Coeficientes de resistencia al avance

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Ticoman.

Coeficientes de Resistencia al Avance
Práctica # 2

Fecha: 23 de Febrero de 2011

Objetivo:

Ser capaces de determinar experimentalmente los valores del coeficiente de resistencia al avance de diferentes cuerpos tridimensionales para determinado valor del número de Reynolds, para asíhacer un análisis comparativo de estos cuerpos y cómo se ve afectada la resistencia al avance por sus diferentes características.

Equipo:

* Generador de viento
* Manómetro diferencial
* Túnel de viento con fondo plano
* Tubo Pitot
* Varilla soporte
* Dinamómetro con escala de 0 a 0.6 N
* 3 discos de 40, 56 y 80 mm de diámetro
* Cuerpo fuselado de 56 mm dediámetro y 150 mm de cuerda
* Hemisferio de 56 mm de diámetro
* Carro soporte
* Esfera de 56 mm de diámetro
* Nivel de burbuja

Justificación:

Esta práctica se lleva a cabo con el objetivo de calcular el coeficiente de resistencia al avance en objetos de diferentes dimensiones y geometrías, para después comparar estos resultados.
Esto nos es útil para saber la relación existenteentre la resistencia al avance y la geometría y dimensión de un cuerpo, además de las condiciones del fluido, como lo es su viscosidad y densidad, para poder aplicar estos conocimientos en el diseño de una aeronave u objeto que necesite generar determinada resistencia.

Introducción

La resistencia al avance, también conocida como arrastre, es una fuerza que siempre está presente y que seopone directamente al movimiento del ala en el aire. Para determinada posición de perfiles alares similares, las fuerzas tienden a variar directamente con la densidad del aire, el área del ala y el cuadrado de la velocidad. Es conveniente expresar estas fuerzas en términos de coeficientes adimensionales que son funciones de la posición del objeto principalmente.
El coeficiente de resistencia alavance está dado por la expresión:
D=12ρV2S CD
El término 12ρV2 es la presión dinámica, lo que significa que este coeficiente nos dice cuanta de la presión dinámica se convierte en arrastre.
Un pequeño problema que se tiene en la definición de este coeficiente es el área a utilizar. El arrastre es de hecho generado por un cuerpo tridimensional, por lo que la resistencia es proporcional a solo dosdimensiones del cuerpo. Por ejemplo, en la figura siguiente se muestran las vistas de una figura tridimensional. Nosotros podemos utilizar cualquiera de estas áreas para calcular el coeficiente, pero tendríamos que tener cuidado y utilizar la misma vista para determinar el área de cualquier otro fuselaje si queremos usar el coeficiente que determinamos anteriormente.

Algunas características,como lo es este coeficiente y el coeficiente de levantamiento varía con el tamaño del ala para una velocidad dada, y con la velocidad del aire para un tamaño de ala dada. Los dos factores que se desprecian al definir estos coeficientes están asociados con la compresibilidad y viscosidad del aire. Un análisis más completo de las ecuaciones de movimiento muestra la importancia que tiene el número deMach, que es la relación entre la velocidad del fluido y la velocidad del sonido, y el número de Reynolds, siendo este último definido como:
Re= ρVLμ
Donde ρ y μ son la densidad y la viscosidad del fluido respectivamente, V es la velocidad del fluido sin perturbar y L es la longitud de referencia. Es visto que la similitud de flujos en diferentes cuerpos se obtiene solo si los cuerpos songeométricamente similares y si el número de Mach y de Reynolds son iguales.
A velocidades donde las variaciones de presión alrededor del cuerpo son pequeñas en comparación con la presión absoluta (números de Mach bajos) los efectos de la compresibilidad son despreciables, y los efectos viscosos pueden ser considerados de manera independiente.
La resistencia al avance generalmente disminuye al...