Fuerzas de arrastre y sustentacinGerardo BocanegraSEIHAlejandro GarcaOswaldo ArroyoCarlos Ramrez Introduccin. Un fluido puede ejercer fuerzas y momentos sobre un cuerpo en y alrededor de varias direcciones. La fuerza que un flujo de fluidos ejerce sobre un cuerpo en la direccin del flujo se llama arrastre, y la que se ejerce en la direccin normal al flujo se llama sustentacin. Desarrollo. La parte del arrastre que se debe directamente al esfuerzo de corte T se llama arrastre debido a friccin, porque lo causan efectos de friccin; la parte que se debe directamente a la presin P se llama arrastre debido a presin o arrastre de forma, debido a su fuerte dependencia de la forma del cuerpo. El coeficiente de arrastre CP y el coeficiente de sustentacin CL son nmeros adimensionales que representan las caractersticas del arrastre y la sustentacin de un cuerpo; se definen como: y Donde A usualmente es el rea frontal (el rea que se proyecta sobre un plano normal en la direccin del flujo) del cuerpo. Para placas y superficies de sustentacin, se considera que A es el rea de planta, que es el rea que una persona vera cuando observa el cuerpo directamente desde arriba. En general, el coeficiente de arrastre depende del nmero de Reynolds, especialmente para nmeros de Reynolds menores de 104. Se dice que un cuerpo es currentilneo o aerodinmico si se hace un esfuerzo consciente por alinear su forma con las lneas de corriente anticipadas en el flujo, con la finalidad de reducir el arrastre. De otro modo, un cuerpo (como el de un edificio) tiende a bloquear el flujo y se dice que es romo. A velocidades suficientemente altas, el flujo de fluido se separa de la superficie del cuerpo. Esto se llama separacin de flujo. Cuando un flujo de fluidos se separa del cuerpo se forma una regin separada entre el cuerpo y el flujo del fluido. La separacin de flujo sobre la superficie superior de un ala reduce de manera violenta la sustentacin y puede provocar que el avin pierda sustentacin. La regin de flujo sobre una superficie en donde se sienten los efectos de las fuerzas de corte provocadas por la viscosidad del fluido se llama capa lmite de velocidad o solo capa limite. El grosor de la capa, , se define como la distancia desde la superficie a la que la velocidad es 0.99 V. La lnea hipottica de la velocidad 0.99V divide al flujo sobre una placa en dos regiones: la regin de capa lmite, donde los efectos viscosos y el cambio de velocidad son considerables, y la regin de flujo exterior irritacional, donde los efectos de friccin son despreciables y la velocidad permanece esencialmente constante. Los coeficientes de friccin promedio sobre una placa plana completa son:Laminar: ReL< 5 x 105Turbulento: 5 x 105 ReL 107Si el flujo se aproxima como laminar hasta el nmero crtico en ingeniera de Re = 5 x 105, y luego turbulento ms all del valor crtico, el coeficiente de friccin promedio sobre toda la placa plana se convierte en:

Un ajuste de curva de datos experimentales para el coeficiente de friccin promedio en el rgimen totalmente rugoso es:S. rugosa: Donde es la rugosidad de la superficie y L es la longitud de la placa en la direccin del flujo. En ausencia de una mejor relacin, la anterior puede usarse para flujo turbulento sobre superficies rugosas para Re 106, en especial cuando /L 10-4. En general, la rugosidad de la superficie aumenta el coeficiente de arrastre en flujo turbulento. Sin embargo, para cuerpo romos, como un cilindro circular o esfera, un aumento en la rugosidad de la superficie puede disminuir el coeficiente de arrastre. Esto se hace cuando se dispara el flujo en turbulencia a un nmero de Reynolds menor, y por tanto se provoca que el fluido que circunda el cuerpo se cierre ms cercas a la superficie por detrs del cuerpo, con lo que se estrecha la estela y se reduce de manera considerable el arrastre debido a la presin. Es deseable que las superficies de sustentacin generen la mayor sustentacin mientras producen el menor arrastre. En consecuencia, una medida de desempeo de las superficies de sustentacin es la razn de la sustentacin al arrastre, CL /CD. La mnima velocidad segura de vuelo de una aeronave puede determinarse a partir de:

Para un peso dado, la velocidad de aterrizaje o de despegue puede minimizarse cuando se maximiza el producto del coeficiente de sustentacin y el rea del ala. Para alas del avin y otras superficies de sustentacin de tamao finito, la diferencia de presin entre las superficies inferior y superior dirige el fluido a las puntas hacia arriba. Esto forma un remolino que gira, llamado vrtice de extremo, que interactan con el flujo libre imponen fuerzas sobre la punta de las alas en todas las direcciones, inclusive en la direccin del flujo. Entonces el arrastre total de un ala es la suma del arrastre inducido y el arrastre de la superficie de sustentacin. Se observa que la sustentacin se desarrolla cuando un cilindro o esfera en un flujo rota a una razn suficientemente alta. Conclusiones. Ahora que se conoce lo que son las fuerzas de arrastre y de sustentacin de un cuerpo sabemos que es importante conocer sus coeficientes ya que esto evidencian las caracteristicas que posee el objeto frente a un flujo de fluido; estos coeficientes van relacionados con el Raynolds y volvemos a observa la importancia de este numero para poder afrontar estas situaciones en estos casos.ReferenciaCengel, Y. (2006). Mecanica de Fluidos. Mxico : McGraw Hill .Mott, R. (2006). Mecanica de Fluidos. Mxico :Pearson .