalmente logró un diseño que funcionara, aproximadamente al mismo

tiempo que el primer Aerodeslizador comercial fue lanzado en Inglaterra. Siendo un solitario

experimentador no alcanzó amplia aclamación pública por su vehículo por lo que ha sido

relativamente desconocido por sus trabajos tempranos en este campo. Él también careció de

los ingredientes de diseño claves de un sistema de manejo eficiente para el flujo de aire de

sustentación. Ésta es la parte clave del diseño que incrementó la capacidad de un vehículo de

colchón de aire de transportar carga y lo hizo comercialmente viable. [4]

No obstante, una persona destacó con sus ideas y experimentos sobre el flujo de aire y la

utilización de ductos para el mismo. Su trabajo fue el punto que dio la vuelta a los vehículos

soportados por aire. Su nombre fue Christopher Cockerell. [4]

La idea del Aerodeslizador vino por primera vez a Christopher Cockerell (más tarde

llamado Sir Christopher Cockerell por su trabajo sobre el aerodeslizador) cuando estaba

trabajando pequeños botes. El poseía un astillero en la costa este de Inglaterra pero había

pasado su vida trabajando en varias invenciones electrónicas. Era un ingeniero de corazón y

estaba siempre buscando soluciones a difíciles problemas. Sir Christopher Cockerell no sólo

8

inventó el principio de este vehículo sino que también inventó el nombre Hovercraft

(Aerodeslizador en inglés) para describir este vehículo que se puede desplazar sobre agua o

tierra. [4]

La hipótesis planteada por Sir Cockerell sugería que al confinar un flujo de aire se

generaría un empuje mucho mayor que el producido por la incidencia directa del flujo. Para

demostrar esto, Sir Christopher realizó el siguiente experimento: primero hizo incidir

directamente el chorro de aire de un secador de pelo sobre una balanza, luego construyó un

difusor de aire formado por una lata de comida de gato, dentro de una lata de café de mayor

diámetro (Figura 2.a) y conectó dicho difusor al secador haciéndolo incidir sobre la balanza

(Figura 2.b) [3]. La balanza midió la cantidad de empuje del aire y se determinó que con las

latas concéntricas, en las cuales el aire sale por los bordes en una fina cortina (Figura 2.c), se

logró obtener más empuje que cuando se impulsaba el aire directamente desde el secador de

pelo. Este fue el descubrimiento clave de Cockerell, había descubierto el Efecto de la Cortina

de Momento, el cual fue el ingrediente clave que el patentó. [5]

Figura 2. Experimento de Sir Christopher Cockerell [5]

En 1955 Sir Christopher construyó su primer modelo funcional, el cual se muestra en la

Figura 3. Con dicho modelo convenció al Ministerio Británico de Suministro que su idea era

factible y en 1956 patentó la idea de un vehículo de colchón de aire. Su concepto era que el

aire sería tomado por un gran ventilador y separado para generar una cortina a todo el rededor

del aparato. Debido a la inclinación de la salida, un porcentaje de aire se dirige al centro lo

9

cual crea una ráfaga de aire a alta presión que se mueve bajo la carcasa y se confina generando

el colchón de aire.

Figura 3. Primer modelo desarrollado por Sir Christopher Cockerell [5]

Dos años después, en 1958, la Corporación de Desarrollo e Investigación Nacional

Británica (NRDC) tomó el proyecto con el objeto de posiblemente formar una industria de

aerodeslizador. Después de pruebas exhaustivas, en 1959 el NRDC presentó un prototipo a

escala, el SR-N1, que fue sometido a varios programas de pruebas de 1959 a 1961 (con la

primera demostración pública en 1959). Estas pruebas incluyeron el cruce del Canal de la

Mancha, que fue realizado el 25 de julio de 1959, en tan sólo dos horas; conducido por el

Capitán Peter Lamb, el ingeniero John B. Chaplin y su inventor, el ingeniero (posteriormente

Sir.) Christopher Cockerell, como "contrapeso de proa". Una foto de dicha prueba se presenta

en la Figura 4. [1]

Figura 4. El SR-N1 en su cruce del Canal de la Mancha [1]

10

El SR-N1 estaba dotado de un motor de pistones, que accionando una serie de hélices

entubadas creaba un flujo de sustentación directo sobre la superficie; era propulsado por

medio de aire expulsado hacia atrás y podía cargar poco más que su propio peso y el de dos

personas, factor que frenó el éxito comercial del proyecto. [1]

Paralelos a estos avances, ingenieros en Estados Unidos, creaban sus propios modelos,

pero en general todos manifestaron un gran problema, lo difícil de la maniobrabilidad del

aparato. Los pilotos debían ser muy hábiles para mantener la estabilidad horizontal en las

naves.

Los diseños de Cockerell también eran difíciles de conducir porque seguían el contorno

de la superficie sobre la cual se sustentaba y no eran capaces de sobrepasar obstáculos de más

de 25 cm. de altura.

En Octubre de 1961, Latimer-Needham presentó un diseño de falda que prometía ser la

solución a este problema. La falda consistía en una extensión flexible de goma bajo la nave

que se ajustaba muy bien a las superficies desiguales y proporcionaba un sello para el colchón

de aire. La implementación de la falda también aumentó la altura del cuerpo principal sobre la

superficie y mejoró la maniobrabilidad. [1]

Para 1962 el SR-N1 ya estaba dotado de una falda de contención hecha de goma o de

tela flexible bajo el casco, con lo cual la sustentación del bote fue mejorada, la propia altura de

la falda era garantía de la separación con la superficie y además de eso incrementaba la altura

conseguida entre la parte inferior del aparto y la superficie en 10 veces la altura sin falda, lo

que permitió superar grandes obstáculos y hacer mucho más amigable el manejo del

aparato.[1]

El primer aerodeslizador de pasajeros verdadero fue el Vickers VA-3, mostrado en la

Figura 5, el cual transportaba pasajeros regularmente a lo largo de la costa septentrional del

país de Gales, entre Wallasey y Rhy, durante el verano de 1961. Se sostenía mediante dos

motores turbopropulsores, avanzaba mediante hélices y era conducido mediante un timón.

11

Figura 5. El Vickers VA-3, primer aerodeslizador de pasajeros

El ejército británico comenzó a probar los aerodeslizadores para ver como respondían en

distintos ambientes (agua, hielo, desierto, pantano, etc) y se quedaron asombrados con los

resultados, así que comenzaron a construir aerodelizadores específicos para uso militar. Esto

llamó la atención de las fuerzas armadas mundiales, ya que este aparato, no solo es anfibio

sino que también tiene una actividad magnética muy baja y el sonar no puede detectarlo.

Puede volar sobre las minas acuáticas sin detonarlas y de hacerlo es inmune a las explosiones

subacuáticas. También están a salvo de las minas de tierra ya que la presión del colchón de

aire no es suficiente para detonarlas. El ejército estadounidense entra en acción para mejorar la

tecnología luego de utilizar los aerodeslizadores británicos en sus operaciones militares y

durante la guerra de Vietnam para pasar por los pantanos y arrozales.

Durante la década de los 1960s, el fabricante de aeronaves británico Saunders Roe

desarrolló varios diseños más grandes para pasajeros, incluyendo el SR-N2, desarrollado

también por Cockerell, quien añadió tubos inflables, hélices aeronáuticas sobre asas móviles y

un sistema de ventilas cilíndricas al casco para mejorar la sustentación. El SR-N2, el cual se

muestra en la Figura 6, operaba a través del Solent en 1962. Más tarde, se desarrolló el SR-N6

(Figura 7), a través del mismo canal, entre Southsea y Ryde en la Isla de Wight desde julio de

1965, llevando tan sólo 38 pasajeros. Hoy esta ruta es cubierta por dos modelos AP1-88, más

12

modernos, con 98 asientos cada uno; más de 20 millones de pasajeros han usado este servicio

hasta el 2004. [1]

Figura 6. Aerodeslizador SR-N2

Figura 7. Aerodeslizador SR-N6 [4]

Así como Saunders Roe y Vickers (que en 1966 se fusionaron para formar la British

Hovercraft Corporation), otros modelos comerciales fueron desarrollados durante los 60´s en

el Reino Unido por Cushioncraft (parte del grupo Britten-Norman), Hovermarine (estos

últimos usaban "paredes" laterales, proyectando ambos lados del casco hacia abajo, dentro del

agua, para atrapar el cojín de aire entre los lados) y Lockheed Aeronáutica. [1]

13

A finales de los 60´s y principios de los 1970s, Jean Bertin desarrolló un tren

aerodeslizador que llamó Aerotrain, mostrado en la Figura 8. Su prototipo I-80 estableció el

récord mundial de velocidad para un vehículo de cojín de aire sobre tierra firme, con una

velocidad promedio de 417.6km/h y una máxima de 430km/h. [1]

Figura 8. Tren aerodeslizador desarrollado por Jean Bertin

En 1970 prestaban servicio los mayores aerodeslizadores ingleses, el modelo SR-N4

clase Mountbatten, que contaban, cada uno, con cuatro motores Proteus de la Rolls-Royce;

daban servicio regular sobre el canal de la Mancha, desde Dover o Ramsgate hasta Calais. El

servicio fue interrumpido en el año 2000 después de años de competir con las tradicionales

pangas, catamaranes y el Eurotúnel; entre las causas se cuentan el alto costo del

mantenimiento y del combustible y la falta de patrocinio estatal, que en ese tiempo se

destinaba a las grandes flotas en Europa. [1]

El éxito comercial de los aerodeslizadores fue frenado por las rápidas alzas en los

precios del combustible a finales de los 60´s y en los 70´s que desencadenó el conflicto en

Medio Oriente; por la introducción de naves alternativas, como los catamaranes perforadores

de olas (comercializados como Seacat en Gran Bretaña), que usan menos combustible y

pueden hacer casi todo lo que hace un aerodeslizador sobre el agua. Aunque en otros lugares

del mundo se siguió desarrollando la tecnología de los aerodeslizadores para propósitos tanto

militares como civiles (tanto la URSS como los EE UU desarrollaron sus propios vehículos

Hovergiant, capaces de transportar arsenal militar bajo cualesquiera condiciones

meteorológicas y sobre cualquier terreno de batalla), los aerodeslizadores prácticamente

14

desaparecieron de las costas británicas, su lugar de nacimiento, hasta ser reintroducidos como

botes salvavidas, por la Real Institución Nacional de Botes Salvavidas. [1]

En los últimos años, con el desarrollo del kevlar y otros polímeros, se han construido

otros medios de transporte de funcionamiento similar con técnicas de construcción

innovadoras y bajos costos de operación, como las hidroalas, los catamaranes, los trimaranes y

los hidroaviones, tan grandes como un avión Jumbo, los cuales hacen uso del efecto suelo. [1]

1.3 Usos y aplicaciones de los aerodeslizadores

Los Aerodeslizadores modernos son usados para muchas aplicaciones donde las

personas o equipos necesitan tanto viajar sobre el agua a velocidades mayores a las que puede

alcanzar cualquier barco o bote, como cargar y descargar en tierra.

Actualmente, los aerodeslizadores prestan servicio en todo el mundo, tanto para usos

civiles como militares. La habilidad de este vehículo para cruzar una variedad de terrenos, así

como el hecho de ser anfibio lo hace un método de transporte muy flexible. Sin importar sus

dimensiones o su conformación, son utilizados como transbordadores sobre ríos y estrechos;

como herramientas de trabajo en lagos, ríos, pantanos y mares; como vehículos de auxilio e

incluso como vehículos de desembarque de tropas militares. Son utilizados oficialmente por

dependencias gubernamentales de todo el mundo, como Guardias Costeras, Forestales y de

Incendios, Institutos de Geología, y ciencias del Agua, Escuadrones de Salvamento, Desastres

Naturales y Desinfección.

En aplicaciones militares, los aerodeslizadores tanto grandes como pequeños tienen un

rol que jugar. Las Marinas Británicas usan el Griffon Hovercraft como vehículo de patrullaje

en áreas inaccesibles alrededor de la costa y en canales. Este aerodeslizador fue usado

ampliamente en la guerra en Iraq para descargar moniciones y tropas en la playa. El hecho de

que un aerodeslizador está sobre el agua y no en el agua es una gran ventaja en zonas de

guerra donde el agua puede estar minada pues puede volar sobre las minas acuáticas sin

detonarlas y de hacerlo es inmune a las explosiones subacuáticas.

La naval de los Estados Unidos actualmente tiene el aerodeslizador más largo en el

mundo (desde el retiro de los SR-N4 en UK), se trata del Landing Craft Air Cushion (LCAC),

15

el cual es capaz de cargar vehículos blindados e incluso tanques. El LCAC (Figura 9) de 81

pies de largo puede levantar su carga explosiva sobre la playa o tierra, y la puede descargar

rápidamente. Construido por Bell Textron, este Aerodeslizador es capaz de llevar su carga

largas distancias pudiendo pasar la noche en el horizonte. Su slogan es “no hay playa fuera del

alcance” y en Iraq, Somalia y otras localizaciones alrededor del mundo se ha probado que es

una parte vital de las fuerzas de combate. [4]

Figura 9. LCAC, aerodeslizador de transporte de la marina estadounidense [1]

El aerodeslizador ha encontrado su uso más común en ferries de pasajeros. Alrededor

del mundo, hay muchos ferries que utilizan el Aerodeslizador como un medio para proveer un

servicio en zonas donde el agua es congelada durante largos períodos del año o donde el agua

es poco profunda. [4]

En Inglaterra, servicios de ferries con aerodeslizadores han sido ofrecidos entre varias

playas e islas. Dichos vehículos pudieron salir de puertos temporales establecidos en playas no

preparadas. [4]

La más grande travesía de estos ferries en el mundo es la que se realiza entre la Isla de

Weight y Portsmouth en UK. Este ferry, operado por Hovertravel, ha funcionado por más de

35 años.[4]

El aerodeslizador más grande usado en el mundo solía operar entre Dover en Inglaterra

y Calais en Francia. Este servicio de ferry usó el gigante Aerodeslizador SR-N4, mostrado en

16

la Figura 10 que pudo transportar pasajeros y carros a través del Canal Inglés en solo 35

minutos. Este servicio funcionó por 30 años, los últimos dos vehículos en operación fueron

retirados en 1999. [4]

Figura 10. SR-N4, aerodeslizador más grande que ha sido construido en el mundo. [1]

Ferries más pequeños también funcionan en los Estados Unidos. Hovercraft USA opera

un servicio de ferry aerodeslizador desde St. Petersburg en Florida a zonas aledañas. Su menor

impacto sobre el medio ambiente ha sido un gran factor en que le sea permitido funcionar en

un área donde la conservación marina es cercanamente observada. [4]

En Alaska un ferry similar es operado en condiciones donde pequeños barcos u otro

transporte no puede ser usado por una larga porción del año. El Aerodeslizador AP188 se

desplaza sobre el hielo con tanta facilidad como en el agua o tierra y asegura que el servicio

sea ofrecido durante todo el año. [4]

Hoy en día, existe un número cada vez mayor de compañías especializadas en la

construcción de aerodeslizadores pequeños, de 2 a 5 puestos, haciendo uso de las mismas

técnicas de construcción de las grandes compañías, lo cual garantiza su funcionalidad y

confiabilidad. Estos aerodeslizadores pueden lograr fácilmente velocidades entre 20 a 50 mph

en el agua y más de 50 mph en hielo. Se usan casi exclusivamente en agua, ya que son menos

eficientes sobre superficies sólidas con cualquier inclinación, son menos manejables ya que

siguen el contorno de la superficie sobre la cual se traslada. Para el manejo en ríos son muy

17

buenos ya que pueden navegar fácilmente sobre rápidos debido a que no está en contacto

directo con el agua.

Los aerodeslizadores a control remoto o para una o dos personas son los más usados por

su fácil construcción y versatilidad. Los más construidos son los aerodeslizadores integrados,

éstos usan un solo motor que cumple una función dual de sustentar y trasladar, para lograr esto

se desvía parte del flujo de arrastre para generar el colchón de aire. El mayor inconveniente de

este tipo de aparato es que no son capaces de flotar sin desplazarse.

También es creciente la cantidad de aerodeslizadores "hechos en casa" y del tipo "para

armar", con fines recreativos y para competencias. Así mismo, en lugares como Europa, se

están empezando a organizar carreras y campeonatos, todavía no patrocinados, pero que

cuentan con una afición creciente y entusiasta; en los que se hacen demostraciones de

verdaderas máquinas de carreras que sobrevuelan las aguas a velocidades incluso mayores a

los 150 km/h.[1]

Su altísima velocidad, maniobrabilidad, gran capacidad de carga, versatilidad,

insensibilidad a la consistencia de la superficie sobre la que se desplaza, invisibilidad al radar

y al sonar (en las versiones militares), el hecho de no dejar huellas, unido todo a su bajo costo

de mantenimiento, convierten a los aerodeslizadores en un medio de transporte único e

insustituible, que continuará jugando un importante rol en aplicaciones actuales y encontrará

muchas nuevas formas para usar sus capacidades.

1.4 Funcionamiento de un aerodeslizador [2]

A continuación se describe cómo trabaja un aerodeslizador y cuáles elementos y

principios están involucrados en la operación del mismo. En la Figura 11 se muestran cada

uno de los elementos de un aerodeslizador, a los cuales se hará mención.

18

Figura 11 Elementos de un aerodeslizador [2]

El aerodeslizador fluctúa sobre un cojín de aire expulsado hacia abajo mediante un

ventilador (a veces más de uno) motorizado y colocado a bordo del medio. Esto le permite

levantarlo del suelo, mantiene el medio en suspensión y permite aterrizar sucesivamente donde

se desea. La altura de fluctuación del medio varía de 152mm a 2743mm y depende

evidentemente del tamaño del aerodeslizador.

La carga máxima de un aerodeslizador está determinada por el producto de la Presión de

su cojín de aire por la superficie cubierta de dicho cojín, es decir P x área. La carga operativa

será un 25% inferior a la carga máxima, para mantener un coeficiente de seguridad en caso de

gran solicitud de capacidad durante una emergencia.

Para mantener un grado de seguridad elevado, especialmente en condiciones operativas

extremas, es necesario prevenir eventuales grietas del cojín de aire y, por lo tanto, equipar el

propio medio con un óptimo sistema de estanqueidad del cojín, definido en términos técnicos

"falda" (skirt).

Cuando el aerodeslizador se ha levantado sobre su cojín de aire, la potencia del motor se

utiliza sólo para el desplazamiento del medio, mediante principios fluidodinámicos, puesto

que el mantenimiento en fluctuación no precisa tanta potencia como su elevación inicial que

recibe el nombre de despegue.

En algunos aerodeslizadores esta operación se efectúa utilizando un motor separado y

distinto respecto al del movimiento, en otros en cambio el mismo motor sirve para el despegue

y para el movimiento.

19

El movimiento del aerodeslizador se obtiene dirigiendo el chorro de aire generado por el

ventilador, definido precisamente "chorro" (jet). El chorro de dirige mediante aletones

verticales controlados desde el timón sobre la plancha de mando. El movimiento también se

puede guiar desplazando el peso a bordo del aerodeslizador, pero para ello se necesita tener

mucha práctica.

Una vez descrito el funcionamiento de un aerodeslizador, se procede a explicar

detalladamente cada uno de los elementos del mismo, así como aspectos a tomar en cuenta

para el diseño.

1.4.1 Casco o bastidor

El bastidor o casco es el cuerpo del aparato, básicamente, como el piso de un barco. En

modelos pequeños generalmente se construye de madera, contrachapado, fibra de vidrio o

incluso aluminio. En modelos radio controlados es común el uso de madera balsa,

polipropileno, fibra de carbono, etc.

Las funciones del casco en un aerodeslizador son:

• Servir de base a todos lo componentes: motor, falda, controles, propulsores, etc.

• Direccionar y canalizar el flujo de aire hasta la falda.

• Permitir una flotación adecuada, como para que en caso de una emergencia el

aerodeslizador pueda mantenerse por sí solo en su estado de carga más crítico.

La forma de los bordes debe ser angulada, como se muestra en la Figura 12.b, para que

esta inclinación evite el colapso del colchón de aire y el aparato pueda aterrizar seguramente

sin hundirse.

20

Figura 12. Efecto de la forma del borde del casco sobre la falda [3]

El diseño de la estructura del casco más común es el mostrado en la Figura 13. Esta

estructura utiliza una balsa interna horizontal, lo que tiene dos ventajas; la primera es que la

balsa provee una gran flotabilidad de forma que no es necesario preocuparse porque el

vehículo se hundiera si se pierde potencia. La segunda ventaja es que este tipo de construcción

constituye una estructura muy rígida y de sencilla construcción. [6]

Figura 13. Típica estructura del casco, basada en el uso de una balsa interna [6]

El colchón de aire puede ser alimentado a través de huecos en la balsa, o haciéndolo

pasar a través de una falda alrededor de la balsa saliendo de ésta a través de huecos o ranuras

que tiene el casco, como se muestra en la Figura 13. [6]

Este tipo de estructura fue usado por muchos aerodeslizadores, tales como el SR-N1,

SR-N2, SR-N3, SR-N4, AP1-88, BH7 y LCAC, en los que el aire de alta presión que sale de

los huecos angulados hacia el centro del vehículo ayudó a contener y sostener el colchón de

aire y fue posible crear un colchón de aire estable. En este tipo de estructura el aerodeslizador

se sostiene sobre una cavidad de aire de alta presión que permite el levantamiento, el cual es

21

creado y mantenido por un chorro de aire periférico que produce un anillo de aire de alta

presión circundando el aire de baja presión que se mantiene en el centro.

En modelos a escala, una estructura como la descrita puede ser hecha construyendo una

estructura entramada sobre una lámina de madera balsa o contrachapado y cubierta con otra

lámina adicional de madera, tal como se representa en la Figura 14. Esto hace que la balsa sea

fuerte y a la vez liviana. Éste puede ser hecho a prueba de agua sellando los bordes con fibra

de vidrio de bajo peso y pega epóxica. Típicamente, se fijan tabiques en la parte superior de la

balsa, a lo largo tanto de la longitud como del ancho. [6]

Figura 14. Construcción de estructura del casco, usada en algunos modelos a escala [6]

1.4.2 La falda

La falda consiste en una serie de fragmentos de material flexible (polímeros blandos

plásticos, o elementos tejidos) que rodean el bastidor y dentro del cual el aire es alimentado

desde la hélice o ventilador permitiendo entre otras cosas crear un cerramiento adecuado que

direccione la salida del flujo de aire por debajo del casco de manera homogénea y radial. [3]

Los primeros prototipos de aerodeslizadores intentaron emplear el efecto suelo (el

mismo que emplean los helicópteros en el momento del despegue), lo que los mantenía

separados del piso una distancia considerable. Sin embargo, en terrenos irregulares y en

maniobras intensas, el aparato era inestable, además la altura que lograba levantarse el aparato

era baja, a menos que usara una gran y poco económica potencia. Por estas razones se crea

una interfase entre el aparato y el piso, la falda, la cual retiene un colchón de aire mucho más

22

profundo incrementando la altura de elevación. La falda se separa levemente de la superficie

tendiendo a barrer suavemente la superficie sobre la cual se traslada. [3]

En un aerodeslizador con falda, la altura de elevación se define como la distancia entre

la estructura dura del casco y la superficie sobre la cual se traslada.

El funcionamiento del aerodeslizador con falda se puede describir de la siguiente

manera, al encenderse el aparato la hélice comienza a soplar aire y empieza a llenar la falda y

el espacio comprendido entre el fondo del casco y la superficie, el cual inicialmente se

encuentra efectivamente sellado por el contacto entre la falda y la superficie. Al continuar la

hélice o ventilador empujando aire dentro de la falda, la presión debajo del casco aumenta

alcanzándose el punto en que la fuerza de la presión de aire actuando debajo del casco iguala

el peso del aerodeslizador que actúa hacia abajo sobre la falda y el aire contenido en ella. [6]

Cuando el empuje de la presión de aire dentro de la falda es ligeramente mayor que el

peso presionando hacia abajo sobre la misma el aparato empieza a elevarse y la falda a

separarse de la superficie, por lo que el aire empieza a escapar por debajo del borde de la

falda. En ese punto, es necesario un balance entre la cantidad de aire entrando a la falda para

mantener el aerodeslizador descansando sobre la falda y la tasa a la cual se pierde aire por

debajo del borde de la falda. Para detener el flujo de aire que la falda empuja de adentro hacia

afuera se debe tener una tensión constante alrededor de la falda y la única forma que lo logra

es una circular o un diseño del borde inferior de la falda fruncido con el interior hacia el centro

del aerodeslizador. [6]

El balance de fuerzas para mantener el aerodeslizador suspendido se presenta en la

Figura 15. Deben cumplirse las siguientes relaciones, para mantener la presión de aire idónea

Tasa de entrada de aire > Tasa de pérdida de aire

Presión de aire en la cámara > Peso del aparato . Superficie total del casco

23

Figura 15. Balance de fuerzas para mantener el aerodeslizador suspendido [4]

1.4.2.1 Funciones de la falda

La falda de un aerodeslizador permite contener el colchón de aire eficazmente dándole la

altura necesaria para poder sobrepasar obstáculos como grandes olas, rocas, crestas y

depresiones, manteniendo su velocidad normal de operación. Su rigidez y grado de inclinación

determinan la estabilidad del aparato. [3]

La falda está hecha de un material que se deforme cuando el aerodeslizador encuentra

una ola u objeto sólido en su camino y que una vez superado el mismo retorne a su posición

original

A continuación se enumeran las funciones que cumple la falda:

• Contener el aire debajo del aparato para lograr el GAP deseado (se denomina GAP a

la distancia que separa la falda de la superficie), de forma homogénea a lo largo del

perímetro del casco.

• Dar una adecuada estabilidad al aparato, independientemente de que el mismo esté

parado o en movimiento.

• Aumentar la separación física entre el bastidor y la superficie (altura de elevación)

de forma de enfrentar los obstáculos eficazmente minimizando la pérdida de aire

dentro del colchón y retornando rápidamente a su forma original para evitar el

colapso del aparato.

24

• Disipar una gran proporción de la energía que se produce en colisiones con

obstáculos que superen el GAP, amortiguando el impacto.

• Juega un rol clave en la carga que puede manejar el aparato, ya que al mantenerse el

aire dentro de la falda, la energía requerida para mantener el aire bajo el bastidor es

mucho menor puesto que la tasa de pérdida de aire es menor que cuando se tiene un

chorro periférico abierto (sin falda). Esta disminución de los requerimientos de

potencia debido a la disminución de la tasa de pérdida de aire hace que el motor

requerido en un aerodeslizador con falda pueda ser más pequeño que el usado en un

diseño de chorro periférico sin falda. De hecho, el incremento en la capacidad de

carga que un aerodeslizador con falda puede transportar es más de diez veces mayor

que la correspondiente a un aerodeslizador del mismo tamaño sin falda.

1.4.2.2 Criterios de diseño de la falda

Por ser una de las partes de mayor vulnerabilidad en el aparato, su diseño debe ser el

adecuado o el viaje será inconfortable para los pasajeros o pueden resultar daños a la falda o el

casco. Un excesivo desgaste de la falda se puede producir si sus bordes están batiéndose hacia

arriba y abajo sobre la superficie del agua.

En el diseño de la falda debe tomarse en cuenta los siguientes criterios:

• El material debe ser ligero, flexible y debe garantizar una vida útil larga.

• Debe tener un diseño simple que facilite su construcción y reparación

• El uso de la falda tipo dedos constituye una rápida y sencilla forma de contrarrestar

los efectos del desgaste sin tener que reemplazar toda la estructura de la falda.

• Su sistema de fijación al aparato debe ser tal que cuando se necesite realizar su

mantenimiento no haya necesidad de levantar el aparato.

• Debe tener un costo de mantenimiento bajo aunque esto amerite un costo inicial de

fabricación alto.

25

• Tener una entalla para que cuando se llene la falda, la misma se mantenga a la

misma altura sobre la superficie a todo el rededor del aparato, con lo que se asegura

que una parte de la falda no arrastre mientras que otra esté separada de la superficie.

El diseño de la falda debe tomar en cuenta el uso y tipo de terreno por el que se

desenvolverá el aparato y no puede ser independiente del casco, pues éste determina en gran

parte la estabilidad del colchón y por consiguiente la del aparato. [3]

1.4.2.3 Tipos de faldas

Existen muchísimas patentes registradas de faldas con distintos elementos, pero en

cuanto a su diseño conceptual se clasifican en tres grandes tipos, las faldas de secciones

individuales tipo dedo, las faldas de sección continua o tipo bolsa y una combinación de éstas

dos llamada combinación bolsa-dedo.[3]

- Falda tipo dedo

La falda tipo dedo (Figura 16) consiste en una serie de segmentos de material flexible

que pueden moverse individualmente y moldearse a la superficie sobre la cual se traslada. Los

dedos se fijan en su parte superior al casco por grapas o tornillos y en su parte inferior por

ataduras. Las ataduras se diseñan como un fusible, esto significa que en caso de choque deben

romperse primero que cualquier otro elemento, previniendo así el daño de la falda. [3]

Figura 16. Falda tipo dedo

Cada segmento es alimentado de aire de manera individual a través de orificios en el

casco, esto hace que en caso de que se produzca la pérdida total o parcial de uno más

26

segmentos el funcionamiento no se ve gravemente afectado, siempre y cuando la pérdida de

segmentos no sea en una sección continua de la falda, en cuyo caso se producirá la pérdida

total del colchón de aire y el reemplazo sería necesario para continuar funcionando. [3]

No es necesario que los segmentos sean cosidos unos a otros, pues la idea de la falda es

formar un sello de aire muy flexible entre el aerodeslizador y el terreno. Para lograr esto, los

dedos deben unirse rígidamente a la carcasa en la parte superior pero en la inferior se deben

unir solo a través de ataduras que se sujetan de cabos en el caso. A continuación, en la Figura

17, se muestra como queda dispuesta la falda en un aerodeslizador.

Figura 17. Aerodeslizador con falda tipo dedo [7]

La falda tipo dedo recta es fácil de diseñar y construir y el trabajo de reparación o

sustitución es muy sencilla ya que son independientes unos de otros y removibles. En cuanto

al material del cual está hecha la falda, éste debe ser impermeable tanto al agua como al aire,

debe ser flexible y a la vez muy resistente para resistir el desgaste producto de su interacción

con agua, arena, piedras, etc. También debe tener un coeficiente de roce bajo. Generalmente

las faldas se construyen de neopreno pero debido a su alto costo, se han desarrollado modelos

en los que los dedos se construyen de un material más económico y se realizan injertos de

neopreno en los bordes que estarán en contacto con la superficie.

Al diseñar la geometría de la falda, un detalle técnico importante a tomar en cuenta es

que el punto exterior de contacto de tierra de la falda debe estar alineado con el punto de

pivote exterior para lograr un equilibrio que garantice la estabilidad en cualquier

funcionamiento. [3] Este detalle se ilustra en la Figura 18.

27

Figura 18. Detalles constructivos de un dedo [3]

Los dedos traseros tienen una cobertura adicional en la parte inferior del casco, que

cubre desde la superficie del casco hasta el borde de los dedos y sobresaliendo por la parte

trasera para prevenir que el segmento arrastre agua u otro material dentro de la cavidad, lo que

podría producir el hundimiento del aparato. Este detalle se representa en la Figura 19

Figura 19. Aditamento para hacer la falda tipo dedo más estable [3]

En cuanto al tamaño y cantidad de dedos no existe ninguna restricción constructiva. Este

tipo de falda puede ser instalado por igual en modelos radio controlados como en modelos de

gran envergadura y tamaño.

Al ser la falda tipo dedo completamente abierta, la presión periférica aumenta poco, lo

que la hace muy suave y flexible ya que la presión del colchón es la que la mantiene firme. Sin

embargo, al ser abierta, existe una recirculación del aire en el interior lo que la hace

hidráulicamente menos eficiente que otros tipos. Es decir un mismo aerodeslizador que

emplea falda tipo dedo requiere de mayor potencia hidráulica para lograr su sustentación que

28

uno que utiliza falda tipo bolsa. Sin embargo, esta desventaja se contrarresta con el hecho de

que este tipo de falda ejerce menos roce sobre la superficie. [3]

Las faldas tipo dedo tienen un coeficiente de fricción bajo, pero tienen baja estabilidad

en comparación con la tipo bolsa. En todo caso, este tipo de falda es ideal para viajar a altas

velocidades sobre las olas o tierra. Un aerodeslizador con una falda tipo dedo no acumula agua

como una falda tipo bolsa al momento del aterrizaje.

- Falda tipo bolsa

La falda tipo bolsa consiste en un ducto de material flexible, de sección transversal

circular. Este conducto es inflado a una presión que debe superar la del colchón de aire bajo el

casco en al menos 20% debido a que con este tipo de modalidad de falda, es ésta la que

levanta la nave de la superficie conjuntamente con la presión generada en el colchón de aire.

Si la relación mínima de las presiones no se cumple el sistema colapsa como se muestra en la

Figura 20.

Figura 20. Efecto de la presión en la falda tipo bolsa [3]

Este tipo de falda es de sección continua, lo que implica que daños sobre su estructura

podrían colapsar por completo el aerodeslizador, así mismo su mantenimiento resulta más

costoso que en la modalidad tipo dedo, ya que hay que desmontarla completa. Sin embargo, la

rigidez de esta falda es mayor que la tipo dedo, lo que le da mayor estabilidad al aparato, que

por otro lado implica mayor contacto con la superficie, por tanto mayor fricción entre la nave

y la superficie. [3]

29

El suministro de aire a la falda se puede lograr de dos formas distintas, suministro de

aire en serie y suministro de aire en paralelo.

La alimentación en serie consiste en que el ventilador de sustentación llene primero la

falda y de allí a través de unos agujeros en el lado interior de la falda fluye el aire debajo de la

carcasa para formar el colchón de aire. Variando el número y tamaño de los agujeros se altera

el diferencial de presión entre la bolsa y el colchón de aire. El mecanismo de suministro de

aire en serie se esquematiza en la Figura 21.

Figura 21. Alimentación en serie en una falda tipo bolsa [3]

En la modalidad de alimentación en paralelo, el aire del ventilador de sustentación

alimenta simultáneamente la falda y el colchón de aire. Para esto se le coloca al ducto del

ventilador un juego de huecos que envían un porcentaje de aire a la falda que está totalmente

sellada y el resto va al colchón de aire, tal como se ilustra en la Figura 22. Alimentación en

paralelo en una falda tipo bolsa.

Figura 22. Alimentación en paralelo en una falda tipo bolsa. [3]

30

Al estar la falda totalmente sellada, una pequeña rajadura podría producir una pérdida

considerable de la presión de la falda que generaría inestabilidad o el colapso total de la

embarcación.

Como se mencionó anteriormente, este tipo de falda favorece notablemente la

estabilidad del aparato y en caso de una colisión con un obstáculo grande podría actuar como

un gran parachoque, sin embargo, presenta una serie de características que le restan seguridad

al aparato. Por esta razón se han desarrollados híbridos entre la falda tipo dedo y la falda tipo

bolsa, denominada combinación bolsa-dedo, lo que se tratará en la siguiente sección. [3]

- Combinación bolsa-dedo

Este tipo de falda es el más eficiente, pues combina la estabilidad de la falda tipo bolsa

con la facilidad de mantenimiento, seguridad y poco roce de la falda tipo dedo.

Sin duda alguna este sistema es el más desarrollado y estudiado, pues constituye el

diseño óptimo en todos los sentidos. Entre sus cualidades se pueden citar: fácil mantenimiento,

durabilidad, permite superar obstáculos de grandes dimensiones, el roce con la superficie es

mínimo y lo más importante, genera gran estabilidad y una recuperación rápida luego de haber

sufrido una deformación considerable sobrepasando un obstáculo. [3]

Figura 23. Esquema de la combinación bolsa-dedo. [3]

La Figura 23 muestra un esquema de una falda combinación dedo-bolsa. Ésta no es la

única solución constructiva para estos modelos, pero todas las soluciones se basan en el

mismo principio: el aire es alimentado en serie, alimentándose primero la falda tipo bolsa, la

cual luego de tomar forma alcanza su presión deseada (20% por encima de la presión del

31

colchón de aire) y se distribuye el aire a los dedos, los cuales confinan el aire y forman el

colchón, tal como es mostrado en la Figura 24. [3]

Figura 24. Falda combinación bolsa-dedo [7]

La desventaja de este tipo de falda es que su diseño, fabricación e instalación son más

complicados que en los otros dos tipos, lo que la hace mucho más costosa, por lo que su uso se

restringe principalmente a modelos comerciales o militares, donde el presupuesto es grande,

siendo muy raro conseguir este tipo de falda en un modelo recreativo.

1.4.3 Motores

En función del número de motores empleados, los aerodeslizadores tienen dos diseños

básicos, uno en el que se tiene una única fuente de poder para la sustentación y propulsión y

otro en el que se usan motores independientes para cada una de estas funciones.

En un aerodeslizador integrado, se utiliza la misma fuente de potencia para la

sustentación y la propulsión, es decir, el aire que sale de la hélice o ventilador es separado en

dos flujos. Aproximadamente el 30% del aire fluye a la parte inferior del casco a través de una

sección de la caja, la cual constituye una vía de alimentación para la falda, hacia la cual fluye a

través de agujeros en la periferia del casco. El resto del aire sale por la parte posterior del

aerodeslizador a través de los aletones verticales y provee propulsión. [4]

El diseño integrado puede sufrir del simple hecho de que el flujo de aire que se genera

con el único motor está comprometido para hacer ambos trabajos.

En la Figura 25 se esquematiza el diseño integrado de aerodeslizador.

32

Figura 25. Diseño integrado de aerodeslizador [4]

El aerodeslizador con doble motor tiene un motor para sustentación y otro para

propulsión (Figura 26). Los motores pueden operar independientemente, pudiendo ser

optimizados para cada aplicación. En este tipo de aerodeslizador, el bastidor tendrá tantas

cavidades como sea necesario para suplir los requerimientos de aire dependiendo del tipo de

falda a utilizar. [4]

Figura 26. Diseño multi-motor de un aerodeslizador [4]

Este tipo de diseño generalmente tiene un mejor desempeño en términos de la altura de

levantamiento y la velocidad que puede alcanzar. [4]

En cuanto al tipo de motores usados en aerodeslizadores, se puede decir que han

evolucionado como el diseño de la falda. El SR-N1 y otro de los primeros aerodeslizadores

utilizaron motores tipo pistón. Modelos como el SR-N4 y el SR-N6 usaron turbinas de gas.

Este tipo de motor es más pequeño y ligero para un caballo de potencia dado. [6]

33

No obstante el uso de estos motores producía un nivel muy alto de ruido fuera del

vehículo. Las generaciones más nuevas de aerodeslizadores han puesto mucha atención al

ruido del motor y a la eficiencia de combustible. El AP188 que hace las rutas que

anteriormente hacía el SR-N6 usa motores diesel que son mucho más silenciosos y tienen una

mayor eficiencia del combustible. [6]

Como se verá más adelante, en el sistema de sustentación a veces se usan ventiladores

axiales colocados horizontalmente, apuntando al fondo del casco. Para este tipo de sistema, el

motor por lo general es de eje vertical. [3]

De requerirse de motores más grandes, se recurre a motores de eje horizontal, en los que

se emplean dispositivos mecánicos, como correas, engranajes o diferenciales para la

transmisión de potencia. Éstos motores requieren normalmente de sistemas de refrigeración y

eléctricos, separados de su estructura, razón por la cual su uso genera costos elevados. [3]

En los sistemas de sustentación en lo cuales se emplean ventiladores centrífugos, el

motor es de eje horizontal y el acople más común es mediante poleas y correas.

En cuanto al sistema de propulsión, el tamaño del motor es directamente proporcional al

tamaño de la propela, que a su vez está directamente relacionada con el tamaño del aparato.

Para modelos medianos se emplean motores de cuatro o dos tiempos, pero de una cilindrada

considerable, por ejemplo para un aerodeslizador monoplaza con una hélice de

aproximadamente un metro de envergadura, se emplea un motor 1600 cuatro tiempos a

gasolina. En todo caso, la selección del motor se hace a partir de las condiciones de operación

a las que va a trabajar la hélice, en función del empuje que se quiere lograr. [3]

En modelos radio controlados, la selección del motor se hace de acuerdo al diseño en

específico del aparato y a la aplicación. En dichos modelos los motores eléctricos producen

una potencia adecuada, pero cuando el aerodeslizador es más grande y pesado y se requiere

mayor potencia que la que da un motor eléctrico o cuando es requerida una larga duración, es

común el uso de motores de gas o combustión. Las baterías modernas están alcanzando

niveles de potencia que pueden igualar y exceder la generada por un motor de combustión o

gasolina, equivalente para el mismo peso. [6]

34

A continuación se describen cada tipo de fuente de potencia empleada en los modelos de

aerodeslizadores

- Motores eléctricos

Esta solución ha sido tradicionalmente más pesada que un motor equivalente de gasolina

de la misma potencia. Las baterías constituyeron un serio problema de peso en el pasado. No

obstante la nueva tecnología de baterías de bajo peso hace que ahora el motor eléctrico pueda

igualar la relación peso-potencia de un motor de combustión. [6]

A pesar de los avances en la tecnología de potencia eléctrica, una duración de

aproximadamente diez a quince minutos es típica para la potencia de salida requerida, con la

actual tecnología de batería. Después de un uso las baterías tienen que ser enfriadas y ser

recargadas antes de que puedan ser usadas de nuevo. Un motor de combustión simplemente

tiene que ser recargado de combustible y está listo para operar de nuevo luego de diez

minutos. [6]

Muchos modelos eléctricos a escala exitosos han sido producidos y han alcanzado gran

popularidad, lo cual también se ha visto impulsado por el hecho de que en algunos lagos para

navegar aerodeslizadores a escala se ha prohibido el uso de aerodeslizadores que utilizan

motores de combustión o gas por la contaminación que generan. [6]

Los aerodeslizadores eléctricos pueden ser utilizados en lugares cerrados, son

silenciosos y no contaminan cuando se usan en ríos o lagos. Son fáciles de programar y no

requieren nada más que un controlador de velocidad en el receptor radio controlado y un

cargador de batería para ser operativo. En aplicaciones en las que el aerodeslizador operará

sobre aguas tranquilas, en lugares cerrados o sobre terrenos relativamente planos la potencia

eléctrica es la mejor opción. [6]

En el mercado existen motores que no son costosos, son razonablemente eficientes y

pueden ser ajustados a una hélice o propela que pueden ser fácilmente usados para

sustentación y propulsión.

35

- Motores de combustión o gasolina.

Los motores de combustión o gasolina (Figura 27) producen grandes cantidades de energía

con un muy bajo peso. Se necesita una operación especial y soporte del equipo para cargar el

motor de combustible, prenderlo y mantenerlo funcionando. Es la mejor opción si el modelo

es usado sobre terrenos irregulares o grama. [6]

Figura 27. Motor de gasolina de aeromodelismo

Muchos motores modernos tienen tolerancias muy ajustadas, lo que los hace ser fuentes

de poder muy confiables. Los motores son manufacturados para una variedad de aplicaciones

y pueden ser encontrados en carros, barcos y aviones radio controlados. Para aerodeslizadores

radio controlados se busca una mezcla de las características encontradas en los motores para

cada una de estas aplicaciones. [6]

Como en los carros radio controlados el motor para un aerodeslizador necesita de un

sistema de filtro carburador para prevenir que el polvo y sucio entre a el motor con la mezcla

de aire y combustible. [6]

El principal problema de los modelos de aerodeslizadores que son potenciados por

motores de combustión es el polvo y arena que es absorbido dentro del motor. Estos modelos

son a menudo usados en zonas arenosas, pero incluso en estacionamiento o zonas deportivas

pavimentadas una cantidad sorprendente de polvo y arena es levantado por el aerodeslizador y

son absorbidos por el flujo de aire de sustentación y propulsión. El polvo que alcanza el

interior del motor puede atascar la alimentación de combustible y conduce a características de

funcionamiento no confiables. [6]

36

Los filtros de carros radio controlados funcionan muy bien en la aplicación en

aerodeslizadores, los cuales son ampliamente disponibles por una variedad de fabricantes. La

carcasa de caucho se une directamente a la admisión de aire del carburador y contiene uno o

dos discos de espuma bañados en aceite. Esto permite que el aire pase a través del dispositivo

pero el polvo y la arena queda atascado en la espuma y permanece allí. Solo se requieren

cambios periódicos de los discos de espuma para mantener la alimentación de combustible al

motor limpia. [6]

1.4.4 Ventiladores

1.4.4.2 Ventiladores para sustentación

En un aerodeslizador el aire de sustentación es generado usando un ventilador, hélice o

propela.

El ventilador genera un flujo de aire que crea presión bajo el vehículo como fue

discutido anteriormente. El requerimiento básico es satisfacer ambos la necesidad de presión

de aire bajo el aparato y la de flujo de aire que permita que el vehículo mantenga la altura de

sustentación sobre diferentes terrenos. [6]

Los ventiladores vienen en dos configuraciones básicas: centrífugos y axiales.

- Ventiladores centrífugos

En un ventilador centrífugo el aire sale radialmente de los bordes del ventilador. El

ventilador trabaja moviendo el aire en una trayectoria circular. Para aerodeslizadores de gran

capacidad de carga el ventilador más comúnmente usado es el de tipo centrífugo. Este tipo de

ventilador tiene un buen desempeño y con un único ventilador se puede lograr sustentar un

aparato de magnitudes considerables, ya que éstos manejan un gran caudal de aire a presiones

elevadas.

37

Figura 28. Ventilador centrífugo en el SR-N6 [6]

El principal inconveniente que presentan estos ventiladores es que su peso es grande en

comparación el peso de una hélice ya que deben estar cubiertos con una voluta, sin embargo

una alternativa es construir la voluta como parte del casco. [3]

En modelos de aerodeslizadores, tanto ventiladores centrífugos como axiales pueden ser

usados. Muchos modelos usan propelas o hélices como ventiladores para sustentación, los

cuales trabajan bien pero son ineficientes y pueden ser ruidosos si se compara a un diseño

centrífugo equivalente. [6]

- Ventiladores axiales

En un ventilador axial el aire sale en línea con el eje del ventilador de manera similar a

una hélice de avión. El ventilador es hecho de dos o más álabes que salen radialmente del

centro o cubo, con los álabes dispuestos en un ángulo con el aire incidente. La ventaja de este

diseño de ventilador es que puede tomar ventaja de la tecnología de propelas, por ejemplo,

álabes de paso variable. [6]

Los sistemas más comunes emplean ventiladores de tipo axial colocados por lo general

de manera horizontal, manteniendo un cierto ángulo que enfrente al flujo natural producido

por el desplazamiento del aparato. En sistemas grandes, se emplean varios ventiladores

distribuidos de manera que el flujo dentro del aparato sea uniforme. Por lo general los

requerimientos de potencia para la propulsión son casi siempre mayores que los del sistema de

sustentación, por lo que implica un sistema mecánico más pesado y este casi siempre se coloca

en la parte posterior del aparato ya que generalmente es el lugar de mayor área de base. Por

38

esta razón se trata casi siempre de ubicar los ventiladores de sustentación en la parte frontal o

media del aparato, logrando un cierto balance de cargas sobre la estructura [3].

Modelos de aerodeslizadores pueden usar propelas de modelos de aviones para proveer

la sustentación. Las propelas pueden ser unidas a motores eléctricos o de combustión. Si se

usa una propela, ésta debe estar encerrada en un ducto tal que el aire presurizado no escape

más allá de los bordes de la propela. La propela debe estar ajustada a la pared del ducto sin

que los bordes toquen el ducto en algún punto. [6]

1.4.4.2 Ventiladores para propulsión

El sistema de propulsión emplea ventiladores de flujo axial y hélices. Generalmente son

de tres o más álabes y su tamaño varía en función del empuje que se desea alcanzar. El efecto

de una hélice girando causa un diferencial de presión estático entre las caras delanteras y

traseras del disco formado por la hélice girando, siendo esta diferencia de presión la que causa

que el aire al ser succionado en el frente, salga expulsado a mayor velocidad por la parte

trasera.

Aquí no hay restricciones en cuanto al tamaño siempre y cuando se mantenga una

proporcionalidad entre su tamaño y la envergadura del aparato, con criterios únicamente de

carácter estético y práctico. Cabe destacar que el uso de hélices de gran tamaño podría generar

momentos no deseados por la inercia que poseen. [3]

La propela o hélice usada para impulsar un aerodeslizador de tamaño real es usualmente

una tipo avión con paso de los álabes variables. En un vehículo de diseño integrado (en el cual

se emplea el mismo ventilador para la propulsión y la sustentación) la velocidad de rotación

debe permanecer ajustada a la del motor y el ventilador de sustentación. Esto es así porque la

cantidad de sustentación requerida es la que determina la velocidad del motor que hace girar el

ventilador de sustentación. Por tanto, la cantidad de propulsión que la hélice provee debe ser

obtenida variando la inclinación de la propela y no su velocidad de giro. [6]

Un amplio rango de propelas han sido usadas en aerodeslizadores comerciales, variando

las mismas desde tener dos a siete álabes y variando el diámetro de las propelas en un rango de

nueve a veintiún pies.

39

En la Figura 29 se muestra el tamaño de la propela de el aerodeslizador SR-N4.

Figura 29. Propela en el SR-N4 [4]

1.4.5 Sistemas de Control [3]

En un aerodeslizador se pueden emplear los siguientes sistemas de control:

• Control de cambio de dirección.

• Controles de aceleración.

• Controles de sustentación.

• Controles eléctricos y electrónicos.

• Controles de operaciones mecánicas.

Para el cambio de dirección se orienta el chorro de aire que producen las hélices de

propulsión, para ello se puede girar el conjunto motor-hélice o se emplean timones que

desvían el chorro de aire.

Los controles de aceleración están referidos al conjunto de elementos electromecánicos

y circuitos que permiten variar la velocidad de los motores para aumentar o disminuir la

velocidad absoluta del aparato.

40

Otro aspecto importante a controlar es el conjunto de variables del colchón de aire. A

medida que se aumenta la velocidad del aparato, aumentan las pérdidas de aire en el colchón

por lo que se hace necesario variar los parámetros físicos del mismo.

La situación más crítica ocurre cuando el aerodeslizador se desplaza por el agua,

específicamente en el arranque en agua después de una parada con el colchón de aire cargado.

Como la presión dentro del colchón es mayor que la atmosférica, el aparato genera un

hundimiento a lo largo de su perímetro, a este fenómeno se le conoce como joroba o hump.

En el momento del arranque el aparato debe enfrentarse a la ola frontal generada por el

fenómeno joraba y para ello a medida que se acelera el propulsor se debe aumentar el caudal

de aire dentro del colchón.

La Figura 30 muestra el fenómeno mencionado.

Figura 30. Fenómeno de la joroba [3]

Otra situación crítica durante el traslado por agua es el enfrentamiento frontal con olas

que pongan repentinamente la falda con la superficie del agua, pudiendo producir el colapso

parcial del colchón. Esto puede producir un cambio de velocidad tan brusco que el piloto

podría salir disparado de la cabina y con él diversos objetos de carga. A este fenómeno se le

conoce como volcamiento frontal o Plought-in.

41

Una solución constructiva práctica empleada en estos casos es el uso de un timón

horizontal conocido como álabes ascensores, los cuales generan una fuerza de manera que se

levante la punta del aparato. La Figura 31 muestra un diagrama que ilustra el funcionamiento

del timón de álabes ascensores.

Figura 31. Funcionamiento del timón de álabes directores. [3]

En casos donde la falda tiene dedos, se puede emplear otro tipo de solución que consiste

en incorporar bolsas de aire a presión por dentro de los dedos de la punta dándole una rigidez

adicional evitando el colapso de la falda en el frente del aparato. La Figura 32 ilustra este

sistema.

Figura 32. Aditamientos de presión para dar rigidez a la falda [3]

El resto de los controles tiene que ver con los subsistemas que permiten el

funcionamiento de los sistemas antes nombrados, tales como sistemas de lubricación, sistemas

de refrigeración de motores, aire acondicionado, luces, corriente, etc.

No se puede generalizar el número de canales que tiene que estar en capacidad de

manejar los tripulantes de un aerodeslizador. Lo que sí se puede asegurar es que, como

42

mínimo son dos, esto en el caso de los aparatos donde el mismo propulsor es el encargado de

general el colchón de aire, donde lo que se tiene es un canal para acelerar y otro para cruzar.

Un detalle técnico que resta un poco de versatilidad a los aerodeslizadores en la mayoría

de los casos, es su incapacidad de ir hacia atrás. Existen aparatos que disponen de unas

compuertas de sección transversal semicircular, que al cerrarse revierten el sentido del flujo de

los propulsores frenando el aparato e incluso haciéndolo ir hacia atrás. Otros disponen de

propelas capaces de variar su ángulo de ataque hasta revertir el sentido del flujo sin cambiar el

sentido de giro, produciendo el mismo efecto descrito anteriormente.

La Figura 33 muestra un esquema del principio de estos direccionadores de flujo

Figura 33. Reversores de flujo

CAPÍTULO 2

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN MARCHA DEL BANCO DE PRUEBAS

PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA HÉLICE PARA EL AERODESLIZADOR

A continuación se describe la metodología de diseño y construcción del banco de

pruebas, el proceso de medición y la generación de las curvas características de la hélice a

partir de los datos recopilados.

2.1 Generalidades de los túneles de viento.

Un túnel de viento está conformado por un conjunto de elementos mecánicos y de

medición, que permiten estudiar diversos parámetros (velocidad, prensión, densidad,

eficiencia para determinado propósito, etc) del flujo de aire circulante a través de él.

Los túneles de viento son empleados en simulaciones del comportamiento de ciertos

objetos frente a una corriente de flujo perfectamente censada y controlada, así como para

estudiar los parámetros de operación de compresores, ventiladores o cualquier dispositivo que

genere aire en movimiento, como lo es en este caso el conjunto formado por motor y hélice de

aeromodelismo.

El diseño de bancos de pruebas, para estudiar los parámetros de operación de

dispositivos que generan aire en movimiento, ha sido estandarizado por un organismo

internacional, denominado “Asociación Internacional de Movimiento y Control del Aire”,

conocido por sus siglas en inglés AMCA.

2.2 Asociación Internacional de Movimiento y Control de Aire, AMCA

La AMCA Internacional, respaldada por casi 80 años en la formulación de normas, es la

autoridad preeminente en el mundo con respecto a avances en la ciencia y el arte de la

ingeniería en materia de equipos de movimiento y control del aire. La AMCA Internacional

publica y disemina normas, material de consulta y manuales de aplicaciones para

especificadores, ingenieros y otros con algún interés en sistemas de aire, para uso en la

selección, evaluación y reparación de componentes de sistemas de aire. Muchas de las normas

de la AMCA Internacional son aceptadas como Normas Nacionales de los Estados Unidos. [8]

44

La AMCA Internacional ha desarollado una serie de estándares o normas para el estudio

del desempeño o comportamiento del aire en dispositivos generadores aire en movimiento, lo

que incluye desarrollo de curvas características y medición de flujo de aire, presión, potencia y

eficiencia. Los estándares de prueba que aplican para la determinación de desempeño del aire

son:

• AMCA International’s 210, Laboratory Methods of Testing Fans for Aerodynamic

Performance Rating

• AMCA International’s 220, Test Methods for Air Curtain Units

• AMCA International’s 230, Laboratory Methods of Testing Air Circulator Fans for

Rating

• AMCA International’s 240, Laboratory Method of Testing Positive Pressure

Ventilators for Rating

• ISO 5801, Industrial Fans – Performance Testing Using Standardized Airways

Para el diseño del banco de pruebas para la hélice, que en la siguiente sección se

describirá, se utilizó la norma o estándar AMCA International’s 210, que es la que se ajusta a

la aplicación requerida por el proyecto, ya que “establece métodos uniformes para pruebas en

laboratorio de ventiladores u otros dispositivos que producen movimiento de aire para

determinar el comportamiento de la tasa de flujo, presión, densidad del aire, velocidad de

rotación y eficiencia. Puede ser usada como base para prueba de ventiladores, sopladores,

compresores y cualquier otro dispositivo de generación de aire en movimiento cuando el aire

es usado como el gas de prueba” [9]

2.3 Diseño del banco de pruebas para la caracterización de la hélice

Para el diseño y dimensionamiento del banco de prueba se tomaron como referencia las

especificaciones expuestas en las normas AMCA para garantizar que los errores en los

resultados obtenidos sean mínimos.

• El conducto del túnel del viento debe ser de sección circular uniforme

• La longitud total del conducto no debe ser menor a 10 veces su diámetro.

45

• Los instrumentos de medición deben ubicarse a 8,5 veces el diámetro del conducto,

aguas arriba del lugar de ubicación de la hélice.

• Debe disponerse de un rectificador de flujo ubicado a 5 veces el diámetro del

conducto, aguas arriba del lugar donde se realizan las mediciones. El rectificador

debe ser tener una profundidad de 0,45 veces el diámetro del conducto y estar

constituido por celdas cuadradas cuyos lados deben medir 0,075 veces el diámetro.

• Debe disponerse de un mecanismo estrangulador del flujo ubicado al final del

conducto.

El tamaño del conducto debe ser como la norma lo recomienda para que se cumplan los

límites de velocidad permisibles para mantener las perdidas de fricción por debajo de los

límites recomendados. La velocidad mínima del aire dentro del túnel de viento es de a 0,8

m/seg y no debe exceder los 22,2 m/seg.

Por otro lado, la función del rectificador es la de laminarizar el flujo, de forma de

uniformizar lo mejor posible el perfil de velocidad en el lugar de medición, encausando el

flujo en la dirección del eje del túnel y homogeneizándolo espacialmente. Esto se hace porque

para tomar mediciones confiables en un túnel de viento se requiere un flujo laminar y

uniforme en la sección de trabajo.

En la Figura 34 se muestran de forma esquematizada las medidas del túnel de viento

según las normas AMCA.

Figura 34. Esquema del banco de pruebas según la norma AMCA 210

Dado que las hélices con las cuales se contaba eran de 11” y 12” de longitud, el tubo

seleccionado para la construcción del banco fue de 12”, diámetro comercial más cercano a las

46

medidas de las hélices, pues los otros disponibles eran de 10” o 14”. El diámetro interno del

tubo comprado, de PVC, es de 302 mm, a partir del cual se obtuvieron el resto de las

dimensiones, según lo estipulado en las normas AMCA. En la Figura 35 se presentan las

medidas finales del banco de pruebas para caracterizar la hélice.

Figura 35. Diagrama del banco de pruebas. Medidas en mm

Como se puede observar en la Figura 35, el banco de pruebas ha sido dividido en tres

secciones, una constituida por el elemento para poner en movimiento el aire, el conjunto

motor-hélice (Sección 1), otra formada por el rectificador parar laminarizar el flujo (Sección

2) y por último una sección constituida por los instrumentos de medición (Sección 3).

Seguidamente se presenta el diseño de cada una de las secciones descritas anteriormente.

2.3.1 Diseño de la sección donde se ubica el conjunto motor-hélice.

Previamente a la descripción del diseño de esta sección del banco de pruebas, es

necesario presentar el motor y la hélice empleados en el banco para su caracterización.

Para la realización de este proyecto se disponía de un motor O.S.Engine LA 46,

mostrado en la Figura 36, el cual es dos tiempos, de 0,467 pulg3 (7,5 cm3), emplea

combustible de una concentración del 5% al 15% v/v de nitro metano, opera a velocidades de

rotación comprendidas entre 2000 y 16000 rpm y llega a generar una potencia de 1,2 HP a

16000 rpm.

47

Figura 36. Motor O.S. Engine LA 46

Cada motor dependiendo de su capacidad y potencia tiene una hélice ideal y específica

para el motor, por lo que las hélices no se pueden instalar al azar. De instalarse una hélice muy

pequeña el motor se sobre revolucionara causando efectos negativos y por el contrario, si se

coloca una hélice muy grande entonces al motor le faltara fuerza. Para el motor O.S.Engines

LA 46 los tamaños de hélices recomendados por el fabricante son 11x5, 11x6, 12x5, 12x6.

Para el diseño y construcción del aerodeslizador se contaba con dos hélices, una

TopFlite 12x6 de madera y una Master Airscrew 11x6 de plástico, las cuales son presentadas

en la Figura 37.

(a)

(b)

Figura 37. Hélices disponibles (a) Master Airscrew 11x6 (b) Top Flite 12x6

48

Dada la limitación previamente descrita de la reducida disponibilidad en tiempo de los

instrumentos de medición, por el amplio uso que de ellos se hace en los laboratorios de la

Universidad, fue necesario escoger una sola de ellas para su caracterización.

Antes de explicar los criterios que se tomaron en cuenta en la escogencia de una de las

hélices, es preciso explicar el significado e importancia de los números que describen el

tamaño de una hélice, en este caso 12x6 y 11x6. El primer número representa la longitud en

pulgadas de la hélice y determina el empuje y el segundo representa curvatura o paso de la

hélice y teóricamente es la distancia que recorre la hélice en una revolución.

A mayor paso mayor cantidad de líneas de flujo de aire intercepta la hélice, en

consecuencia mayor será la cantidad de aire que se ponga en movimiento, tal como se puede

observar en la Figura 38.

Figura 38. Efecto del paso de la hélice [10]

Desde el punto de vista del motor, la longitud y el paso de las hélices afectan el

funcionamiento del motor; es decir, a mayor paso, mayor será la cantidad de aire interceptado

por la superficie de la hélice (Resistencia) y en consecuencia el motor perderá algunas RPM y

para el caso contrario, el motor ganara RPM. Si se analiza el parámetro de longitud, se tiene

que a mayor longitud el motor pierde RPM y a menor longitud el motor gana algunas RPM

[10]

Ahora bien, para la escogencia de una de las dos hélices se tomaron en cuenta varios

criterios: el tamaño de la hélice en relación a la del tubo (302 mm de diámetro interno), la

longitud, el paso y el material de fabricación.

Se comienza comparando la longitud y el paso. El paso es el mismo para ambas hélices,

sin embargo la longitud al ser diferentes sí afecta el funcionamiento del motor. Se puede decir

49

entonces que con la hélice de 12 pulgadas de longitud el motor pierde RPM pero tiene mayor

agarre y absorción del aire (empuje) que cuando el motor usa la hélice de 11 pulgadas.

En cuanto a los materiales de construcción se puede decir que entre las cualidades de las

hélices de madera se tiene que son duras y compactas, no flexan, no vibran y son construidas

de una sola pieza y entre las desventajas se citan que son caras (dado el laborioso proceso de

fabricación, barnizado y acabado) y que aguantan pocos golpes. Por otro lado, las hélices

plásticas tienen como cualidades su bajo costo y la mayor resistencia a golpes contra el suelo

en comparación con las de madera. Sin embargo, estas hélices flexan y vibran cuando están

funcionando, principalmente en los cambios de revoluciones del motor.

Se puede decir entonces, que en cuanto al material es preferible la hélice de madera por

sus bondades mecánicas y porque las desventajas de alto costo y poca resistencia a golpes, en

este caso no afectan ya que se cuenta con dos de estas hélices que fueron donadas y porque el

factor de golpes se considera principalmente cuando van a ser utilizadas en aviones pues

pueden sufrir caídas, pero en la aplicación en la cual se va emplear la hélice la probabilidad de

golpes es baja y aunque pudiera suceder se cuenta con una hélice de repuesto.

En cuanto a los tamaños de las hélices en relación al diámetro interno se puede decir que

con la hélice de 11” (279,4 mm) quedaría un espacio de 11,3 mm entre cada borde de la hélice

y la pared del tubo (22,6 mm en total), lo cual representa un espaciamiento muy grande, ya

que generalmente se busca que la hélice esté a 2 mm como máximo de la pared, esto con la

finalidad de disminuir las pérdidas de aire. Por otro lado, la hélice de 12” (304,8 mm) no cabe

en el tubo (302 mm).

Por tanto, de los criterios considerados para la selección de una de las hélices, este

último se constituye en el de mayor peso. De usarse la hélice de 11”, como el espaciamiento

existente es no aceptable, habría que hacer un ducto interno en el tubo en la zona de ubicación

de la hélice, para reducir el espaciamiento entre la hélice y la pared del tubo, pero con ello se

estaría incumpliendo uno de los criterios de la norma AMCA de que la sección del tubo debe

ser constante. De usarse la hélice de 12”, la longitud de la misma habría que ser reducida en

6,8 mm, de forma que quepa en el tubo y quede una holgura de 2 mm en cada borde de la

hélice.

50

De las alternativas anteriores, la única que puede usarse sin incumplirse los lineamientos

de la norma AMCA es la segunda, por tanto se decide utilizar la hélice de madera de 12x6,

con la cual se sacrificaría velocidad de giro pero se obtiene mayor empuje y la no flexión ni

vibración. El inconveniente que se presenta con tener que reducir su longitud es que se

requiere tener mucho cuidado y precisión al limar los bordes para garantizar que la hélice

quede balanceada y que el espaciamiento respecto a la pared del tubo sea la idónea.

Otra característica respecto a la hélice, que no ha sido mencionada, es que ella es tipo

Puller o jaladora, lo que significa que la dirección de flujo del aire es de la hélice hacia el

motor. Esta característica determina la posición que el motor debe tener relativa al tubo, pues

para que el aire fluya hacia adentro del banco, el motor debe estar ubicado internamente al

tubo. Caso contrario ocurriría si la hélice fuera tipo Pusher o empujadora, en la cual la

dirección del flujo es del motor a la hélice.

Una vez presentados el motor y la hélice con los que se contó, se procede a exponer las

consideraciones que se tomaron en cuenta para el diseño de la sección donde se ubica el

conjunto motor-hélice, las cuales fueron:

• El soporte del motor debe ser diseñado de forma que obstruya lo menos posible el

flujo de aire generado por la hélice en movimiento y que a su vez lo ubique

centradamente.

• El material de construcción del soporte debe ser tal que pueda soportar las

vibraciones generadas.

• Dado que se cuenta con servos y radio control, la regulación de la velocidad de giro

se hace con dichos dispositivos, por tanto el diseño de la sección debe considerar la

ubicación de un servo y de la conexión del mismo al motor.

• El encendido del motor requiere del uso de un calentador de bujía, por tanto

también debe considerarse la disposición del mismo de forma que sea posible

retirarlo sin mayor problema, cuando así se requiera.

• Dado que el motor es de combustible, también debe considerarse la ubicación de

las mangueras que conectan el tanque al motor.

51

• Aunque no se ubican internamente al tubo, debe plantearse la ubicación del servo

receptor, tanque de gasolina, panel de potencia y batería.

En base a las dos primeras premisas, se diseñó, en el programa Pro-Engineer, una

estructura para soportar el motor conformada por pletinas de aluminio dispuestas radialmente

y reforzadas mediante dos nervios, uno horizontal y otro vertical. Las pletinas se sueldan entre

sí y se unen al motor y al tubo mediante tornillos. Dicha estructura se presenta en la Figura 39.

Figura 39. Diseño del conjunto motor-hélice

Para la construcción de la estructura se generó un plano a escala real para el corte y

ensamblaje de las piezas, como el que se muestra a continuación, en la Figura 40.

52

Figura 40. Plano del soporte del motor-hélice

Para ubicar el servo se dispuso perforar el tubo un área igual a la del servo

electromecánico y fijarlo allí, reforzado por tornillos. La conexión entre el motor y el servo se

haría con un alambre de cobre y las pilas y el radio receptor se dispuso se colocarían en las

bases sobre las cuales se fijaría el banco de pruebas.

En cuanto al sistema para encendido del motor, compuesto por el calentador de bujía, el

panel de potencia, la batería y el arrancador, se dispuso lo siguiente: para el encendedor de

bujía, perforar el tubo justo encima de la bujía para poder disponerlo verticalmente y dado que

al estar la hélice en movimiento resultaría peligroso sacarlo, se decidió que el mismo

permanecería en su lugar y sería desconectado del panel de potencia; para el panel de potencia,

fijarlo a la base del banco; para la batería, dado que era necesario que estuviera cerca del

regulador por ser los cables cortos y dado que no había más espacio en las bases de banco se

decidió que se colocaría en una silla cuya altura sea regulable para ajustarla de forma que

cupiera debajo del banco. Finalmente, dado que el arrancador, es un dispositivo que se utiliza

únicamente al encender el motor y que para su uso necesita ser sostenido con las manos, no

necesita una ubicación fija.

53

2.3.2 Diseño de la sección que contiene el rectificador de flujo

Para esta sección, la etapa de diseño consistió básicamente en la ideación y bosquejo de

los elementos que se utilizarían para construir el rectificador de flujo y la forma en que estos

serían ensamblados, puesto que las características de tamaño y forma del rectificador ya

estaban especificadas, de acuerdo los lineamientos de la norma AMCA.

La estructura que se necesitaba construir era una especie de panal de abejas, con celdas

cuadradas, cuya forma y dimensiones se presentaron en la Figura 35 y para cuya construcción

se consideraron dos materiales, aluminio y cartón. Si bien con el aluminio se obtendría una

estructura más resistente, se consideró que la gran ventaja de la facilidad de construcción que

se obtenía al utilizar cartón, unida a la posibilidad de poder reforzar las uniones con pega de

cianocrilato (Pega Loka) y de esta forma obtener una estructura lo suficientemente resistente a

la fuerza de empuje a la que iba a ser sometida, hacían del cartón una mejor opción.

Ahora bien, al utilizar un cartón grueso, dígase por ejemplo 2 mm de espesor, se

obtendría una estructura bastante rígida pero que obstruiría más de lo deseado el flujo de aire,

por tanto hubo que hacer un balance entre ambos aspectos al evaluar cada uno de los espesores

disponibles comercialmente y la mejor opción resultó ser el cartón de carpetas, el cual tiene un

espesor de 0,5 mm.

Determinar el espesor del cartón a emplearse fue una decisión de diseño, ya que se

requería tener definido ese parámetro para poder esbozar los elementos que se cortarían para

ensamblar el rectificador.

Así pues, una vez definidos el diámetro del rectificador: 302 mm, la profundidad: 135,9

mm, el tamaño de las celdas a través de las cuales circularía el aire: 22,65 mm x 22,65 mm y

el espesor del cartón: 0,5 mm, se procedió a determinar las medidas de las láminas que habrían

que cortarse para la construcción del rectificador, lo cual se hizo en el programa AutoCAD, de

la siguiente forma: se dibujó un círculo de 302 mm de diámetro, en el cual partiendo desde el

centro, se dibujaron líneas verticales de 0,5 mm de espesor espaciadas entre sí 22,65 mm y por

medio de la herramienta de acotación se determinó la altura de cada una de las láminas de

cartón a cortase, determinadas por la intercepción de las líneas verticales y el círculo. Todo lo

anterior se puede observar en la Figura 41.

54

Figura 41. Determinación de las medidas de láminas para construcción de rectificador

Se determinó la cantidad de cada una de las láminas que se requerían para la

construcción del rectificador, información que se resume en la Tabla 1.

Tabla 1. Resumen de láminas requeridas para construcción de rectificador

Dimensiones de lámina Cantidad

302mm x 135,9 2

298,58 mm x 135,9 mm 4

287,13 mm x 135,9 mm 4

267,12 mm x 135,9 mm 4

235,38 mm x 135,9 mm 4

189,06 mm x 135, 9 mm 4

105,96 mm x 135,9 mm 4

Seguidamente, continuando con el proceso de diseño, se dibujó de nuevo en AutoCAD,

la plantilla que se utilizaría una vez cortadas las láminas, para hacer sobre ellas una especie de

canales, de ancho igual al espesor del cartón, que permitieran ensamblar la estructura a partir

55

del entrecruzamiento de las láminas. La plantilla se hizo únicamente para la lámina más

grande, tal como se muestra en la Figura 42, ya que ésta se utilizaría para el resto de las

láminas, determinando el eje de simetría de ellas y haciéndolo coincidir con el de la plantilla.

Figura 42. Plantilla para la el corte de canales en láminas del rectificador

Se planteó que una vez cortadas todas las láminas, éstas fueran ensambladas

entrecruzándolas, como se plantea en la Figura 43.

Figura 43. Ensamblaje de las láminas que constituyen el rectificador

56

Finalmente el rectificador, al ser construido con la metodología de diseño anteriormente

expuesta, debía lucir como el esbozo final del rectificador presentado en la Figura 44, pero

dado que el material utilizado sería el cartón, para darle rigidez a la estructura y asegurarse

que las celdas permanezcan cuadradas, sería necesario utilizar pega de cianocrilato para

reforzar las uniones a la que concurren distintas láminas, lo que se señala en la Figura 44 con

un círculo rojo.

Figura 44. Diseño del rectificador

2.3.3 Diseño de la sección donde se ubican los instrumentos de medición

En la fase de diseño de esta sección, se determinaron cuáles variables serían medidas en

función de los parámetros requeridos y de los instrumentos con los cuales se contaba o se

podría llegar a contar y se definió la ubicación más idónea de los puntos de medición para

garantizar que los errores en los datos experimentales fueran mínimos.

Dado que la finalidad de la construcción y utilización del banco de pruebas era la

obtención de las curvas características del conjunto motor-hélice, es decir las curvas presión vs

caudal, potencia vs. caudal y eficiencia vs. caudal, las variables a medirse serían presión

estática y dinámica, caudal y potencias hidráulica y mecánica, sin embargo no se contó con

instrumentación para medir potencia en el eje o potencia mecánica y hubo que restringir el

estudio a la determinación de las curvas presión vs. caudal para distintas velocidades de giro

57

de la hélice, las cuales sin embargo resultan suficientes para el diseño del aerodeslizador que

el motor y hélice disponibles sean capaces de sustentar y propulsar.

Para la medición de las presiones estática y dinámica se contaba con un Tubo Prandtl y

para la medición del caudal se contó con un anemómetro con el cual se podía medir la

velocidad del aire que en conjunto con el área de flujo del tubo permitirían determinar el

caudal.

En la dirección longitudinal, la posición de ubicación de los instrumentos quedó

determinada por los lineamientos de la norma AMCA, la cual se presenta en la Figura 45

Figura 45. Posición longitudinal de los instrumentos de medición

A continuación se describen brevemente los instrumentos utilizados, las variables

medidas por cada instrumento y los puntos en los cuales se determinó se tomarían los datos

experimentales.

2.3.3.1 Tubo Prandtl

El tubo de Prandtl combina en un solo instrumento un tubo Pitot y un tubo piezométrico,

ya que si bien el tubo de Pitot mide la presión total o de estancamiento (suma de la presión

estática y dinámica) y el tubo piezométrico mide la presión estática (presión existente en el

58

seno del fluido, que sirve para vencer los rozamientos y otras resistencias ofrecidas al paso del

aire o gas), el tubo de Prandtl es capaz de medir tanto la presión estática como la total, así

como la diferencia de las dos, que es la presión dinámica (la que se utiliza para crear y

mantener la velocidad del aire o gas).

En la Figura 46 se presenta un diagrama de un tubo Prandtl, donde se puede observar

que el instrumento consiste básicamente en un tubo dentro de otro con dos salidas, una

continuación lineal del tubo y otra perpendicular. De la primera si es conectada a un

manómetro se obtiene la presión total y de la segunda la estática. Si se emplea un manómetro

en el que se admita una presión de referencia y si se emplea como referencia la presión

estática para medir la total, se obtiene la diferencia entre éstas, la presión dinámica o de

velocidad.

Figura 46. Diagrama de tubo Prandtl

Para que los datos fueran tomados con mínimo errores, se tomaron en cuenta los

siguientes criterios [11]:

• La probeta debe estar alineada con la dirección del flujo de aire. Si el flujo no es

paralelo a la cabeza de la probeta, el error de medición es de alrededor del 1% con

un ángulo de guiñada de 5° y si dicho ángulo es mayor que 5° el error de medición

puede ser considerable

• El instrumento debe ser ubicado en la línea central del ducto.

59

Dado que los manómetros constituyen parte de la instrumentación para el registro de las

presiones, se hace mención a ellos en este apartado. Al no contarse con manómetros con

rangos de medición suficientemente bajos (5 psig) como para ser utilizados en el banco de

pruebas, fue preciso diseñar y construir un manómetro en U. El diseño se puede observar en la

Figura 47, el cual está constituido por una base de madera cuyas dimensiones son

especificadas en el dibujo y un tubo de acrílico de 12,7 mm de diámetro (0,5 pulg) y 1,6 mm

de espesor.

Figura 47. Diseño del manómetro en U

2.3.3.2 Anemómetro de hilo caliente

El anemómetro de hilo caliente es un instrumento que mide velocidad del aire en un

punto. Consiste en un conductor de metal inerte montado en soportes. El instrumento responde

a la cantidad de calor removido por la corriente de aire pasando a través de la probeta caliente,

la cual es calentada a una temperatura constante, típicamente 75 F por encima de las

60

condiciones ambientales. La corriente eléctrica requerida para mantener la temperatura por

encima de los niveles del ambiente es proporcional a la velocidad del aire, permitiendo

mostrar la velocidad en un medidor digital o analógico. [12]

Para hacer que los errores de medición fueran mínimos se tomaron en consideración los

siguientes criterios [11]:

• Al ser utilizado para medición de velocidades bajas, errores substanciales pueden

ser introducidos por movimientos inadvertidos de la probeta, sobretodo cuando ésta

es sujetada con la mano, por lo que es recomendado sostener o apoyar la probeta

contra una base fija.

• Para estimar la velocidad promedio con buena exactitud, se deben tomar las

mediciones en puntos representativos a través de la sección transversal completa

del ducto. Para alcanzar la mejor exactitud con el menor número de mediciones,

han sido desarrollado patrones que consideran 6, 8 o 10 puntos de medición en

cada dirección. Si bien al tomar mayor cantidad de puntos para medición, la

desviación entre el valor real de la velocidad promedio y el promedio de las

mediciones tomadas será menor, también es importante considerar cuán

expandidos estén ubicados los puntos a través de la sección, por ello en el caso de

ductos redondos, usar 2 diámetros (vertical y horizontal) es más eficiente que

tomar el mismo número de medidas a lo largo de un solo diámetro. En este caso se

utilizará el patrón correspondiente a 8 puntos, el cual al ser llevado a la medida del

tubo (302 mm) queda reprsentado como se muestra en la Figura 48, en la cual

además se puede apreciar que los valores de mediciones en la línea central no son

usados para calcular las velocidades promedio.

61

Figura 48. Puntos de medición de la velocidad

Dado que las medidas van a ser tomadas introduciendo la probeta del anemómetro,

resulta de mayor utilidad tener los puntos en un formato lineal que en radial, es decir, interesa

saber cuánto hay que introducir la probeta en cada dirección para hacer las mediciones en los

puntos que se determinaron debían ser hechos para lograr la mejor exactitud, los cuales se

presentan en la Tabla 2.

Tabla 2. Profundidades de inserción de la probeta del anemómetro en dirección vertical y horizontal

2.3.3.3 Estrangulador de flujo

Como se presentó en la Figura 45, el estrangulador de flujo se ubica en el extremo del

banco correspondiente a la sección 3. Para su diseño, las consideraciones que se tomaron en

cuenta fueron:

• El dispositivo debía ser lo suficientemente resistente al empuje que produce el flujo

del aire.

• Dado que se requería realizar mediciones para distintos diámetros de apertura en el

estrangulador de flujo, el material del mismo debía ser elegido de forma que se

N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5 N° 6 N° 7 N° 8

6,342 mm 35,334 mm 55,568 mm 104,19 mm 197,81 mm 246,432 mm 266,666 mm 295,658 mm

62

pudiera cortar sucesivamente en el momento de realizar las mediciones de forma

sencilla y rápida.

En base a lo anterior el estrangulador de flujo quedó diseñado como se muestra en la

Figura 49, una simple tapa de cartón de espesor 2 mm, que era lo suficientemente resistente y

a la vez fácil de cortar para generar las distintas aperturas, una totalmente abierta o sin uso de

estrangulador y cinco cuyos diámetros se ilustran en la figura.

Figura 49. Diseño del Estrangulador de flujo

2.4 Construcción del banco de pruebas para la caracterización de la hélice

En esta sección se exponen los materiales, herramientas e instrumentos utilizados para la

construcción del banco de pruebas así como el procedimiento de construcción empleado.

2.4.1 Materiales

• Tubo de PVC de 12” de diámetro

• Lámina de aluminio de 2,5 mm de espesor

• Lámina de cartón de 2 mm de espesor

• Lámina de cartón de 0,3 mm de espesor

• 13 carpetas de cartón de 0,5 mm de espesor

63

• Tubo de acrílico de 12,7 mm de diámetro y 1,6 mm de espesor

• Manguera plásticas

• Lámina de madera de 15 mm de espesor

• Masilla y catalizador

• Pega de silicona

• Mecatillo

• Pega de Cianocrilato (Pega Loka)

• Lijas grano 40 y 100

• Combustible al 15% v/v de nitro metano

• Tie- raps de distintos tamaños

• Clavos

• Tornillos, tuercas y arandelas de diferentes medidas

2.4.2 Herramientas

• Caladora manual

• Dremel

• Guillotina industrial

• Segueta automática

• Soldadora

• Lijadora neumática

• Herramientas de mano: martillo, destornilladores, llaves, alicates, exacto, escofina,

etc.

2.4.3 Dispositivos para el encendido, funcionamiento y regulación de velocidad del

motor.

• Para el encendido del motor: batería de 12 V, panel de potencia, encendedor de

bujía y arrancador.

64

Figura 50. Dispositivos para el encendido del motor

• Para el funcionamiento del motor: tanque de combustible, mangueras y regulador

de entrada de combustible y de aire integrados al motor.

• Para la regulación de velocidad de giro: servo electromecánico, radio transmisor,

radio receptor y controlador-actuador.

Figura 51. Dispositivos para la regulación de la velocidad de giro

65

2.4.4 Instrumentos de medición

• Tubo Prandtl

Figura 52. Tubo Prandtl

• Anemómetro de hilo caliente digital, con funciones de temperatura y velocidad,

marca Fischer Scientific

Figura 53. Anemómetro de hilo caliente digital

• Tacómetro digital, marca Monarch

Figura 54. Tacómetro digital

66

• Multímetro con termocupla, marca UNI-T

Figura 55. Multímetro con termocupla

2.4.5 Procedimiento de construcción

- Relleno de la campana del tubo para alcanzar diámetro uniforme.

Como dispone la norma AMCA el diámetro del ducto utilizado para el banco de pruebas

debe ser circular, de sección constante; sin embargo, la tubería de PVC de la cual se dispuso

presentaba una campana que no podía ser cortada pues se necesitaba para cumplir con la

longitud requerida de 3020 mm, lo que hizo que fuera preciso eliminar el cambio de sección

rellenándolo con masilla para obtener un diámetro uniforme.

Inicialmente se cortaron trozos de madera de 6 mm de altura, que era el espesor que

había que rellenar, y se pegaron en distintos puntos a lo largo del diámetro, lo cual se hizo con

la finalidad de tener “testigos” de hasta donde era necesario echar la masilla y luego lijar.

Luego se fue aplicando la masilla por secciones y una vez completado todo el diámetro,

se utilizó una escofina para eliminar excesos de masilla y uniformizar. Finalmente se procedió

a lijar la superficie primeramente con una lijadora neumática empleando grano 40 y luego a

mano, hasta obtener una superficie lisa y del espesor requerido para lograr que el tubo fuera de

sección constante en toda su extensión.

67

En la Figura 56 se muestra la sección como quedó una vez rellenada.

Figura 56. Campana rellenada con masilla

- Construcción de la estructura base del motor

La construcción de la base del motor se inició cortando en la guillotina perfiles de

aluminio de 20 mm de ancho y 2,5 mm de espesor. Seguidamente, haciendo uso del plano

presentado en la Figura 40, se cortaron los tres perfiles radiales, los nervios de refuerzo y las

láminas que se unen al motor y a la pared del tubo usando una segueta automática y se

soldaron cuidando de mantener la posición y orientación correspondiente de cada pieza en el

plano, para lo cual fue impreso a escala 1:1.

A continuación se fijó la base al motor usando tornillos, tuercas y arandelas y de la

misma forma se fijó la base al tubo, realizándose una cuidadosa tarea de centrado del eje del

motor, para lo cual hubo que doblar los perfiles radiales y agregar láminas adicionales, pues

durante el soldado las piezas no quedaron exactamente dispuestas como fueron diseñadas.

Finalmente, la estructura quedó fijada como se muestra en la Figura 57.

68

Figura 57. Estructura de base del motor

- Construcción del enderezador de flujo

Como paso inicial en el proceso de construcción del enderezador se dibujaron en el

cartón y se cortaron con exacto cada una de las 26 láminas cuyas dimensiones se presentaron

en la Tabla 1.

La plantilla para el corte de canales impresa a escala real fue pegada a una de las

láminas de 302mm x 135,9 mm y se cortaron los canales en la misma, la cual fue luego

utilizada como plantilla para el corte de canales en el resto de las láminas, a todas las cuales se

les marcó el eje de simetría y una a una se fijaron mediante clips a la lámina-plantilla haciendo

coincidir los ejes de simetría para posteriormente cortar los canales.

Una vez listas todas las láminas, se ensamblaron entrecruzándolas, en la forma mostrada

en la Figura 43 y se reforzaron las uniones con pega de cianocrilato, quedando finalmente la

estructura como se presenta en la Figura 58 y en la Figura 59.

69

Figura 58. Rectificador de flujo

Figura 59. Rectificador de flujo dispuesto dentro del banco

- Construcción del estrangulador de flujo

Se cortaron la estructura circular y rectangular en cartón de 2 y 0,3 mm respectivamente,

se pegaron entre sí con pega de cianocrilato y se marcaron los círculos correspondientes a las

distintas aperturas en la parte interior de la tapa, todo lo cual se observa en la Figura 60.

70

Figura 60. Estrangulador de flujo

- Reducción de longitud de la hélice y balanceo

Como se explicó anteriormente, la longitud de la hélice (12 pulgadas) era mayor que el

diámetro del tubo, por lo que hubo que reducir su longitud y balancearla.

Para que la hélice quedara a solo 2 mm de la pared interna del tubo, se dispuso en la fase

de diseño, que la misma debía ser reducida en 6,8 mm. Inicialmente, con un vernier se

dibujaron las líneas correspondientes a un corte de 2,5 mm en cada lado y se redujeron

lijándolas; no se lijó la totalidad de la longitud que se necesitaba fuera recortada porque la

mayoría de las empresas fabricantes de hélices para aeromodelos, no entregan sus hélices

balanceadas, por lo que probablemente uno de los lados era más pesado que el otro y los 1,9

mm restantes no debían ser eliminados simétricamente sino fuera necesario reducir más de un

lado que del otro.

La necesidad de balancear la hélice se basa no solo en que el motor pueda rendir a su

máxima eficiencia sino también en que el desbalance de una hélice trae consigo factores

negativos, causados por la vibración, que se aplican directamente al modelo y al motor y los

cuales se quieren evitar. Desde el punto de vista de un motor la vibración es su enemigo

porque acorta rápidamente su vida, especialmente sobre los bujes y rolineras; también la

vibración hace que el motor no proporcione las RPM que puede dar y dependiendo de la

cantidad de vibración, se ha podido observar en varias ocasiones que el motor presenta fallas

de funcionamiento. Desde el punto de vista del modelo, en el cual se vaya a usar la hélice, la

71

vibración es enemiga de las partes que han sido pegadas con pegamento y de las partes

electrónicas; sin embargo el mayor daño será percibido por el motor del modelo.

Una vez explicada la necesidad del balanceo se procede a exponer el procedimiento

empleado para llevar a cabo el mismo.

Para el balance de la hélice se utilizó un Balanceador de Precisión Magnético Top Flite,

presentado en la Figura 61, que usa imanes fuertes para soportar el eje balanceador y se

constituye en un instrumento simple, fácil de usar y en el cual la fricción presente es mínima.

Figura 61. Balanceador de hélice

Para eliminar la vibración o desbalance de la hélice se emplearon dos métodos, el

primero es un balance del estado estático de la hélice (Balance Horizontal de la Hélice) y el

segundo es un balance del estado dinámico de la hélice (No es una hélice girando, si no un

análisis adicional en cualquier otro punto diferente al estado horizontal). Si bien la mayoría de

los aeromodelistas tan solo realizan el balance estático, para longitudes de hélices mayores a

11 pulgadas, como es el caso, es recomendable aplicar ambos balances para obtener mejores

resultados.

Balance estático: Consistió en igualar los pesos en ambos lados, para lo cual se

siguieron los siguientes pasos:

- Se introdujeron en el eje la hélice y los conos y se ubicaron en la mitad del mismo. Los

conos fueron dispuestos de forma que los extremos con menor diámetro quedaran cara a

cara, con la idea de que la hélice quedara atrapada entre los mismos, perpendicular y

concéntricamente con la línea central del eje balanceador.

72

Figura 62. Disposición de la hélice en el balanceador

- Se dejó libre la hélice y se observó que, como se había sospechado, uno de los lados

estaba más pesado, pues la hélice se detuvo quedando inclinada. Por tanto, se procedió a

lijar el extremo del lado más pesado, con lo cual además de disminuirse la longitud de la

hélice, se evitaba cambiar la forma del perfil aerodinámico de la hélice y la posibilidad

de debilitarla. Esto se hizo hasta que se comprobó que la hélice permanecía equilibrada

en posición horizontal.

Balance dinámico: dado que el balance estático no fue suficiente, lo cual se comprobó al

ubicar la hélice en diferentes posiciones y observar que no se mantenía en ellas, lo cual

generalmente es debido a que hay peso adicional ubicado en la parte central, se procedió a

balancear dinámicamente

- Se colocó la hélice en posición vertical, inclinada hacia la derecha e inclinada hacia la

izquierda, para ver si la hélice se mantenía en la posición que se colocase. Como lo

anterior no ocurrió se determinó que si bien la hélice estaba equilibrada horizontalmente

porque ambos lados de la hélice tenían el mismo peso, la parte central tenía un área de

mayor peso, por lo que la fuerza de gravedad ubicaba este punto siempre en la parte

inferior y en el centro. El punto o área de mayor peso fue determinado inclinando

diagonalmente la hélice, pues siempre el punto tendería a colocarse en la parte inferior

central por acción de la gravedad.

- Aunque la hélice estaba equilibrada horizontalmente, era necesario eliminar ese punto

de desequilibrio, pues cuando la hélice se encontrara girando ese punto estaría fuera de

equilibrio y la tendencia del punto sería la de tratar de ir hacia afuera con la fuerza

centrífuga que genera la rotación de la hélice. Para solucionar el problema se dispuso

73

quitar material en la zona más pesada para equilibrarlo, para ello fue necesario eliminar

material taladrando.

- Finalmente, a la hélice se le hicieron dos perforaciones y quedó perfectamente

balanceada, manteniéndose fija en cualquier posición.

- Disposición del servo, calentador de bujía, manguera de gasolina, hélice y cono.

Esta fase de construcción consistió básicamente en abrir los orificios en el tubo

requeridos para fijar el servo, el calentador de bujía y para permitir la salida de la manguera de

gasolina del motor al regulador de gasolina. A su vez se conectó el servo al motor mediante un

alambre de cobre y se colocaron la hélice y el cono en el eje del motor que ya se encontraba

fijado al tubo por medio de la estructura de soporte del mismo.

(a)

(b)

Figura 63. Fijación de (a) servo y (b) calentador de bujía, manguera y conexión a servo.

- Disposición y fijación del banco sobre bases

Dado que era necesario garantizar que el banco de pruebas estuviera dispuesto

horizontalmente y que permaneciera inmóvil durante la realización de las mediciones, se

74

dispuso de dos estructuras de acero, sobre las cuales se colocó el tubo verificándose que

estuviera dispuesto horizontalmente y se fijó a las bases por medio de mecatillo, tal como se

observa en la Figura 64.

Figura 64. Disposición del banco sobre bases

- Disposición de panel de potencia, servo receptor y tanque de gasolina

El panel de potencia y el servo receptor se fijaron a la base del banco y el tanque de

gasolina se dispuso encima del banco.

- Encendido y entonación del motor

Para el encendido del motor se conectaron el calentador de bujía y el arrancador al

panel de potencia que a su vez se conectó a la batería. Una vez encendido el motor con el

arrancador, como se muestra en la Figura 65, se procedió a entonar el motor, midiendo la

temperatura del motor y variando la alimentación de gasolina hasta lograr que la temperatura

fuera inferior a 100° C y que a oído no se detectaran pérdidas de potencia.

75

Figura 65. Encendido del motor

- Construcción del manómetro en U

Para la construcción del manómetro, se cortaron las cuatro piezas de madera, cuyas

dimensiones fueron presentadas en la Figura 47 y se ensamblaron mediante clavos, cuidándose

de garantizar la perpendicularidad entre la base y lámina a la cual se fija el tubo en U, para que

ésta última quedara en posición vertical.

Seguidamente se procedió a doblar el tubo de acrílico para darle la forma en U, para ello

alternadamente se calentaba el tubo sobre una hornilla y se doblaba tomando como apoyo una

lata pequeña de pintura, sin embargo, no se llegó a lograr el cometido porque el tubo se partió,

lo que supuso tener que cortar dos tubos rectos y unirlos entre sí por medio de una manguera

transparente doblada en U.

Sobre la lámina a la cual se fija el tubo en U, se colocó una escala milimetrada, para

medir la diferencia de presión entre las dos columnas de agua y finalmente se fijó el tubo a la

lámina mediante tie raps. El manómetro terminado lucía como se presenta en la Figura 66.

76

Figura 66. Manómetro en U

- Disposición del tubo Prandtl y manómetro

El tubo Prandtl fue fijado centradamente, como se muestra en la Figura 67, con perfiles

de madera balsa que atraviesan el tubo de PVC y se fijan a él con pega de silicona y al tubo

Prandtl con tie-raps.

Figura 67. Disposición del Tubo Prandtl y manómetro

77

- Perforación de orificios para introducción de la probeta del anemómetro.

Se perforaron los dos agujeros necesarios para introducir vertical y horizontalmente la

probeta del anemómetro, a la cual se le marcaron con tirro las profundidades de inserción

listadas en la Tabla 2.

2.5 Puesta en marcha del banco de pruebas

Una vez fijados todos los elementos del banco de pruebas en sus posiciones, el cual

finalmente lució como se muestra en la Figura 68, se procedió a poner en marcha el banco de

pruebas y realizar las mediciones.

Figura 68. Banco de pruebas en marcha

2.5.1 Proceso de recopilación de datos

Para la recopilación de los datos se utilizó el siguiente procedimiento:

1. Se colocó el estrangulador de flujo, con el orificio de menor diámetro.

2. Se fijó la velocidad de giro más baja mediante la perilla del control remoto.

3. Se midieron la presión estática y total con respecto a la atmósfera, intercambiando la

manguera que se colocaba en uno de los extremos del manómetro en U.

78

4. Se tomaron las 8 mediciones de velocidades de aire en cada dirección, vertical y

horizontal, y la temperatura haciendo uso del anemómetro.

5. Se fijaron distintas velocidades de giro y para cada una de ellas se repitieron los pasos

3 y 4.

6. Se cortó el estrangulador de flujo para obtener el siguiente orificio en diámetro y se

repitieron los pasos desde el 2 hasta el 5, hasta cubrir los 6 diámetros de apertura diseñados.

Para el registro de los datos cuyo proceso de recopilación fue anteriormente descrito, se

utilizó el formato presentado en la Tabla 3. Para las velocidades de giro no se pudo utilizar un

intervalo constante porque las mismas quedaron determinadas por las velocidades

correspondientes a las distintas posiciones de la perilla del radio transmisor.

Tabla 3. Formato de recolección de datos

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000

5600

6300

7200

8200

9100

9400

Velocidad de aire. Dirección vertical (m/seg)Velocidad

de giro

(rpm)

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)

Velocidad de aire. Dirección horizontal (m/seg)

Estrangulador de flujo. Diámetro:

2.5.2 Procesamiento de los datos recopilados.

Los datos recopilados, los cuales se presentan en el Anexo 1, fueron procesados para

obtener las curvas características, haciendo uso de las fórmulas dispuestas para ello por la

norma AMCA.

- Determinación del caudal

Inicialmente se determinó la velocidad para cada punto de medición a partir de

2

1

=

∑=

n

V

V

n

i

i

(1)

79

Seguidamente se calculó el caudal a partir de

AVQ ⋅= (2)

donde A representa el área de flujo o área interna del tubo.

El caudal así calculado representa el caudal en el plano del tubo Prandtl, pero lo que se

requiere para obtener las curvas características es el caudal manejado por la hélice. Como el

flujo másico es el mismo se tiene

222111 AVAVm ρρ ==& ⇒ 2211 QQ ρρ = (3)

Ahora bien, la densidad de aire en una hélice o ventilador puede calcularse de la

densidad del aire atmosférico ( oρ ), la presión a la entrada de la hélice (P1) y la temperatura a

la entrada de la hélice (Tbs1). De la ecuación de gas ideal se tiene

obs

oo

PT

PT

⋅

⋅⋅=

1

1ρρ (4)

Pero como en este caso, la hélice succiona aire directamente de la atmósfera, es decir

P1=Po y T1=To, implica que oρρ = y que el caudal que atraviesa el plano del tubo Prandtl es

el mismo que el que maneja el ventilador, por tanto el determinado según la ecuación (2).

- Determinación de la carga total

Los cálculos hechos para cada uno de los puntos de medición fueron:

Inicialmente se calculó la viscosidad, según la correlación que establece la norma

AMCA

610)23,17048,0( −⋅+= bsTµ (5)

Luego, con la viscosidad se pudo calcular el número de Reynolds, considerándose la

densidad constante (1,184 kg/m3 para 25°C) pues los incrementos de presión no son altos.

µ

ρ DV ⋅⋅=Re (6)

80

Seguidamente se calculó el factor de fricción según la correlación para ello

recomendada por la norma

17.0Re

14.0=f

(7)

Para la determinación de la longitud total equivalente se consideró la longitud del túnel

y una longitud equivalente debido al rectificador de flujo, la cual se lee de una tabla

suministrada por la norma.

Por tanto el factor L/D necesario para calcular la carga por fricción viene dada por

D

L

D

L

D

L e+=

−21 (8)

Finalmente, la carga total del ventilador es la suma de la carga de velocidad (hc) y la

carga estática (hs), o lo que es igual a la carga total (htotal), más la pérdida debido a fricción

entre la salida del ventilador y el plano de medición, la cual se evalúa por la ecuación de

Darcy-Weishach

cf h

D

Lfh ⋅

⋅=

(9)

2.5.3 Obtención de las curvas características Carga vs. Caudal para diferentes

velocidades de giro.

En base a todo los cálculos antes descritos, que se resumen en el Anexo 2, se generó la

curva Carga total vs. Caudal para distintas velocidades de giro, que se presenta en la Figura

69.

81

0

5

10

15

20

25

30

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2Caudal (m^3/seg)

Ca

rga

to

tal (m

m d

e a

gu

a)

5000 rpm

5600 rpm

6300 rpm

7200 rpm

8200 rpm

9100 rpm

9400 rpm

Figura 69. Curvas Carga total vs. Caudal para distintas velocidades de giro

Si se compara la curva teórica de una hélice, Figura 70, con la obtenida

experimentalmente se advierte la correspondencia entre ellas, lo que le da credibilidad a los

resultados obtenidos.

Figura 70. Curva característica teórica de una hélice [13]

CAPÍTULO 3

DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL AERODESLIZADOR INTEGRADO

A continuación se describe la metodología seguida para el diseño y dimensionamiento

de un aerodeslizador que utiliza como fuente de potencia, tanto del sistema de propulsión

como de sustentación, una hélice de aeromodelismo. También se presentan aspectos a

considerar para la construcción del modelo diseñado y se suministran medidas de los

elementos que se tienen que apegar rigurosamente al diseño expuesto, para el buen

funcionamiento del aparato.

3.1 Determinación del área de sustentación del casco

El tamaño del casco está relacionado con el peso del aparato y la capacidad del mismo

para sustentarse y separarse del piso a un GAP (altura de sustentación) determinado. Es así

como del balance de fuerzas para las sustentación se obtiene que la fuerza total representada

por el peso del aerodeslizador debe ser menor que el producto de la presión en el colchón de

aire por el área de la parte inferior del casco, que es la que está en contacto directo con el

colchón de aire.

- Estimación del peso del aerodeslizador

El peso del aparato está determinado por el tamaño del mismo y material usado para

construirlo, el equipo de radio control, servos, motor, combustible, baterías y demás elementos

que serán fijados en el mismo. En la Tabla 4 se contabiliza la masa de los distintos elementos

mencionados.

Tabla 4. Detalle del peso del aparato Elemento Masa (gramos) Servo 44 Radio receptor y baterías 140 Motor O.S. Engine LA 46 270 Tanque de combustible 20 Combustible 288 Ducto para la hélice 600 Estructura 2500 Misceláneos 100 Total 3962

83

- Determinación del área de sustentación

El peso del aerodeslizador con todos los elementos fijados y el área de la superficie

inferior del casco determinan la cantidad de presión de aire requerido y por tanto la tasa de

flujo necesaria para que la hélice pueda levantar el aerodeslizador. De acuerdo a lo anterior la

metodología de diseño a seguir sería la de determinar el tamaño del aerodeslizador deseado,

estimar el peso del aparato y en función de estos determinar la presión del colchón de aire y el

caudal que alimente el colchón requeridos para la sustentación, para con ello finalmente

escoger un motor y ventilador que garanticen dichos parámetros. Sin embargo, en este caso en

el que se contaba con un motor y una hélice de aeromodelismo a los cuales había que limitarse

para el diseño del aerodeslizador, el proceso de diseño fue inverso; en función de las presiones

de trabajo de la hélice, las cuales fueron determinadas a través del proceso de ensayo y

graficadas en función del caudal en la curva característica de la misma, y del peso estimado

del aerodeslizador, se calculó el área que debía tener el aparato para que la hélice a emplearse

fuera capaz de elevarlo.

Lo anterior, expresado en fórmulas se traduce a

Area

PesoPcolchon = (10)

Dado que la mayor parte del peso del aparato está dada por el peso de la estructura,

entiéndase con ello casco, carrocería, timones y todos los elementos de ensamblaje como base

del motor y elementos rigidizadores entre otros, para la determinación de la masa listada en la

Tabla 4 fue preciso realizar un proceso iterativo para alcanzar un peso que considerando los

materiales a utilizarse, sus densidades y volúmenes, se correspondiera con el área de

sustentación calculada.

Es así como, finalmente, considerando una presión de 15 mm de H2O para el colchón de

aire, la cual dado el rango de operación de la hélice (Figura 69) sería perfectamente

garantizable y una masa de 4,5 Kg para sobreestimar el cálculo hecho, se obtuvo un área de

0,3 m2, que se corresponde con el área inferior del casco o superficie que va a estar en

contacto con el colchón de aire.

84

La presión mencionada es la mínima presión bajo el aparato requerida sólo para

levantarlo apenas del piso. Nótese que no se están tomando en cuenta las pérdidas de aire una

vez que se está levantando ni la pérdidas por debajo de la falda cuando el aparato se encuentra

en movimiento, lo cual se discutirá más adelante.

3.2 Diseño del casco

Para el diseño del casco se tomaron en cuenta las siguientes premisas:

• La estructura deber ser liviana pero capaz de resistir el peso de todos los

componentes a los que sirve de base y los obstáculos que se pueda encontrar en el

camino.

• Dado que el aerodeslizador debe poder operar sobre agua, la estructura debe ser

resistente al agua.

• La estructura debe ser sencilla y fácil de construir.

• La estructura debe permitir una flotación adecuada para que al estar apagado o en

caso de una emergencia el aerodeslizador pueda mantenerse por sí solo.

El carácter liviano que se quiere tenga la estructura se logra con el material del cual se

construya el casco. En este caso, como material de construcción se escogió uno

tradicionalmente utilizado en modelos, la madera balsa, no sólo por ser liviano sino también

por la facilidad para cortarla y trabajarla. Con unas capas de sellador puede lograrse que la

estructura sea a prueba de agua.

En base a la tercera premisa se decidió utilizar un casco conformado por dos cubiertas.

El concepto en sí es el siguiente, utilizar dos láminas de material de diferente tamaño

espaciadas entre sí una distancia predeterminada y cerradas es sus bordes por una falda tipo

bolsa, la cual se llenaría por el aire proveniente de la hélice que circula entre las dos láminas y

que finalmente sale a través de huecos en la lámina inferior a formar el colchón de aire para

elevar el aparato.

El concepto se esquematiza en la Figura 71.

85

Figura 71. Esquema del diseño y funcionamiento del casco de doble cubierta

En base al área de la parte inferior del casco calculada a partir de la ecuación (10) y

considerando la forma que se le quería dar al casco del aerodeslizador se determinó un

contorno que se representa en la Figura 72 y cuya área exacta resultó ser de 0,3 m3 y su

perímetro de 2,07 m

Figura 72. Contorno del casco

El contorno ilustrado es el correspondiente a la lámina inferior del casco; el contorno de

la lámina superior fue obtenido añadiendo un diferencial de 8,56 centímetros a todo el

contorno de la lámina inferior, valor determinado de la consideración de un ángulo de

inclinación de 55° y una separación entre las láminas de 6 centímetros, como se ilustra en la

Figura 73. El único criterio utilizado para fijar la separación entre láminas fue que fuera

geométricamente proporcional al tamaño de las láminas.

86

Figura 73. Relación de dimensiones de las dos láminas

Finalmente, las dimensiones de las láminas del casco se especifican en la Figura 74. El

área de la lámina superior fue de 0,5 m2. Para la lámina superior se dispuso usar un espesor de

madera balsa de 8 milímetros ya que ésta sirve de base al motor y hélice, ducto de la hélice,

carrocería, etc. y por tanto debe ser más resistente que la inferior para la cual un espesor de 5

milímetros es suficiente.

Figura 74. Láminas superior e inferior del casco. Medidas en milímetros

Seguidamente, se determinó si la flotabilidad des casco diseñado era adecuada, para ello

a través del Principio de Arquímedes se determinó el volumen de agua desplazado según

g

PesoV

agua

aparato

desplazado⋅

=ρ

(11)

87

para la cual se asumió la densidad del agua constante e igual a 1000 kg/m3

El volumen de agua desplazado calculado fue entonces de 0,0045 m3, que de acuerdo a

la geometría del casco se corresponde con un hundimiento de 1,5 cm. la cual es adecuada ya

que el aparato flota con solo un hundimiento de 1/5 de la altura total.

Finalmente, en la Figura 75 se presenta una vista del casco, en donde también se puede

observar los perfiles de 5mm x 8mm que se utilizan para unir las láminas y rigidizar la

estructura y la sección practicada a la lámina superior para la circulación del aire proveniente

de la hélice.

Figura 75. Vista del casco

3.3 Diseño de la falda

Como se mencionó anteriormente se decidió utilizar una falda tipo bolsa, selección que

estuvo basada en los siguientes criterios:

• Es la más fácil de diseñar y construir.

• La rigidez de esta falda es mayor que la tipo dedo, lo que le da mayor estabilidad al

aparato.

• Es el tipo de falda usado comúnmente en los aerodeslizadores radio controlados.

Sin embargo, se sabe que el uso de este tipo de falda tiene ciertas desventajas como que

daños en su estructura podrían colapsar por completo el aerodeslizador, lo que implicaría un

mayor costo de mantenimiento que la modalidad tipo dedo porque habría que desmontarla

88

completa y que el mayor contacto con la superficie implica mayor fricción entre la nave y la

superficie.

La primera de las desventajas puede ser en parte neutralizada por el hecho de que dado

el tamaño del aerodeslizador, el material usado es poco y el hecho de tener que sustituirlo en

un momento dado no implica alto costo e incluso instalar una falta tipo bolsa dos veces

implica menor trabajo que la construcción e instalación de la falda tipo dedo.

Una vez escogido el tipo de falda, se procedió a escoger el material de construcción y

diseñar la geometría.

Los atributos que debe reunir el material son, ser ligero, flexible y garantizar una vida

útil larga. Un material que reúne esos atributos y además es económico es el rip-stop nylon,

que es la tela empleada en paracaídas, bolsas de dormir y banderas.

La sección transversal de la falda fue simplificada en dos partes, que se pueden observar

en la Figura 76, la externa que es un semi-círculo que se extiende desde el punto de unión al

casco en el extremo superior al punto en el cual la falda toca la superficie y que tiene un radio

de 6,8 cm y la interna que continua desde el extremo inferior de la parte externa hasta el punto

en que es fijada al casco en la lámina inferior, la cual tiene un radio de 13,6 cm, el doble del de

la parte externa.

Figura 76. Sección transversal de la falda tipo bolsa

89

En la Figura 77, se muestra un corte del conjunto casco-falda que representa como

luciría el aparato en funcionamiento, con su falda totalmente llena de aire.

Figura 77. Falda llena de aire

Hay dos detalles constructivos de la falda que deben ser considerados desde la etapa de

diseño, uno es que dado que la falda debe envolver todo el aerodeslizador de la mejor forma

posible y éste tiene varias curvas, la falda debe ser hecha por secciones, para que cuando la

falda tenga que seguir cambios de 90°, lo haga en varias secciones que impliquen un recorrido

angular menor y con lo que la falda seguirá mejor el contorno del casco. Para el caso en

cuestión, lo dicho anteriormente implica que se requieren cuatro tipos de paneles para la

construcción, los cuales se muestran en la Figura 78.

Figura 78. Paneles de la falda para construcción

El segundo detalle constructivo es que al cortar las distintas secciones de tela debe

considerarse una longitud mayor a la determinada por la geometría para el solapamiento

necesario para coser entre sí dos secciones contiguas y a su vez un ancho mayor considerando

90

que la falda se fija sobre las láminas, bien sea con adhesivo de impacto o utilizando piezas de

madera que con clavos o tornillos fijen la falda al casco.

3.4 Determinación de los parámetros de operación requeridos por el sistema de

sustentación

Como fue determinado anteriormente, la presión manométrica en el colchón de aire debe

ser como mínimo de 15 mm de agua para lograr el levantamiento del aparato. Sin embargo, el

motor y la hélice no solo deben dar la presión de colchón de aire requerida sino también

alimentar aire en el caudal necesario para sostener esa presión y por tanto mantener la altura

de levantamiento (GAP) bajo las condiciones operacionales, en las cuales como es sabido se

produce una pérdida de aire por debajo de la falda.

Para mantener la presión que garantice que el aparato permanezca elevado a una altura

constante, el flujo de aire de alimentación para la sustentación debe ser mayor al flujo de

pérdida, el cual es gobernado por la presión bajo el aerodeslizador y el área de salida, que

viene dado por el GAP o altura de sustentación y por el perímetro de la falda formado por sus

puntos inferiores de la sección transversal. Para establecer como se relaciona exactamente el

flujo de pérdida con las variables de las cuales depende se procede a hacer un balance de

energía aplicado a la Figura 79.

Figura 79. Esquema de aplicación de la ecuación de Bernoulli para cálculo de caudal perdido

Se toman como consideraciones que

1. La densidad del aire es constante e igual a 1,184 Kg/m3, correspondiente a 25°C.

91

2. No hay pérdidas de flujo en el recorrido del aire, por tanto el flujo de la hélice

dirigido al sistema de sustentación es igual que las pérdidas por el GAP. A su vez como

la densidad es constante también se puede hablar de conservación del flujo volumétrico

o caudal.

3. La presión en el punto 2 es igual a la presión atmosférica y considerada igual a cero

porque la presión en 1 es manométrica al igual que las consideradas en las curvas de la

hélice.

4. Como el fluido es aire, los términos de energía potencial gravitacional se desprecian.

Aplicando la ecuación de Bernoulli se tiene

g

VP

g

VP

⋅+=

⋅+

22

22

2

22

1

1

1

γγ (12)

que al aplicar las consideraciones mencionadas y recordando que A

QV = , se obtiene por

despeje

)(

797,9222

21

122

21

AA

PAAQ

−⋅

⋅⋅⋅⋅=

ρ (13)

donde A1 es el área de entrada de flujo al colchón

A2 es el área perimetral de pérdida del flujo de aire

P1 es la presión en el colchón de aire

Además el número de 9,797 es el factor de conversión de milímetros de agua a Pascales.

El área perimetral es el producto del perímetro (2,61 m2) y el GAP, por lo que su expresión

quedaría entonces como

GAPpA ⋅=2 (14)

Nótese que el área de entrada al colchón y el perímetro de salida son características

geométricas y por tanto constantes una vez diseñado el aparato, así mismo la densidad también

es constante, por tanto fijando distintos valores del GAP y variando los valores de presión

92

dentro del rango de operación de la hélice se pueden obtener las curvas características del

sistema de sustentación.

Sin embargo, pese a que el área de entrada de aire al colchón aún no ha sido definida, es

posible la determinación de las curvas características pues dado que el área de escape de flujo

es muy pequeña en relación al área de alimentación del colchón el término 21

22

21 AAA ≈− ,

término que desaparece de la ecuación (13) quedando el caudal expresado como

21 797,92

AP

Q ⋅⋅⋅

=ρ

(15)

que de hecho es la ecuación directamente empleada en libros especializados en

aerodeslizadores.

Haciendo uso de la ecuación (15) se determinaron las curvas del sistema de sustentación

del aparato para diferentes GAP, las cuales se representan en la Figura 80. La tabla de cálculos

a partir de la cual se generaron se presenta en el Anexo 3.

0

5

10

15

20

25

30

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3Caudal (m^3/seg)

Pre

sió

n (

mm

ag

ua

) GAP 1 mm

GAP 2 mm

GAP 3 mm

GAP 4 mm

GAP 5 mm

Figura 80. Curvas del sistema de sustentación

93

Así pues, para el caso en cuestión, considerando tener un GAP de 5 mm, se necesita un

flujo de aire de 0,206 m3/seg a 15 mm de agua.

Sin embargo, el área de escape del aire no permanecerá constante cuando el aparato esté

en movimiento. Como la falda se mueve sobre superficies desiguales el GAP cambia y la tasa

de pérdida aumenta o disminuye de acuerdo al cambio. El cálculo hecho es para condiciones

estáticas, no se tomaron en cuenta las pérdidas de aire en movimiento, por tanto se usará el

valor determinado como un mínimo requerimiento.

Para la determinación del área de entrada de aire al colchón es necesario entender como

funciona el sistema de sustentación del aerodeslizador diseñado con doble cubierta y con

sistema de alimentación en paralelo de la falda y el colchón de aire.

Pues bien, el funcionamiento es el siguiente: una porción del aire proveniente de la

hélice es dirigida hacia abajo para alimentar el espacio entre las dos cubiertas, las cuales están

separadas en una distancia ya definida. Cuando el aparato está apoyado sobre la superficie el

aire no puede fluir a través de los huecos de la lámina inferior porque está apoyada sobre la

superficie, por lo que el aire es usado para inflar la falda hasta una presión a la cual se vuelva

rígida la bolsa. Una vez que la bolsa está rígida, la presión de aire bajo el aparato también

aumenta y comienza a levantar el casco con el borde de la falda sellado contra la superficie, lo

que permite que la presión bajo el aparato aumente hasta lograr elevar y sustentar el aparato,

en cuyo momento se inicia la pérdida de aire por el área perimetral del GAP, teniendo el flujo

entre las dos láminas que mantenerse por encima de las pérdidas para que el vehículo

permanezca elevado.

Ahora bien, el espaciamiento entre las dos láminas y el tamaño de los huecos de

alimentación al colchón son las variables que determinan la presión de la falda en relación a la

cámara que es formada debajo del casco previo a su levantamiento. En este caso la variable a

definir será el tamaño de los huecos pues ya la distancia de separación de las láminas fue

fijada. Según información obtenida en libros especializados en aerodeslizadores la presión

dentro de la falda debe superar en al menos un 20% la presión en la cámara o colchón de aire

para producir un levantamiento del casco del piso a una altura superior a la de la sustentación

producida por la película de aire entre la falda y el piso, fenómeno que se describió

esquemáticamente en la Figura 20. Efecto de la presión en la falda tipo bolsa [3].

94

Para determinar el área de salida de aire al colchón requerida para que se produzca una

caída de 20% de la presión que llena el espacio entre las láminas, que se asume igual a la

presión en la falda, se hizo un balance de energía al esquema planteado en la Figura 81.

Figura 81. Esquema de aplicación de ecuación de Bernoulli para cálculo de área de salida de flujo al

colchón

El balance basado en las consideraciones 1, 2 y 4 queda expresado como

g

VP

g

VP lamlam

⋅+=

⋅+

22

211

2

γγ (16)

que al expresarlo en función de caudal y despejando el área 1 se obtiene

⋅+

−⋅

=

2

21

2

1

22

lam

lam

A

QPP

QA

ρ

(17)

donde Q por conservación de masa es el que entra al espacio inter-láminas y el mismo que se

pierde por el GAP.

Alam es el área a través del cual el flujo proveniente de la hélice deriva hacia el sistema

de sustentación

Plam es la presión con que entra el aire al casco

Como se dijo, la presión en el casco y falda debe ser 1,2 veces la presión en el colchón,

por lo que la ecuación (17) queda simplificada a

⋅+

⋅⋅

=

2

21

2

1

2

2,02

lamA

QP

QA

ρ

(18)

95

Ahora bien, para la aplicación de la ecuación (18) es preciso definir el Alam para lo cual

se considera el hecho de que en los aerodeslizadores integrados aproximadamente el 30% del

aire fluye a la parte inferior del casco a través de una sección de la caja y el resto del aire sale

por la parte posterior del aerodeslizador a través de los timones verticales y provee propulsión.

En este caso se utilizará una división 35% - 65%, para proveer un poco de más caudal a la

sustentación por lo crítico de este sistema en el buen funcionamiento del aparato.

Así pues, por conservación de la masa se tiene que el flujo generado por la hélice será

igual a la suma del flujo que se utiliza para sustentación y el de propulsión

propsusthelice mmm &&& += (18)

donde helicesust mm && ⋅= 35,0 y heliceprop mm && ⋅= 65,0

Como la densidad es constante la misma relación se cumple para el caudal

propsusthelice QQQ += (19)

Por tanto la separación de caudales se logra por la relación de áreas, por lo que el ducto

que encierra la hélice (el cual será de 302 mm de diámetro, como el diámetro del banco de

pruebas para el cual se redujo la longitud de la hélice), tendrá una sección que divida el área

en 35%-65%, como se muestra esquemáticamente en la Figura 82.

Figura 82. División del flujo de aire de aire proveniente de la hélice

Así pues, el área de alimentación de aire a la sustentación, llamado Alam = 0,025 m2, el

35% del área del ducto.

96

Finalmente, el área de entrada de aire al colchón calculada fue de 0,023m2, para la cual

se plantearon dos alternativas, una hacer un único agujero central de 172 mm. de diámetro y la

otra, hacer 15 agujeros de 44 mm. de diámetro cada uno distribuidos perimetralmente, las

cuales tienen el mismo efecto pues el área es la misma.

Dado que el área de sustentación se redujo a 0,277 m2, se recalcularon la presión del

colchón y el caudal de pérdida los cuales fueron de 16,26 mm de agua y 0,214 m3/seg

respectivamente y por comprobación se recalculó el área de entrada de aire al colchón, que dio

de nuevo 0,023 m2.

Los modelos de lámina inferior del casco se presentan en la Figura 83.

Figura 83. Modelos de agujeros de lámina inferior de casco

3.5 Determinación del punto de operación de la hélice para alcanzar la sustentación

Una vez determinados los parámetros requeridos para elevar el aerodeslizador a un GAP

de 5 mm, se procedió a determinar los valores de caudal y presión que debe dar la hélice y la

velocidad a la que debe operar para garantizar los parámetros de sustentación calculados.

Como el 35% del caudal total de aire generado por la hélice es empleado para la

sustentación, al requerirse 0,214 m3/seg para levantar el aparato la hélice debe proveer 0,611

m3/seg.

97

Para el caso de la presión se determinó que dentro del casco se requieren 19,51 mm de

agua, pero hubo que determinar a que presión de funcionamiento de la hélice correspondía

dicha presión requerida. Para lo cual, se diseñó el ducto en CosmosFloWorks y se simuló el

comportamiento de las variables.

La función del ducto es la de dirigir la corriente de aire de la hélice, uniformizando la

forma cónica característica que tiene normalmente el aire generado por la hélice, además de

reducir las pérdidas de aire, como se esquematiza en la Figura 84.

Figura 84. Efecto de la utilización de ducto para la hélice

En el diseño del ducto se consideró que el diámetro fuera el mismo del empleado en el

banco de pruebas, que la posición de ubicación de la sección divisora de flujos fuera tal que el

área para sustentación fuera de 35% del total (0,025 m2), que el motor debía ir dentro del

ducto dado que la hélice es empujadora y que por tanto la base del motor tendría un diseño

radial como el empleado para la fijación en el banco de pruebas y finalmente que debía

colocarse una superficie horizontal, como extensión de la sección divisora, para colocar los

servos a emplearse en el sistema de control. En la Figura 85 se muestra el ducto diseñado en

base a las premisas anteriores.

98

Figura 85. Diseño del ducto

Para la determinación del peso se consideró que el ducto fuera construido con fibra de

vidrio y la base del motor con aluminio.

Las medidas que deben respetarse rigurosamente en la construcción, se muestras en el

plano de la Figura 86.

Figura 86. Medidas importantes del ducto

Una vez presentado el ducto se muestran gráficamente los resultados de la simulación,

para la cual se introdujeron como condiciones de borde, el caudal (uniforme) que se calculó

debe suministrar la hélice, salidas de 35% y 65% de caudal y como presión de entrada la

99

requerida dentro del casco, 19,51 mm de agua, con la finalidad de determinar si permanece

constante y se puede tomar dicha presión como la requerida en la hélice. En la Figura 87 se

puede observar tanto por las líneas de flujo como por un estudio superficial, que la presión del

flujo de sustentación y de propulsión es la misma de la del plano de la hélice, por tanto la

presión de operación de la hélice debe ser de 19,51 mm de agua.

Figura 87. Resultados simulación del comportamiento del flujo en el ducto

En el Anexo 4 se presentan gráficos obtenidos para el flujo de sustentación y propulsión

en donde se observa que numéricamente si hay ligeras variaciones de presión pero tan

pequeñas que se consideran despreciables.

Finalmente se ubica el punto de operación en la curva característica de la hélice,

representación presentada en la Figura 88, observándose que el punto de operación de la hélice

queda ubicado en la zona de trabajo idónea de la hélice, la cual fue sombreada, siendo fuera de

ella el funcionamiento inestable y el rendimiento desciende rápidamente [13]. La velocidad de

operación estimada es de 7800 rpm. Téngase en cuenta que el punto de operación al que se

hace referencia es un punto teórico, que en la práctica podría diferir del calculado.

100

Figura 88. Punto de operación de la hélice

3.6 Diseño del sistema de dirección

Para el direccionamiento del aparato se consideró el uso de un par de timones que

encausan el flujo de aire hacia los lados, fijados a un marco de aluminio dispuesto a

continuación del ducto, como se puede observar en la Figura 89.

101

Figura 89. Sistema de dirección

Los timones pueden ser hechos de madera balsa y forrados con monocote, con un perfil

aerodinámico como el de la Figura 90.

Figura 90. Modelo de perfil de los timones [3]

3.7 Diseño del sistema de control

El control del aparato se puede hacer con un sistema como el de la Figura 51,

constituido por servos electromecánicos, radio receptor, controlador actuador y radio

transmisor.

Las variables a controlar son la velocidad de giro de la hélice y la orientación de los

timones, lo que implica la utilización de dos servos, uno conectado a las varillas de dirección

de los timones y el otro a un alambre que se fija al regulador de admisión de aire del motor,

como fue utilizado en el banco de pruebas. Los servos pueden ser dispuestos sobre la

extensión horizontal de la sección divisora de flujo como se representó en la Figura 89. Cada

102

uno debe conectarse al radio receptor, el de la hélice al canal 3 que es el que se controla con la

perilla del radio transmisor y el de la dirección al canal 1 correspondiente a la palanca

horizontal.

Tanto el radio receptor como las baterías deben ser dispuestas en un cajetín con algodón

para protegerlos y amortiguar la vibración.

3.8 Diseño final del aerodeslizador integrado

A continuación, en la Figura 91 se presenta una vista del aerodeslizador como luce una

vez ensamblados todos sus componentes. Nótese que se colocó una carrocería, cuyo uso es

únicamente estético y cuya construcción por tanto sería opcional.

Figura 91. Diseño final del aerodeslizador

3.9 Consideraciones adicionales

Una vez construido el aerodeslizador se debe chequear el balance del mismo en

funcionamiento. Para ello, se debe observar de cerca cual lado sube primero, tanto en

dirección lateral como frontal. Si el balance es correcto la parte delantera se debería levantar

un poco antes que la trasera. El desbalance debe ser compensado moviendo los elementos que

103

sea posible desplazar o agregando pesos en el lado que corresponda y se debe ir probando el

cambio que se va obteniendo en el desempeño.

CAPÍTULO 4

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Conclusiones

En alineación con los objetivos del estudio y en base a las actividades realizadas se

concluye

• Si bien el desarrollo de las primeras ideas en relación a los aerodeslizadores datan

de 1716, el auge en estudios tecnológicos, fabricación y aplicación de los mismos se

remonta a la década de los 60.

• La capacidad de los aerodeslizadores para desplazarse sobre distintas superficies,

sin estar en contacto con ella, lo hace un medio de transporte flexible. Adicionalmente,

la alta velocidad de desplazamiento, la invisibilidad al radar, la maniobrabilidad, gran

capacidad de carga, versatilidad y bajo costo de mantenimiento, lo convierten en un

medio de transporte único e insustituible.

• El principio fundamental de operación del aerodeslizador, y a su vez el que lo

diferencia de otros tipos de vehículos, es la generación de un colchón de aire, sobre el

cual se sustenta.

• Las normas o estándares desarrollados por la AMCA Internacional, constituyen

una metodología de práctica aplicación y buenos resultados, para el estudio del

desempeño o comportamiento del aire en dispositivos generadores de aire en

movimiento.

• El comportamiento de la hélice determinado experimentalmente se correspondió

con el teórico.

• El sistema determinante en el proceso de diseño de un aerodeslizador es el de

sustentación.

• El tamaño del aparato, su peso total, la capacidad del motor y el sistema de

conducción de aire son aspectos que juegan un papel importante en la ecuación de

diseño.

105

• Los parámetros del diseño y operación de un aerodeslizador que deben ser

definidos para garantizar un buen funcionamiento, son la presión y el caudal.

• Es factible la utilización de una hélice de aeromodelismo, potenciada por un motor

a gasolina, como fuente única de poder del sistema de sustentación y propulsión, pero

únicamente para modelos radio controlados.

4.2 Recomendaciones

Se recomienda en primer término la construcción del modelo diseñado, para estudiar su

comportamiento, comprobar las consideraciones y suposiciones realizadas en el diseño y

determinar los aspectos que se pueden mejorar.

También es recomendable la realización de simulaciones del modelo diseñado en algún

programa de análisis de fluidos, a fin de comparar con los resultados experimentales que se

obtengan y determinar si existe correspondencia en los resultados computacionales y

experimentales.

A su vez, se recomienda hacer un estudio aerodinámico de la estructura, aspecto que no

se consideró en este proyecto y en base al cual se podría diseñar una geometría que suponga

una mínima resistencia al avance y optimización del funcionamiento del aparato.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Aerodeslizador

[2] http://www.hovercraft.it/spa/lcac_funz.htm

[3] González, J.C., “Diseño y construcción de un aerodeslizador, empleando un ventilador

centrífugo de álabes curveados hacia delante, para la sustentación”. Tesis de la Universidad

Simón Bolívar, 2001.

[4] Jackson, K., “Discover the Hovercraft”, Flexitech LLC, Estados Unidos de América, 2004.

[5] http://www.hovercraft-museum.org/cockerell.html

[6] Jackson, K. y M. Potter., “Introduction to Radio Control Hovercraft”, Flexitech LLC,

Estados Unidos de America, 2004.

[7] www.australianhovercraft.com/design_skirts.htm

[8] http://www.amca.org/spain.asp

[9] http://webstore.ansi.org/ansidocstore

[10] http://www.metallube.es/rc/helices.asp

[11] American Conference of Governmental Industrial Hygienists. “Industrial Ventilation, a

manual of recommended practice”, Estados Unidos de América: 25ta edición, 2005

[12] Potter, M. y D. Wiggert., “Mecánica de fluidos”, Mexico, 1998.

[13] http:// www.solerpalau.es/formacion_01_36.html

ANEXOS

ANEXO 1 Datos experimentales

ANEXO 2 Cálculos para generación de curvas características de la

hélice

ANEXO 3 Cálculos para la generación de las curvas características

del sistema de sustentación

ANEXO 4 Resultados de la simulación del ducto en

CosmosFloWorks

ANEXO 1. DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 5. Datos experimentales. Sin estrangulador de flujo

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000 25,0 0,0 2,0 6,2 7,0 7,6 8,6 9,0 9,5 9,7 8,5 5,9 6,9 8,4 8,8 9,2 9,4 9,2 9,0

5600 24,1 0,0 3,0 7,2 8,0 9,2 9,4 9,8 9,7 9,5 9,2 7,2 8,5 9,3 9,6 9,9 9,5 9,3 9,2

6300 24,2 0,0 4,0 8,2 9,0 10,2 10,4 11,2 11,9 11,4 10,7 8,0 8,6 9,9 10,5 10,9 10,9 11,0 10,4

7200 24,8 0,0 4,5 8,9 11,0 12,7 12,9 13,2 13,5 13,7 13,2 9,0 11,2 12,8 13,0 13,6 13,3 13,0 12,0

8200 25,4 0,5 5,0 9,0 12,2 13,2 15,3 15,2 15,3 15,4 14,9 9,2 11,9 13,2 15,5 15,6 15,5 14,3 12,5

9100 25,9 0,7 7,0 9,8 11,4 14,4 14,9 15,3 15,3 15,7 14,9 9,7 11,6 14,3 15,5 15,3 14,9 14,8 13,3

9400 26,2 1,0 7,5 10,8 13,9 14,2 15,2 14,7 15,1 15,8 15,8 10,8 11,3 14,1 15,8 14,5 14,2 14,7 12,7

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)


Sin Estrangulador de flujo. Salida totalmente abierta

Velocidad

de giro

(rpm)

Velocidad de aire. Dirección vertical (m/seg)

Tabla 6. Datos experimentales. Diámetro de salida: 251,50 mm

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000 24,4 4,0 6,0 6,0 6,2 7,0 7,5 7,7 8,0 7,8 7,5 5,2 6,3 6,7 7,3 7,8 8,2 7,6 6,7

5600 24,3 6,5 8,5 6,8 7,2 7,5 7,6 7,8 8,1 7,9 7,7 6,9 7,1 7,4 7,9 8,2 8,4 7,8 7,2

6300 24,5 8,0 10,5 7,7 8,0 8,5 8,8 9,0 8,4 8,2 8,1 8,0 8,4 8,7 8,9 8,6 8,2 8,0 7,9

7200 25,0 9,0 11,5 8,5 9,8 10,0 10,7 10,8 11,6 10,9 9,6 9,0 10,3 10,9 11,5 11,4 11,0 10,5 10,0

8200 25,5 11,5 14,0 9,2 10,2 11,0 11,7 11,9 12,4 11,8 11,0 10,0 11,5 11,8 12,3 11,9 11,7 11,0 10,5

9100 26,2 12,0 15,0 10,5 11,0 11,5 11,9 12,6 12,4 12,0 11,6 10,5 11,6 12,0 12,6 12,5 12,0 11,7 11,2

9400 26,4 12,5 15,5 11,2 11,6 11,9 12,3 12,8 12,5 12,2 11,9 11,3 11,8 12,4 12,9 12,7 12,2 11,9 11,6

Velocidad de aire. Dirección vertical (m/seg)Velocidad

de giro

(rpm)

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)


Estrangulador de flujo. Diámetro: 251,50 mm

109


1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000 24,8 8,0 11,0 5,1 5,8 6,2 5,4 5,5 5,7 6,4 5,8 4,8 5,2 5,3 5,1 5,2 5,8 5,9 5,8

5600 24,3 9,5 12,5 5,2 5,8 6,2 6,4 6,5 6,3 6,3 5,8 4,9 5,3 5,5 6,2 6,5 6,7 6,2 5,9

6300 24,0 12,5 14,5 5,4 5,9 6,4 6,9 6,6 6,5 6,3 5,9 5,0 5,3 5,7 6,5 6,8 7,0 6,4 6,0

7200 24,5 14,0 16,5 7,2 8,0 8,5 8,7 9,0 7,9 7,6 7,5 7,8 8,3 8,7 9,2 8,6 8,3 7,8 7,6

8200 24,9 15,0 17,5 5,1 9,3 10,4 11,3 11,6 11,2 10,7 10,0 5,5 9,0 9,8 10,3 10,8 11,5 11,6 10,8

9100 25,5 16,0 18,5 7,0 9,7 10,6 11,5 11,8 11,4 11,0 10,6 7,0 9,6 10,6 11,0 11,6 11,6 11,5 10,9

9400 25,9 16,0 19,0 9,2 10,0 10,9 11,6 12,0 11,5 11,3 11,1 10,0 10,8 11,4 11,8 12,1 11,7 11,4 11,0


Velocidad

de giro

(rpm)

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)

Velocidad de aire. Dirección horizontal (m/seg) Velocidad de aire. Dirección vertical (m/seg)


1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000 24,6 7,5 10,0 4,0 4,2 4,6 5,0 4,5 4,1 4,0 3,8 4,2 4,3 4,5 4,9 4,7 4,4 4,1 4,0

5600 25,0 9,5 12,0 4,3 4,7 5,0 5,2 5,3 5,1 4,7 4,5 4,3 4,5 5,0 5,2 5,4 5,1 5,0 4,7

6300 25,2 12,0 14,0 4,6 5,2 5,4 5,7 5,6 5,4 5,3 5,0 4,4 4,8 5,2 5,5 5,8 5,6 5,3 5,0

7200 25,5 14,0 16,5 5,7 6,1 6,3 6,5 6,3 6,1 6,0 5,5 5,0 5,8 6,1 6,4 6,7 6,5 6,2 5,8

8200 25,5 16,0 19,0 6,9 7,8 8,3 8,8 9,0 8,7 8,4 8,0 7,3 8,2 8,9 9,2 8,7 8,5 8,3 7,7

9100 25,7 17,5 20,5 7,3 8,1 8,4 8,9 9,1 8,8 8,5 8,2 7,5 8,4 9,0 9,3 8,8 8,6 8,4 7,9

9400 26,2 18,5 22,0 7,8 8,3 8,5 9,0 9,2 8,9 8,6 8,4 7,6 8,6 9,1 9,4 8,9 8,8 8,5 8,0


Velocidad

de giro

(rpm)

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)


110


1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000 24,6 9,0 10,0 3,5 3,6 3,6 3,5 3,3 3,7 4,1 3,7 3,2 3,8 3,7 3,5 3,3 3,5 3,5 3,6

5600 24,7 11,0 12,0 3,6 4,0 4,1 4,2 4,0 3,8 3,6 3,7 3,9 4,3 4,5 4,3 4,0 3,8 4,0 3,9

6300 24,7 13,0 14,0 3,8 4,2 4,5 4,4 4,2 4,0 3,9 3,8 4,5 4,8 5,0 4,5 4,2 4,0 4,5 4,2

7200 24,8 14,5 16,0 4,3 4,7 4,8 5,0 4,8 5,0 4,6 4,3 4,4 5,7 5,9 5,3 5,0 4,8 4,7 4,6

8200 25,2 16,0 18,0 5,1 5,3 5,2 5,2 5,2 6,2 6,7 6,8 6,2 6,7 6,3 5,6 5,3 5,3 5,6 5,7

9100 26,0 18,0 20,0 5,4 5,7 5,5 5,4 5,8 6,0 6,7 6,5 6,4 6,4 6,6 5,7 5,3 5,6 5,9 6,2

9400 26,5 19,0 21,0 5,6 5,7 5,6 5,7 6,0 6,0 6,8 6,6 5,8 6,4 6,7 5,9 5,4 5,8 6,0 6,3


Velocidad

de giro

(rpm)

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)



1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

5000 24,8 12,0 14,0 3,0 3,0 2,7 2,8 2,7 2,4 2,3 2,1 3,2 3,2 3,1 2,7 2,8 2,7 2,6 2,5

5600 24,8 14,0 16,0 3,1 3,2 3,0 3,1 2,8 2,6 2,4 2,3 3,3 3,3 3,2 3,0 3,1 2,8 2,7 2,6

6300 24,8 18,0 20,0 3,2 3,3 3,2 3,2 3,0 2,8 2,5 2,5 3,3 3,5 3,5 3,4 3,3 2,9 2,9 2,8

7200 25,0 19,0 21,0 3,3 4,0 4,1 3,6 3,5 3,2 2,7 2,6 3,5 4,6 4,7 4,5 4,0 3,7 3,3 3,1

8200 25,5 21,0 24,0 3,5 4,2 4,3 3,7 3,6 3,5 2,8 2,5 3,7 4,9 5,0 4,9 4,4 4,0 3,9 3,3

9100 25,7 23,0 26,0 4,0 4,5 4,9 4,7 4,6 4,3 4,2 3,9 4,0 5,2 5,4 4,8 4,7 4,3 4,4 4,2

9400 26,4 24,0 26,0 4,2 4,6 4,8 4,9 4,7 4,5 4,4 4,3 4,3 5,4 5,6 5,4 4,9 4,6 4,5 4,3


Velocidad

de giro

(rpm)

Temp.

(°C)

Presión

estática

(mm H2O)

Presión

total

(mm H2O)


ANEXO 2. CÁLCULOS PARA GENERACIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA HÉLICE

Tabla 11. Cálculos para velocidad de giro de 5000 rpm

Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 8,262 0,592 1,843E-05 160295,457 0,018 0,858 2,858

Apertura 1 7,069 0,506 1,840E-05 137367,999 0,019 0,881 6,881

Apertura 2 5,555 0,398 1,842E-05 107822,193 0,020 1,376 12,376

Apertura 3 4,325 0,310 1,841E-05 83996,034 0,020 1,197 11,197

Apertura 4 3,566 0,255 1,841E-05 69252,672 0,021 0,495 10,495

Apertura 5 2,729 0,195 1,842E-05 52969,246 0,022 1,035 15,035

5000


Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 9,011 0,645 1,839E-05 175236,279 0,018 1,267 4,267

Apertura 1 7,587 0,543 1,840E-05 147467,178 0,019 0,870 9,370

Apertura 2 5,970 0,428 1,840E-05 116040,343 0,019 1,359 13,859

Apertura 3 4,869 0,349 1,843E-05 94465,369 0,020 1,173 13,173

Apertura 4 3,977 0,285 1,842E-05 77227,731 0,021 0,486 12,486

Apertura 5 2,898 0,208 1,842E-05 56254,153 0,022 1,025 17,025

5600


Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 10,167 0,728 1,839E-05 197674,877 0,018 1,656 5,656

Apertura 1 8,333 0,597 1,841E-05 161888,988 0,018 1,070 11,570

Apertura 2 6,149 0,440 1,838E-05 119607,148 0,019 0,902 15,402

Apertura 3 5,230 0,375 1,844E-05 101423,099 0,020 0,927 14,927

Apertura 4 4,275 0,306 1,842E-05 83002,175 0,020 0,480 14,480

Apertura 5 3,073 0,220 1,842E-05 59654,955 0,022 1,015 21,015

6300

112


Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 12,264 0,878 1,842E-05 238058,806 0,017 1,805 6,305

Apertura 1 10,388 0,744 1,843E-05 201545,592 0,018 1,031 12,531

Apertura 2 8,159 0,584 1,840E-05 158525,184 0,018 1,074 17,574

Apertura 3 6,055 0,434 1,845E-05 117325,660 0,019 1,131 17,631

Apertura 4 4,859 0,348 1,842E-05 94324,907 0,020 0,704 16,704

Apertura 5 3,624 0,260 1,843E-05 70314,790 0,021 0,987 21,987

7200


Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 13,546 0,970 1,845E-05 262547,171 0,017 1,775 6,775

Apertura 1 11,227 0,804 1,845E-05 217527,339 0,017 1,018 15,018

Apertura 2 9,818 0,703 1,843E-05 190541,153 0,018 1,041 18,541

Apertura 3 8,282 0,593 1,845E-05 160477,586 0,018 1,286 20,286

Apertura 4 5,760 0,413 1,844E-05 111698,092 0,019 0,912 18,912

Apertura 5 3,855 0,276 1,845E-05 74701,132 0,021 1,465 25,465

8200


Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 13,742 0,984 1,847E-05 265983,746 0,017 2,479 9,479

Apertura 1 11,716 0,839 1,849E-05 226596,729 0,017 1,213 16,213

Apertura 2 10,405 0,745 1,845E-05 201618,222 0,018 1,031 19,531

Apertura 3 8,441 0,605 1,846E-05 163473,979 0,018 1,282 21,782

Apertura 4 5,935 0,425 1,848E-05 114852,824 0,019 0,908 20,908

Apertura 5 4,497 0,322 1,846E-05 87085,888 0,020 1,427 27,427

9100

113


Velocidad

de giro

Restricción

de flujo

Velocidad

media

(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

Viscosidad

(Ns/m2)

ReynoldsFactor de

fricción

Carga por

pérdidas

(mm H2O)

Carga total

(mm H2O)

Abierto 13,924 0,997 1,849E-05 269297,464 0,017 2,553 10,053

Apertura 1 12,070 0,865 1,850E-05 233321,949 0,017 1,207 16,707

Apertura 2 11,099 0,795 1,847E-05 214826,247 0,017 1,224 20,224

Apertura 3 8,593 0,616 1,849E-05 166197,541 0,018 1,492 23,492

Apertura 4 6,012 0,431 1,850E-05 116185,269 0,019 0,906 21,906

Apertura 5 4,704 0,337 1,850E-05 90923,302 0,020 0,945 26,945

9400

114

ANEXO 3. CÁLCULOS PARA GENERACIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE SUSTENTACIÓN

Tabla 18. Cálculos curvas del sistema de sustentación GAP 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm

Presión (mm

de agua)

0 0 0 0 0 0

1 0,011 0,021 0,032 0,042 0,053

2 0,015 0,030 0,045 0,060 0,075

3 0,018 0,037 0,055 0,074 0,092

4 0,021 0,042 0,064 0,085 0,106

5 0,024 0,047 0,071 0,095 0,119

6 0,026 0,052 0,078 0,104 0,130

7 0,028 0,056 0,084 0,112 0,140

8 0,030 0,060 0,090 0,120 0,150

9 0,032 0,064 0,096 0,127 0,159

10 0,034 0,067 0,101 0,134 0,168

11 0,035 0,070 0,106 0,141 0,176

12 0,037 0,074 0,110 0,147 0,184

13 0,038 0,077 0,115 0,153 0,191

14 0,040 0,079 0,119 0,159 0,199

15 0,041 0,082 0,123 0,164 0,206

16 0,042 0,085 0,127 0,170 0,212

17 0,044 0,088 0,131 0,175 0,219

18 0,045 0,090 0,135 0,180 0,225

19 0,046 0,093 0,139 0,185 0,231

20 0,047 0,095 0,142 0,190 0,237

21 0,049 0,097 0,146 0,195 0,243

22 0,050 0,100 0,149 0,199 0,249

23 0,051 0,102 0,153 0,204 0,255

24 0,052 0,104 0,156 0,208 0,260

25 0,053 0,106 0,159 0,212 0,265

26 0,054 0,108 0,162 0,216 0,271

27 0,055 0,110 0,165 0,221 0,276

28 0,056 0,112 0,168 0,225 0,281

Caudal (m3/seg)

115

ANEXO 4. RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN DEL DUCTO EN COSMOSFLOWORKS

190,72

190,74

190,76

190,78

190,8

190,82

190,84

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Longitud (m)

Pre

sió

n (

Pa

)

Figura 92. Perfil de presiones a lo largo de las líneas de flujo del aire a sustentación

116

190,93

190,935

190,94

190,945

190,95

190,955

190,96

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Longitud (m)

Pre

sió

n (

Pa

)

Figura 93. Perfil de presiones a lo largo de las líneas de flujo del aire a propulsión

universidad simÓn bolÍvar decanato de …159.90.80.55/tesis/000134892.pdf · diseño multi-motor...

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