Arrastre Y Sustentacion

Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder popular para la educación superior

I.U.P “Santiago Mariño”

Mecánica de fluidos I

Sustentación y Arrastre

Profesor: elaborado por:

Wilfran Diaz Luisbeliz Mata C.I: 22762017

Angélica Alvarado C.I: 17922264

Caracas, 11 de febrero del 2014

INTRODUCCIÓN

Un cuerpo en movimiento inmerso en un fluido experimenta fuerzas ocasionadas por la acción del fluido. El efecto total de estas fuerzas es muy complejo. Sin embargo, para propósitos de diseño o estudio del comportamiento del cuerpo en un fluido, son dos las fuerzas resultantes de mayor importancia: El arrastre y la sustentación. Las fuerzas de arrastre y sustentación son iguales, sin que importe si es el cuerpo el que se mueve en el fluido o el fluido es el que se mueve alrededor del cuerpo.

El arrastre es una fuerza mecánica. Es generada por la interacción y contacto de un cuerpo rígido y un fluido

Existen dos teorías acerca de la creación de la sustentación: la de Bernoulli y la de Newton. Aunque ninguna de las dos se considera perfecta, ayudan a comprender un fenómeno que para explicarlo de otra forma requeriría de una demostración matemática compleja.

ARRASTRE

Fuerza de Arrastre de un fluido

El arrastre o fricción de fluido es la fricción entre un objeto sólido y el fluido (un líquido o gas) por el que se mueve. Para un sólido que se mueve por un fluido o gas, el arrastre es la suma de todas las fuerzas aerodinámicas o hidrodinámicas en la dirección del flujo del fluido externo. Por tanto, actúa opuestamente al movimiento del objeto, y en un vehículo motorizado esto se resuelve con el empuje. La fuerza debe contrarrestarse por medio de una fuerza de propulsión en la dirección opuesta con el fin de mantener o incrementar la velocidad del vehículo. Como la generación de una fuerza de propulsión requiere que se agregue energía, es deseable minimizar el arrastre.

El arrastre es una fuerza mecánica. Es generada por la interacción y contacto de un cuerpo rígido y un fluido. Para que exista arrastre el cuerpo debe estar en contacto con el fluido.

La fuerza de arrastre es un vector que va en la dirección contraria al movimiento del cuerpo. Existen muchos factores que afectan la magnitud del arrastre. La magnitud de la sección efectiva de impacto y la forma de la superficie.

Arrastre por presión

Se debe a los disturbios de corriente de flujo conforme pasa el cuerpo lo que crea una estela turbulenta

Arrastre por fricción: se debe a las fuerzas cortantes en la capa delgada de fluido que se encuentra cerca de la superficie del cuerpo.

Existen otros tipos de arrastre llamados arrastres inducidos que son producidos por la dinámica del flujo debido a la forma particular del cuerpo. Los vórtices que se producen en las puntas de las alas de los aviones generan este tipo de arrastre. Las alas muy cortas y anchas tienen grandes arrastres. La formación de ondas de choque al acercarse un cuerpo a la velocidad del sonido en el fluido es fuente también de resistencia al movimiento.

La fuerza de arrastre podemos escribirla como:

Donde

• Ρ= a la densidad.

• V= velocidad de la corriente libre de fluido en relación con el cuerpo

• A= área del cuerpo

• Cd= es el coeficiente de arrastre

Para objetos grandes, la fuerza inercial es la dominante y definimos el

Coeficiente de arrastre como:

Siendo “A” el área del objeto.

Coeficiente de arrastre

Es frecuente que la meta del estudio del arrastre sea el arrastre que tienen los cuerpos que se mueven atreves del aire. La magnitud del coeficiente de arrastre para el arrastre de presión depende de muchos factores, sobre todo de la forma del cuerpo, el número de Reynolds del flujo, la rugosidad de la superficie y la influencia de otros cuerpos o superficies en las cercanías

Fuerza de arrastre viscoso

Puesto que el aire tiene viscosidad existe una fuerza de arrastre de este tipo generada dentro de la capa límite que definiremos a continuación. Se trata de una capa muy delgada de aire que se forma sobre la superficie de los cuerpos en movimiento y en la cual se ha demostrado experimentalmente que la velocidad del aire varía desde el valor cero, sobre la superficie, hasta el valor de la velocidad del flujo de aire libre de obstáculos. Esta capa límite contribuye también a los gradientes de presión cerca de las superficies; es la causante de que los fluidos se separen, se desprendan de los contornos de las superficies generando turbulencia en las partes posteriores, las llamadas estelas.

SUSTENTACION

Fuerza de Sustentación

Es la fuerza que actúa sobre un cuerpo en dirección perpendicular a la del flujo de fluido, su aplicación más importante está en el diseño d las alas de aeronaves llamadas aeroplanos

Esta fuerza de ascensión permite al avión mantenerse en el aire. El levantamiento o sustentación se crea principalmente en las alas, la cola y, en menor cuantía, en el fuselaje o estructura. Para que el avión pueda volar la fuerza de sustentación debe igualar a su peso, contrarrestando así la fuerza de gravedad. La ecuación de la fuerza de sustentación viene dada por:

Dónde:

• Ρ= a la densidad.

• V= velocidad de la corriente libre de fluido en relación con el cuerpo

• A= área del cuerpo

• CL= es el coeficiente de sustentación.

El valor del coeficiente de sustentación depende de la forma del aeroplano y también del anulo de ataque.

Angulo de ataque

El ángulo de ataque es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala y la dirección del viento relativo. Este ángulo es variable, pues depende de la dirección del viento relativo y de la posición de las alas con respecto a este, ambos extremos controlados por el piloto. Es conveniente tener muy claro el concepto de ángulo de ataque pues el vuelo está directa y estrechamente relacionado con el mismo.

Es importante notar, que el ángulo de ataque se mide respecto al viento relativo y no en relación

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