curso de Aerodinámica con un poco de esfuerzo

[U25pies]

Mercedes-Benz W201

Coeficiente de arrastre 0,33

supongamos que este bicho tiene 2 metros cuadrados visto desde frente, y supongamos que corre a 20 nudos, entonces la estimación de la resistencia aerodinámica o arrastre aerodinámico es bien sencillo:

Coeficiente (0,33) x la velocidad del viento al cuadrado (20 x 20) x 0,16 [este 0,16 es por comodidad y dentro del 0,16 va empaquetada la densidad del aire y lo necesario para mezclar nudos y metros] x 2 metros cuadrados =

= 42 Newtons



una driza, Coeficiente de arrastre 1,1

3 drizas de 10 metros y 10 mm = 0,3 metros cuadrados
y sopla 20 nudos de viento aparente

arrastre = 1,1 (Coeficiente) x velocidad del viento al cuadrado (20 x 20) x 0,16 x 0,3 metros cuadrados = 21 Newtons



una capota de digamos 3 metros cuadrados, Coeficiente de arrastre pues no sé, pero a ojo de buen cubero digamos que 0,6

arrastre = 0,6 (Coeficiente) x velocidad del viento al cuadrado (20 x 20) x 0,16 x 3 metros cuadrados = 115 Newtons

[Keith11]

Hombre

el mercedes, si tiene un coeficiente de arrastre de 0.33, no puedes entonces contar el area como un rectangulo que proyectado en vertical tiene 2 m cuadrado.

Si fuera así, entonces el coeficiente de arrastre de un cuadrado vertical es de 0.8

[U25pies]

Sobre el área de referencia

el "área de referencia" en un coche es el área frontal

el "área de referencia" en una vela es su superficie

el "área de referencia" en un casco de un velero ciñendo es su superficie lateral por el seno del ángulo del viento aparente

[U25pies]

la fotografía de la izquierda de 1901 y la fotografía de la derecha de 1902
son el testimonio gráfico del momento crucial en esta historia
de la sustentación (Lift) y el arrastre (Drag)

el arrastre ... arrastra hacia popa el resultado (R)

en 1901 el ángulo de arrastre (e) era muy grande

y después de horas y horas recopilando datos en el túnel de viento
lograron reducir el ángulo de arrastre alargando las alas,
aumentando el alargamiento (AR, Aspect Ratio)





AR, Aspect Ratio = 33



AR, Aspect Ratio = 5,5

Alargamiento (AR) de un Ala = envergadura del Ala elevada al cuadrado dividido entre su superficie

Alargamiento (AR) de un velero en ceñida = altura del puño de driza de la mayor sobre la línea de flotación elevada al cuadrado / superficie vélica en ceñida

[U25pies]

los dos veleros tienen

una orza-timón bien eficiente
un casco con una migajita de francobordo
no lleva tripulante, para que no estorbe, se controlan por radiocontrol

y

el plano-aéreo el aéreo-plano, el Ala, la Vela, es un tablón, una tabla, un tablero de madera

los dos veleros los bautizamos con los nombres de

Newton turbulento de bajo Alargamiento
y
Newton turbulento de gran Alargamiento

con Newton turbulento de bajo alargamiento ... bueno, ni hacemos estimaciones, ni mirarlo, porque con éso seguro que no se puede ceñir, no merece la pena hacer una estimación

pero

¿cuánta fuerza de avance podríamos obtener con "Newton turbulento de gran alargamiento" ciñendo a 30 grados del viento aparente

el problema de "Newton turbulento de gran alargamiento" sería la escora, pero si nos olvidamos de la escora en este experimento mental, entonces "Newton turbulento" ciñe sin ningún problema con una vela de tabla desviando el viento

[Keith11]

Originalmente publicado por U25pies

Sobre el área de referencia

el "área de referencia" en un coche es el área frontal

el "área de referencia" en una vela es su superficie

el "área de referencia" en un casco de un velero ciñendo es su superficie lateral por el seno del ángulo del viento aparente

Pues es extraño.

En mi caso (edificios) cuando calculo la fuerza que el viento hace sobre el faldon de una cubierta inclinada (a mas horizontal menos coeficiente de arrastre, tambien llamado coeficiente eólico), tomo toda el area de la cubierta, no solo la de la proyeccion de la misma sobre un plano vertical. Si fuera así, el valor de la fuerza seria muy pequeño, pues a mas horizontal que fuera la cubierta, menos proyeccion al viento ofrecera.

Bueno, cada disciplina tiene su qué

[U25pies]

sí, "el área de la cubierta", como el área de una vela

mañana -mañana tengo scanner y wifi- y a ver si salimos a navegar con "Newton turbulento"

un saludo

salud y suerte

[U25pies]

bien, por fin salimos a navegar con Newton turbulento

primero orientamos su vela de tablero de madera con un ángulo de ataque de 90 grados respecto al Viento aparente (Va) y nos dejamos arrastrar por la fuerza del viento navegando viento en popa, la Fuerza de avance en la dirección del Rumbo del Velero (RV) es igual al arrastre (D, Drag)



ahora orientamos la vela de tablero y le damos un ángulo de ataque de 45 grados respecto al Viento aparente (Va) y navegamos de través, y la Fuerza de avance es la sustentación (L, Lift)

el dibujito valdría para una piedra plana lanzada contra un estanque y también podemos imaginar una bola de billar dándole de refilón a otra bola de billar

eso sí: necesitamos que el conjunto orza-timón-carena nos proporcione una fuerza igual al arrastre (D, Drag) pero de sentido contrario

bien

ahora orzamos hacia el Viento ... y ahora es cuando

Newton turbulento Alargamiento 1
y
Newton turbulento Alargamiento 10

muestran un distinto comportamiento



navegamos ceñidos al viento: hay un ángulo de 30 grados entre el Rumbo del Velero (RV) y el Viento aparente (Va)

el ángulo de ataque de la vela es de 8 grados

y del Resultado (R) de la sustentación (L, Lift) y el arrastre (D, Drag) obtenemos una Fuerza de avance (Fa) en el sentido del Rumbo del Velero (RV)

Veamos las fuerzas que obtenemos

el Coeficiente de arrastre (Cd) se puede decir que es 1,2 y se puede decir que es 0,167 dependiendo del "área de referencia"

si lo tratamos como un coche entonces la fuerza de arrastre es igual a

1,2 x el área frontal (que es igual a la superficie de la vela x el seno de 8 grados)

si lo tratamos como una vela entonces la fuerza de arrastre es igual a

0,167 (que es 1,2 por el seno de 8 grados) x la superficie de la vela

ahora veamos cuánta fuerza lateral o sustentación (L, Lift) obtenemos

y para esto lo primero es repetir un mantra, es el rito de iniciación

en el dibujo lo que vemos es una placa plana en dos dimensiones

el Coeficiente de sustentación en dos dimensiones (cl_2d [con "c" y "l" minúscula] es igual a

"dos pi alfa radianes"

"dos pi alfa radianes"

"dos pi alfa radianes"

lo repetimos todos juntos

"dos pi alfa radianes"

"dos pi alfa radianes"

"dos pi alfa radianes"

cumplido el rito de iniciación la cosa es que los teóricos al Angulo de Ataque (AoA) le llaman "alfa" y lo simbolizan con la letra griega "alfa" y expresan el ángulo en radianes en vez de en grados

el Coeficiente de sustentación en dos dimensiones (cl_2d) de una placa plana es igual a 2 multiplicado por el número pi y multiplicado por el ángulo de ataque en radianes

esto a fin de cuentas viene a ser 0,11 por cada grado de Angulo de Ataque

pero en la práctica, en la realidad, lo que se observa es 0,10 por cada grado de Angulo de Ataque (AoA)

entonces con 8 grados de Angulo de Ataque los dos Newtons turbulentos, los dos, el 1 AR y el 10 AR, los dos obtienen

cl_2d = 0,8

pero

ahora tenemos que traducir a tres dimensiones:



con un Angulo de Ataque de 8 grados

Newton turbulento de bajo Alargamiento, AR = 1:

Coeficiente de arrastre (Cd) = 0,167
Coeficiente de sustentación en dos dimensiones (cl_2d) = 0,8
Coeficiente de sustentación en tres dimensiones (CL_3d) = 0,26

Newton turbulento de alto Alargamiento, AR = 10

Coeficiente de arrastre (Cd) = 0,167
Coeficiente de sustentación en dos dimensiones (cl_2d) = 0,8
Coeficiente de sustentación en tres dimensiones (CL_3d) = 0,66

si dibujamos los Coeficientes con papel y lápiz veremos que el Newton chiquitajo no tiene fuerza para ceñir y, en cambio, el Newton alto y espigado ciñe bien

[U25pies]

para dibujar los Coeficientes con lápiz y papel simplemente hacemos que por ejemplo 1 sea igual a 10 centímetros

primero dibujamos la dirección del Viento aparente (Va) y dibujamos el Rumbo del Velero (RV) que va navegando 30 grados ceñido al viento

entonces en vez de dibujar la Fuerza de Arrastre (D) podemos dibujar el Coeficiente de arrastre (Cd) y en vez de dibujar la Fuerza de Sustentación (L) podemos dibujar el Coeficiente de sustentación (CL)

sumando los vectores obtenemos el Resultado (R)

y de ahí vemos cuánto podemos sacar en la dirección de la marcha del velero (Fa)

también podemos dibujar las fuerzas en Newtons: hacemos que en el tablero de dibujo sople tantos nudos y

Fuerza aerodinámica = Coeficiente x la mitad de la Velocidad del viento al cuadrado x la densidad del aire x Area de referencia (que en una Vela es su Superficie)

por comodidad empaquetamos en 0,16 "la mitad", "la densidad del aire" y lo necesario para mezclar nudos y metros cuadrados

por ejemplo soplando 20 nudos de viento aparente ... Newton turbulento de alto Alargamiento con 10 metros cuadrados de vela de tablero o de chapa de aluminio ... obtendría una

Fuerza de Sustentación = 0,66 (Coeficiente) x 20 x 20 x 0,16 x 10 metros cuadrados = 422 Newtons, que son más o menos unos 42 kilos que lo podemos dibujar en el papel como 4 centímetros y 2 milímetros