UNIDAD ACADÉMICA EMI – LA PAZ BOLIVIA Misión de la Carrera “Formar ingenieros civiles competentes, responsables y eficientes en el campo de su especialidad, con la capacidad de generar, aplicar y difundir el conocimiento para servir a la sociedad boliviana en las tareas del desarrollo nacional”. Competencias generales “Desarrolla proyectos de infraestructura realizando el diseño, construcción, supervisión de la ejecución y fiscalización de carreteras, aeropuertos, vías férreas, edificaciones, puentes, obras de contención, obras hidráulicas y sanitarias; utilizando normas legales, técnicas y administrativas vigentes; aplicando parámetros de estabilidad, seguridad, funcionalidad, estética, economía y medioambiente” DOCENTE: ING. JAIME FELIX ZUBIETA QUINTANILLA INTEGRANTES: • CRUZ LOSA JULIO CESAR • QUISPE MAMANI LUIS ALBERTO • SUAREZ ACUÑA MIGUEL ANGEL CARRERA: INGENIRIA CIVIL MATERIA: VÍAS DE TRASNPORTE II-2022 1. INTRODUCCIÓN La aerodinámica es probablemente el primer tema que viene a la mente cuando la mayoría de la gente piensa en Ingeniería Aeronáutica o Aeroespacial. La aerodinámica es esencialmente la aplicación de teorías clásicas de la “mecánica de fluidos” a flujos externos o flujos alrededor de los cuerpos, y la aplicación principal que viene a la mente para la mayoría de los ingenieros aerodinámicos es el flujo alrededor de las alas. El ala es la parte más importante de un avión porque sin él no habría sustentación ni avión. La mayoría de la gente tiene alguna idea de cómo funciona un ala; es decir, al hacer que el flujo sobre la parte superior del ala vaya más rápido que el flujo sobre la parte inferior obtenemos una presión menor en la parte superior que en la parte inferior y, como resultado, obtenemos levantamiento. El aeroingeniero necesita saber algo más que esto. El ingeniero aerodinámico necesita saber cómo dar forma al ala para obtener la combinación óptima de elevación y arrastre y momento de lanzamiento para una misión de avión en particular. Además, necesita comprender cómo interactúa la aerodinámica del vehículo con otros aspectos de su diseño y rendimiento. También sería bueno que las fuerzas en el ala no excedieran el límite de carga de la estructura del ala. Si uno mira suficientes aviones, pasados y presentes, encontrará una amplia variedad de formas de alas. Algunas aeronaves tienen alas cortas y cortas (pequeña envergadura del ala), mientras que otras tienen alas largas y estrechas. Algunas alas son barridas y otras rectas. Las alas pueden tener formas extrañas en sus puntas o incluso accesorios y extensiones como las aletas. Todas estas formas están relacionadas con el propósito y diseño de la aeronave. 2. RESISTENCIA AERODINAMICA La resistencia aerodinámica es la resultante de la fuerza que experimenta o sufre un cuerpo (cualquiera se éste) que se va moviendo atravesando el aire en la dirección de la velocidad relativa entre el mismo aire y el cuerpo propiamente dicho. Es muy común escuchar hablar de la resistencia aerodinámica como la fuerza que se opone al avance del cuerpo a través del aire y esto es muy sencillo de explicar ya que siempre, indefectiblemente, la resistencia aerodinámica es siempre contraria (va en sentido inverso) a la velocidad del cuerpo del que hablamos. Ilustración 1: Resistencia aerodinámica Al igual que con otras fuerzas de tipo aerodinámico, para comprobar lo efectivo de una forma o un cuerpo atravesando el aire, se utilizan los famosos coeficientes aerodinámicos. El coeficiente asociado recibe comúnmente los nombres de coeficiente de penetración, coeficiente de resistencia o también coeficiente aerodinámico, siendo particularmente este último incorrecto ya que hay muchas fuerzas aerodinámicas y cada una tiene su respectivo coeficiente aerodinámico, teniendo cada uno de éstos un significado distinto. 3. MEDIDAS PARA REDUCIR LA RESISTENCIA AERODINAMICA Uno de los factores más importante en todo vehículo, es el relativo a la reducción de la resistencia; entre otras consecuencias, y no precisamente en el mundo de la competición, está la reducción del consumo de combustible. Formula de la resistencia aerodinámica: 𝑹= 𝟏 × 𝒅 × 𝒗𝟐 × 𝑨 × 𝑪𝒙 𝟐 R = Resistencia aerodinámica (N) P = Densidad del aire (kg/m3) V= velocidad al cuadrado (m2/s2) A = Superficie frontal (m2) Cx = Coeficiente de resistencia aerodinámica La resistencia aerodinámica depende cuatro factores: la densidad del aire, la velocidad al cuadrado, la superficie frontal y el coeficiente de resistencia aerodinámica del vehículo, todo ello multiplicándose y por tanto influyendo en la misma medida. Si dividimos el resultado de esa multiplicación entre dos, tenemos la fórmula completa, pero lo que importa aquí es lo que son y cómo actúan cada uno de esos factores. LA VELOCIDAD AL CUADRADO La velocidad al cuadrado nos invita a entrar en materia, aunque no es un factor que distinga un coche de otro, sino sólo algo importante que debemos entender y que afecta a todos por igual. Veamos. Si multiplicamos la velocidad por dos, la resistencia se multiplica por cuatro. Intuitivamente, alguien podría pensar que la resistencia es sólo lineal (doble velocidad implicaría también doble resistencia) pero resulta que la resistencia aerodinámica se incrementa mucho más deprisa que la velocidad(*). La resistencia aerodinámica es proporcional al cuadrado de la velocidad porque si duplicamos la velocidad, el doble de aire golpea el frontal del coche y además lo hace con el doble de fuerza: velocidad x2 implica resistencia x4 LA SUPERFICIE FRONTAL La superficie frontal es el área que ocupa el coche visto perfectamente de frente. En un plano sería el alzado del coche, cuya superficie depende de la altura, la anchura y la forma de ese alzado (incluyendo neumáticos, espejos y todo lo que esté expuesto al aire en el sentido de la marcha). Ilustración 2: Superficie frontal de un vehículo La interpretación de esto es muy sencilla: esta sección frontal es la que va barriendo un volumen de aire por unidad de tiempo cuando el coche se desplaza, y define la masa de aire que deberá apartarse. Es obvio que cuanto más aire se mueva, más trabajo implicará hacerlo. Traducido a coches reales, los coches grandes en altura y anchura (de nuevo, furgonetas, monovolúmenes y todoterrenos) se ven enormemente penalizados, pero no necesariamente los coches largos, que de hecho tienen más oportunidades de hacer fluir el aire suavemente a su alrededor que los muy cortos. COEFICIENTE DE RESISTENCIA AERODINAMICA El coeficiente de resistencia aerodinámica (Cx) es un número adimensional (no tiene unidades) que viene determinado casi totalmente por la forma del coche. Lo más importante, al contrario de lo que se podría esperar, es la parte trasera y la forma en que el aire rellena el vacío que el coche deja tras de sí. Cuanto más suaves sean las curvas que tenga que trazar el flujo de aire para rodear el coche, mejor. La interpretación de este factor es fácil: la forma del coche define la trayectoria que habrá de seguir el aire para rodearlo, es decir, la velocidad y ordenación del aire en sus diferentes trayectorias. Ilustración 3: Coeficiente Cx para sólidos y vehículos
