UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFACULTAD DE
INGENIERAMATERIA: LAB. MECANICA DE FLUIDOS IIGRUPO: 11PROFESORA
ING. ESCALANTE CAMARGO MAURICIO IVAN INGALUMNO (S):EDWARD ALBORES
CASTROAMLCAR SAAVEDRA PICAZOPRCTICA 4 Arrastre y sustentacinFecha
17-03-15
INTRODUCCINUn cuerpo en movimiento inmerso en un fluido
experimenta fuerzas ocasionadas por la accin del fluido. Si se
consideran todas las fuerzas y todos los efectos, los clculos
resultan muy complejos. Para fines de los mismos, slo se consideran
dos fuerzas resultantes de mayor importancia: el arrastre y la
sustentacin. Ambas son iguales, sin importar si es el cuerpo el que
se mueve a travs del fluido, o si el fluido se mueve alrededor del
cuerpo. El arrastre es la fuerza ejercida por el fluido en direccin
contraria a la fuerza que ejerce el cuerpo en movimiento. Es decir,
es una fuerza que el fluido opone, contrarrestando el movimiento de
un cuerpo. Este fenmeno puede ser observado cotidianamente en
cualquier medio de transporte, dado que stos se desplazan inmersos
en fluidos. La fuerza de arrastre debe contrarrestarse con una
fuerza de propulsin que vaya en direccinopuesta al arrastre. Para
obtener esta fuerza, se requiere el empleo de cierta energa, por lo
que siempre se busca disminuir el arrastre. Sustentacin es la
fuerza ocasionada por el fluido en direccin perpendicular a la
direccin del movimiento del cuerpo. Su aplicacin ms importante se
encuentra en el diseo de partes de aviones y aeronaves,
particularmente en las alas, llamadas aeroplanos. En base al
anlisis de fuerzas, se obtiene cierta geometra que permite que
exista fuerza de sustentacin tanto encima como por debajo del
aeroplano. A la vez, se debe considerar que la fuerza de
sustentacin debe ser al menos igual que el peso de la aeronave para
que esta vuele. Al estudio de las fuerzas en cuerpos en movimiento
inmersos en aire y otros gases se la llama aerodinmica. En cambio,
al anlisis de desempeo de cuerpos inmersos en agua se le llama
hidrodinmica. Dentro del estudio de la sustentacin y el arrastre se
pueden considerar muchos conceptos como similares entre s,
despreciando la naturaleza lquida o gaseosa del fluido. Sin
embargo, en casos particulares como altas velocidades no es as,
debido a que los gases tienen a comprimirse en estas condiciones.
En el estudio del arrastre y la sustentacin, los lquidos se
consideran incompresibles, aunque se ha demostrado que pueden
llegar acomprimirse.INTRODUCCIN (DE VIDEOS) SAAVEDRA PICAZO
AMILCARPrimero empieza mostrando imgenes y explica la fuerza que se
opone al movimiento que se llama Drag que en espaol significa
arrastre, explica que esas fuerzas se utilizan nicamente para los
gases y los fluidos lquidos, y muestra esta misma resistencia que
tienen los objetos a moverse en los fluidos con una bola de metal y
una pluma, pero si este experimento demuestra como en el vaco la
velocidad para cualquier objeto sera la misma sin importar su peso
o su forma y lo muestra en el video y lo demuestra con una pluma y
un objeto de metal, despus de esto nos muestra las pruebas en un
tnel de viento dentro de un laboratorio, primero se tom una forma
esfrica y se le va incrementando la velocidad, se ve que es un
experimento de hace muchos aos por todos los aparatos que utiliza
incluso el micrfono su ve muy antiguo, pero es muy ilustrativo, la
fuerza que se genera sobre el objeto se va incrementando y despues
en un momento se reduce y despus se vuelve a incrementar,
observndose la transicin del fluido. En la segunda parte hace el
experimento pero esta vez con dos salidas de aire, enlaces se ponen
dos bolas diferentes una totalmente lisa y la segunda con pequeos
crculos tallados concntricamente, se va aumentando nuevamente la
velocidad del aire y primero como se esperaba la fuerza de arrastre
de la bola marcada es mayor pero cuando se le va an ms la velocidad
la fuerza de arrastre de la bola lisa supera a la marcada. Seguido
de esto se ponen dos figuras con diferente geometra pero con radio
mximo igual, y se puede ver que la segunda que es totalmente
redonda tiene una fuerza de arrastre mayor que la otra y se
mantiene de esta manera an cuando aumenta la velocidad del aire
despus realiza una prueba en dos sesiones llenas de glicerina
inserta 2 objetos muy parecidos a los anteriores pero en escala
menor, esta vez la figura esfrica es la que se mueven ms rpido a
diferencia de otra con forma de gota alargada. Por ltimo el tercer
link nicamente da un breve resumen de lo acontecido en los otros
dos.En el cuarto y ltimo vdeo del arrastre habla acerca cmo reducir
el arrastre y es indiscutiblemente una excelente manera haciendo ms
aerodinmicos los objetos se ve con el experimento donde con la
misma velocidad del aire el objeto que es ms aerodinmico tiene un
arrastre mucho menor y me sorprendi que la barra circular tuviera
un arrastre grande. EDWARD ALBORES CASTROLa dinmica de fluidos se
enfoca en el estudio de los movimientos de gases al contacto o
friccin con un slido, es decir la relacin de solidos fluidos.
Dentro del estudio y realizacin de experimentacin de movimiento de
fluidos es muy importante la particularizacin de la velocidad como
termino constante. As pues durante la gran mayora de este primer
video se realiza un experimento en el cual se hace mostrar la
relevancia que tiene el arrastre con la velocidad y es que hasta
crece a grado exponencial. En la grfica que se presenta se muestra
la relacin de arrastre contra velocidad.En el segundo videos se
realiza un experimento en el cual se hace incidir dos flujos de
aire a la salida sobre dos volmenes el primero es totalmente liso y
el segundo contiene unas ranuras ralladas en forma concntrica. Con
velocidades bajas la bola rallada aparentemente posee mayor
arrastre pero sucede que conforme aumenta la velocidad sucede lo
contrario pues la bola lisa incrementa en el arrastre con respecto
a la bola muescada. Por otro lado al colocar volmenes totalmente
distintos pero con rea de incidencia en el fluido similar para los
dos flujos, el arrastre es mayor en la forma esfrica y es que se
deben a los momentos cortantes alrededor del punto mximo de
contacto con la esfera.El tercer video es un recordatorio de lo
acontecido y las conclusiones que se han obtenido a partir de los
anteriores experimentos. El ltimo video trata el tema de reducir el
arrastre y esto se logra mediante el diseo de muescas o desniveles
en zonas terminales como un ala de avin, en el video se hace un
experimento de una estructura angular en la cual se hace incidir un
flujo de aire pero debido a la desviacin angular disminuye el
arrastre.
Desarrollo Para distintas figuras se ira midiendo la fuerza de
arrastre con diferentes velocidades del aire. Figura 1
1
[Hz]V[m/s]F[N]
155.30.085
207.350.16
259.30.255
3011.220.355
3512.130.46
4013.50.555
4615.850.772
Figura 2
2
[Hz]V[m/s]F[N]
155.30.055
207.350.08
259.30.12
3011.220.17
3512.130.24
4013.50.3
4615.850.39
Figura 3
3
[Hz]V[m/s]F[N]
155.30.035
207.350.06
259.30.1
3011.220.16
3512.130.22
4013.50.28
4615.850.365
Figura 4
4
[Hz]V[m/s]F[N]
155.30.085
207.350.18
259.30.295
3011.220.42
3512.130.61
4013.50.78
4615.851.02
Figura 5
5
[Hz]V[m/s]F[N]
155.30.01
207.350.025
259.30.04
3011.220.06
3512.130.085
4013.50.11
4615.850.15
Para esta ltima figura se obtiene el volumen con ayuda de estas
tres fotos y se compara con el de la nasa
Figura 6 perfil del ala
6Arrastresustentacin
[Hz]V[m/s]F[N]F[N]
155.30.0250.025
207.350.040.02
259.30.0650
3011.220.095-
3512.130.12-
4013.50.145-
4615.850.18-
Perfil del alaANALISIS DE RESULTADOS Delos resultados obtenidos
a partir de las fuerzas se observa claramente que
figuraFuerza prom. [N]
fig.10.38
fig.20.19
fig.30.17
fig.40.48
fig.50.07
Por tanto la fuerza que ejerce mayor fuerza de arrastre es la
figura 4 la cual es la que pertenece a la figura con forma de
semi-circunferencia volteada y la anterior a esta es justamente la
esfera la figura 1 de la cual todo el fluido lo rodea o lo circunda
perfectamente, y de ese modo se aprovecha al mximo el fluido para
arrastre.
CONCLUSIONES
SAAVEDRA PICAZO AMILCAR Como conclusiones de esta prctica
nicamente comparar la forma del objeto con la cantidad de energa
que se utiliza para que un fluido pase alrededor de l, como se
puede ver en las diversas figuras que se utilizan esta energa es
mucho menor en caso de que el objeto sea aerodinmico, el rea sea
menor, o sea menos drstico el choque del fluido con el objeto. En
esta prctica se reafirmaron los conocimientos que ya tenamos pero
no sabamos una buena manera de dividir estas fuerzas que se
presentaban en los objetos, en este caso todos tienen formas
geomtricas a excepcin del ltimo qu es el de la forma del ala de un
avin. Para el caso de los objetos geomtricos se puede ver que
nicamente la fuerza del arrastre es la que se presenta ya que las
otras dos se eliminan entre ellas debido a la simetra del cuerpo
cuyo caso no se dan en la ltima figura y se presenta tengo una
pequea sustentacin la cual es muy pequea debido a que el ngulo del
ala es cero aproximadamente. Tambin se puede decir que es muy fcil
que se tenga algunos pequeos errores la velocidad del aire ya que
este objeto que se utiliza para medir la es algo sensible, pero
para fines prcticos de comparacin es muy til, se puede confiar en
estas velocidades y esto debido a que se toma en cuenta la
frecuencia del motor y las velocidades en cada uno de los eventos
se supone que son las mismas. Observando los datos obtenidos en
cada uno de los objetos se puede ver que el arrastre mayor se
presenta en la figura de la media esfera volteada esto debido a su
forma hueca, es lo contrario a un objeto aerodinmico ya que impide
el paso de fluido por la parte del centro qu es el fluido debe de
proporcionar una energa mayor por lo cual la fuerza que se obtiene
en este objeto en el caso del arrastre es mucho mayor. Para el caso
de los videos y del quinto objeto es sorprendente como se ve
disminuida la fuerza de arrastre nicamente por tener la forma
aerodinmica, esto nos ensea la importancia que tiene el estudio de
los fluidos un ejemplo muy claro se puede ver en el vdeo cuando
indica qu s opt por el modelo de los aviones sin que tuvieran
cuerdas para su construccin pero que sostuvieran alguna figura
aerodinmica y con stos convirtiendo en unos vehculos areos mucho ms
eficientes y que pudieran desarrollar unas velocidades mucho
mayores. Pero tambin recordando que sta es nicamente una de las
tantas aplicaciones que este tema puede tener.
EDWARD ALBORES CASTRODe esta prctica se ha podido aprender que
el arrastre es directamente una funcin del rea de contacto o tambin
sea el caso del volumen que posee la forma o figura.El arrastre es
la relacin de cuanta energa puede transmitir el fluido a una figura
y esta a su vez transformarla, y es que si posee gran arrastre es
que necesita mucha mayor energa de para poder romper el estado
esttico de la fuerza de arrastre.El diseo aerodinmico es algo muy
importante pues este define el estado de fuerzas de accin y
reaccin, por eso se opta por la forma de gotita en el diseo de
automviles. Ya que de esta prctica se ha comprobado que
efectivamente este diseo rodea y dirige el flujo por lo que al
intuir direccin reduce realmente bastante la friccin con el medio y
de este modo el arrastre es mnimo.Con respecto a algunos valores
experimentales, quiz la toma de velocidad pudo haber llegado a
tener disfunciones pero por ese motivo es que se opta en comparacin
con las mismas frecuencias para que quiz sea aproximadamente la
misma velocidad y si es que llegara a existir alguna variacin esta
estara dada por la instrumentacin utilizada o el equipo de
trabajo.
Fuentes de
informacinhttp://www.academia.edu/5319040/ARRASTRE_Y_SUSTENTACI%C3%93Nhttp://www.nasa.gov/audience/foreducators/topnav/materials/listbytypeMXICO
UNAM 2015-1