Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Ticomán

Ingeniería Aeronáutica

Aerodinámica

Profesor: Rodríguez Ibarra Fausto

Práctica 3

“Distribución de presión alrededor de un cilindro”

Villegas Moreno Edgar Ernesto

29-Sep-2010

Grupo: 5AM2

Objetivo:

Calcular el coeficiente de resistencia al avance de un cilindro mediante la integración de los coeficientes de presión en diversos puntos del perímetro de la sección transversal media.

Equipo y material:

Túnel de presión total modelo TE-44

Cilindro de 36´´ de diámetro X 18´´ long.

Tubo Pitot

Manómetro de 36 columnas

Mangueras de conexión

Balanza aerodinámica

1. Determinación de las condiciones ambientales.

INICIALES FINALES PROMEDIOTemperatura

ambiente19.2 °C 20.9 °C 20.05 °C

Presión barométrica 589.4 mmHg 589 mmHg 589.2 mmHgHumedad relativa 84% 82% 83%

Presión barométrica corregida 587.2767 mmHgPresión de saturación 238.3 Kgf/m2

Presión de vapor 154.6568 Kgf/m2

Densidad 0.9252 Kgm/m2

2. Medición de la presión local alrededor de un cilindro y determinación del coeficiente de resistencia al avance por distribución de presiones.

Valores de presión en mmH2OPT 70PE -8

q = PT - PE 78

Ángulo θ

PL mmH2O

Cp (1/2)CpCosθ

190 -28 -0.2564 0.1263200 -31 -0.2949 0.1386210 -32 -0.3077 0.1333220 -32 -0.3077 0.1179230 -34 -0.3333 0.1072240 -42 -0.4359 0.1091250 -74 -0.8462 0.1450260 -110 -1.3077 0.1141270 -122 -1.4615 0.0006280 -127 -1.5256 -0.1318290 -122 -1.4615 -0.2493300 -98 -1.1538 -0.2880310 -114 -1.3590 -0.4362320 -26 -0.2308 -0.0883330 12 0.2564 0.1110340 41 0.6282 0.2950350 63 0.9103 0.4481360 71 1.0128 0.5064

Ángulo θ

PL mmH2O

Cp (1/2)CpCosθ

0 71 1.0128 0.506410 61 0.8846 0.435620 46 0.6923 0.325330 15 0.2949 0.127740 -22 -0.1795 -0.068850 -61 -0.6795 -0.218460 -92 -1.0769 -0.269370 -111 -1.3205 -0.226080 -114 -1.3590 -0.118290 -107 -1.2692 -0.0002

100 -92 -1.0769 0.0933110 -57 -0.6282 0.1073120 -42 -0.4359 0.1089130 -34 -0.3333 0.1071140 -32 -0.3077 0.1178150 -32 -0.3077 0.1332160 -30 -0.2821 0.1325170 -28 -0.2564 0.1262180 -27 -0.2436 0.1218

Velocidad del viento (m/s) 40.6685Longitud de referencia (m) 0.0762Viscocidad del aire (UTM/ms) 1.7329X10-6

RE 168671.444

12∫0

360

CPcos θdθ=( Δ x3 )∑n=0

36

¿¿

CDPR=0.4677

RE=168671.444

0 1020

3040

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150160

170180190200

210220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340350

360360

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Grafica polar de la distribución de presiones en un cilindro

3. Obtención del coeficiente de resistencia al avance total y del coeficiente de resistencia al avance por fricción del cilindro.

Donde:

CDTOT=2D

ρV 2SS=diametro∗longitudCDFRICC=CDTOT−CDPR

Resistencia al avance medida:D = 13.2 N = 1.3455 Kg

CDTOT=0.4954

CDFRICC=0.0277

4. Cuestionario

1. Describa el comportamiento del coeficiente de resistencia al avance del cilindro en función del número de Reynolds.Lo que relaciona al coeficiente de resistencia con el número de Reynolds es la velocidad, y para describir el comportamiento se explica lo siguiente:Tenemos que ℜ=ρVL /μ por lo tanto si incrementamos la velocidad el Re aumenta y

si disminuimos la velocidad el Re disminuye. También sabemos que CD=2D

ρV 2S por lo

tanto si aumentamos la velocidad el Cd disminuye y si reducimos la velocidad el Cd aumenta. Con esto podemos concluir que habrá mayor Cd grande cuando el Re es pequeño y, habrá un Cd pequeño cuando Re es grande. Otra forma de explicarlo es cuando el flujo es turbulento, para que el flujo sea turbulento el Re debe ser muy grande (2X105 aproximadamente) y esto provoca que el flujo que esta bañando a la esfera se desprenda aproximadamente a 120° del eje X en dirección al flujo y esto hace que las dimensiones de la estela se reduzcan por lo tanto obtenemos un Cd mas bajo con un Re alto.

2. Si se realiza la integración exacta de la ecuación (5) se obtiene Cd=0, ¿Cómo explica usted esto?

La ecuación (5) es: CD=12∫0

2π

Cp cosθdθ

En primer lugar esta ecuación es una integral definida, sabemos que el resultado de la

integral es: [ 12C p sin θ] ❑02π

, al evaluar de 0 a 2π la expresión será 0 – 0 por lo tanto

esto es igual a 0.

3. Explique cómo influye la rugosidad de la superficie del cilindro en su coeficiente de resistencia al avance por distribución de presiones.Grafica obtenida del libro Mecánica de fluidos de Robert L. Mott pag. 576.

Nos podemos dar cuenta en la grafica que cuando tenemos una esfera rugosa el Cd comienza a disminuir con números de Reynolds más pequeños a que si tuviéramos una esfera lisa. Esto es debido a que en las rugosidades se crean posos de presión y la diferencia de presiones de la parte de adelante con la parte de atrás arroja una resultante neta que actúa asía atrás lo cual provoca reducción en la velocidad.

4. En un experimento se determinó un valor de Cp=0.55 en un punto situado en la superficie de un cilindro. La velocidad de la corriente libre es igual a 44 m/s. Calcular el valor de la velocidad local.

Datos: Formula

Cp = 0.55 V L❑√−V ∞

2 (CP−1)V∞ = 44 m/s

VL = ? V L❑√−(44 ms )

2

(0.55−1)

V L❑=29.516m /s

Conclusión:

Cuando analizamos la distribución de presiones en un cilindro con la velocidad que nos genero el túnel de viento TE-44 obtenemos un Cd por distribución de presiones que es casi igual al Cd total de la esfera, y obviamente el Cd por fricción es casi nulo.

Bibliografía:

Mecánica de fluidosFrank M. White6ª edición

Mecánica de fluidosRobert L. Mott.6ª edición

http://www14.brinkster.com/aleatoriedad/1rozas.htm

http://books.google.com.mx/books?id=LbMTKJ4eK4QC&pg=PA524&lpg=PA524&dq=coeficiente+de+arrastre+VS+numero+de+reynolds&source=bl&ots=pNME1HOJuk&sig=D4in3ckvyJ-0HXEawhU9c9Tpp_c&hl=es&ei=hmWhTIPCJ4S0lQetzN2JBA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CBgQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=false