Principios de vuelo. Circulación del aire por un perfil

Principios de vuelo. Circulación del aire por un perfil

Como hemos dicho en posts anteriores para conocer el movimiento de un cuerpo en el seno de un fluido es indiferente que la corriente del fluido se encuentre en reposo y el cupero en movimiento o al revés. La diferencia entre los fluidos perfectos y  los reales es la pequeña capa situada entre el cuerpo y la corriente de aire libre, la capa límite.

Como ejemplo para conocer como circula el aire en torno a una superficie plana utilizaremos como ejemplo una superficie plana colocada paralelamente a la corriente de aire y en el que uno de sus ejes coincida con la dirección del flujo. En nuestro ejemplo el fluido será ideal por lo que carecerá de viscosidad ( no será aplicable la interacción entre el fluido y el cuerpo ), por lo que las líneas de corriente no se verán afectgadas por la superficie plana.

Como vemos en la figurar 1 las líneas de corriente no se ven afectdas por la placa, que no tiene espesor, por lo tanto no existe distribución de presiones o por la simetría que existe a ambos lados del eje la distribución de presiones será la misma y no habrá sustentación.

Si, como ocurre en la figura 2, consideramos el eje de la superficie plana perpendicular a la dirección del flujo, observamos que las líneas de corriente,

  • contornean los bordes, tanto superior como inferior de la plaxa
  • se aceleran más cuanto mayor sea el número de líneas interrumpidas por la placa
  • se separan en la parte delanteras y vuelven a sus posición relativa anterior al sobrepasar la placa
Circulación del aire alrededor de una superfice paralela al flujo de aire
Fig. 1 – Circulación del aire alrededor de una superfice paralela al flujo de aire
Circulación del aire alrededor de una superfice perpendicular al flujo de aire
Fig. 2 – Circulación del aire alrededor de una superfice perpendicular al flujo de aire

Debido a la simetría que existe a ambos lados del eje la distribución de presiones será la misma y no habrá sustentación.

En el caso de que el fluido fuera real si la placa se encuentra paralela a la corriente toda la resistencia que se genera es debida a las fuerzas de fricción y en el caso de que la placa se encuentra perpendicular a la corriente de aire la resistencia que ejerce la placa al movimiento es debida fundamentalmente a las fuerzas de presión, siendo prácticamente nulas las fuerzas de fricción.

La resistencia ejercida en la superficie plana perpendicular al flujo es el resultado de la diferencia entre la presión que existe delante y detrás de la placa. En la parte delantera de la placa, como la corriente no ha sido perturbada, la presión es la total, de remanso o de impacto ( Pt = P + 1/2 ρV2 )  y en la parte trasera de la placa, por la aceleración que se genera cuando el fluido pasa por los bordes de la placa la presión será un poco menor, por lo tanto la diferencia de presiones delante y detrás de la placa será, Pt – P = (P + 1/2 ρV2) – P = 1/2 ρV2.

Coeficientes de resistencia
Fig.3 – Coeficientes de resistencia

La resistencia que ejerce la placa es igual a 1/2 ρV2 y la fuerza de resistencia Fd = 1/2 ρV2SCd, por lo que el coeficiente adimensional (coeficiente de resistencia), Cd, será igual a: Cd = Fd = 1/2 ρV2SCd

En la figura 3 podemos observar diferentes objetos con diferentes Coeficientes de Resistencia dependiendo de su forma. Como vemos dependiendo de la forma del objeto se genera más o menos resistencia y por lo tanto se modifica también el coeficiente de resistencia.

 

 

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