7/26/2019 Flujo y Arrastre de Cuerpos Sumergidos

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I. FLUJO Y ARRASTRE DE CUERPOS SUMERGIDOS.

Fuerzas desarrolladas por los fluidos en movimiento.

Introduccin.

El conocimiento de las fuerzas ejercidas por ls fluidos en movimiento son de gran

importancia en el anlisis y diseo de dispositivos tales como bombas, turbinas,

aviones, cohetes, hlices, barcos, cuerpos en movimiento, edificios y multitud de

sispositivos hidrulicos. !as ecuaciones fundamentales de la energ"a no son

suficientes para resolver la mayor"a de estos problemas. Es ms decisivo el empleo de

otro principio de la mecnica, el de la cantidad de movimiento. !a teor"a de la capa

limite proporciona na base para un anlisis ms minucioso. !a e#perimentacin, cada

vez ms continua y e#tensa, proporciona sin cesar nuevos datos para conocer las

leyes de variacin de los coeficientes fundamentales. $%iles, &'(').

E! *+I-I*I /E! I0*1!23-45I/4/ /E 06I0IE5 de la dinamica establece

7ue Impulso 8 variacion de la cantidad de movimiento o (F) t=M(V)

!as magnitudes fisicas 7ue intervienen en la ecuacion son magnitudes vectoriales y

han de tratarse de acuerdo con el algebra vectorial. *or lo genera, es mas conveniente

utilizar componentes, y para evitar posibles errores en los signos se sugiere utilizar

as siguientes formas9

$a) En la direccion :, cantidad de movimiento inicial impulso 8 cantidad de

movimiento final

M Vx1

Fxt=MVx2 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;.

$ & )

$b) En la direccion

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Fx=Q(V2V1)x , Etc;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;..

$>)

EL COEFICIENTE DE CORRECCIN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO ,

?ue se calcular en el *roblema &, es

=1

AA

(v

V)

2

dA ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

$@)

*ara flujo laminar en tuber"as, =1.33 . *ara flujo turbulento en tuber"as,

varia de &.A& a &.AB. en la mayor"a de los casos puede considerarse igual a la unidad.

Resistencia.

!a resistencia o arrastre es la componente de la fuerza resusltante, ejercida por el

fluido sobre el cuerpo en direccin paralela al movimiento relativo del fluido.

1sulamente se da en la forma

+esistencia en Cg 8 CDAV

2

2

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;$D)

SUSTENTACIN.

!a sustentacin es la componente de la fuerza resultante, ejercida por el fluido sobre

el cuerpo en direccin perpendicular al movimiento reativo del fluido. 1sualmente se

da en la forma.

2ustentacion en Cg 8 CLAV

2

2

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;..$()

/onde9

CD=coeficiente de resistencia , adimencional

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CL=coeficientede sustencacion,adimencional =densidaddelfluido , enUM

m3

A= un rea caracter"stica, en m=, 7ue normalmente es la proyeccin del cuerpo

sobre un plano perpendicular al movimiento relativo del fluido.

68 velocidad relativa del fluido respecto del cuerpo, en mseg

RESISTENCIA TOTAL.

!a resistencia total esta originada por la resistencia superficial y la resistencia de

forma, debido a la presin. o obstante, muy raramente se presentan ambos efectos

simultneamente con el mismo orden de magnitud. En el caso de objetos, 7ue no

sufren una sustentacin apreciable, la resistencia del perfil o superficial es sinnima de

resistencia total.

ObjetoResistenciasuperfcial

Resistencia deForma

Resistencia Total

Esferas Despreciable + Resistencia deForma = Resistencia TotalCilindros (Ejeperpendicular a lavelocidad despreciable

+

Resistencia deForma

=

Resistencia Total

Discos y placasdelgadas(perpendiculares ala velocidad) cero

+

Resistencia deForma

=

Resistencia Total

lacas delgadas(aralelas a la!elocidad)"

Resistenciasuper#cial +

desprecialble onula

=

Resistencia Total

lacas delgadas(aralelas a la!elocidad)"

Resistenciasuper#cial +

desprecialble onula

=

Resistencia Total

$bjetos%uidodin&micos"

Resistenciasuper#cial +

pe'uea odespreciable

=

Resistencia Total

COEFICIENTES DE RESISTENCIA.

!os coeficientes de resistencia dependen del numero de +eynolds para las

velocidades bajas e intermedias, y se hacen independientes de dicho numero para

velocidades elevadas. *ara velocidades muy altas el coeficiente de resistencia

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depende del nmero de 0ach, cuya influencia es despreciable a velocidades bajas.

!os diagramas F, % y G dan las variaciones de los coeficientes de resistencia para

algunas formas geomtricas. En los problemas =@ y @A se estudian estas relaciones.

*ara placas planas y perfiles de ala, los coeficientes de resistencia se tabulan,

usualmente, para el rea de la placa y para el producto de la cuerda por la longitud,

respectivamente.

COEFICIENTE DE SUSTENTACIN.

Hutta ha determinado tericamente los valores m#imos de los coeficientes de

sustentacin para placas delgadas, en posicin no perpendicular a la velocidad relativa

del fluido, por

CL=2!sen"

/onde " 8 ngulo de ata7ue o angulo 7ue forma la placa con la velocidad relativa

del fluido. *ara los ngulos normales de funcionamiento, las secciones de los perfilces

de ala actuales dan valores del 'A apro#imadamente del valor m#imo teorico. El

angulo " no deber e#ceder de =DJ apro#imadamente.

NUMERO DE MACH.

El numero de 0ach es una relacin adimensional, 7ue viene dada por el cociente de la

velocidad del fluido por la velocidad del sonido $llamada mas frecuentemente

celeridad).

#$mero de Mac%=#M=V

c=

V

&/ ;$K)

*ara gases, c='()

*ara valores de 6c hasta e valor