El coeficiente de arrastre , también conocido por los símbolos (del inglés Drag) o (eje longitudinal "X", resistencia en la dirección del movimiento del vehículo) o (del alemán Widerstand), es un coeficiente adimensional utilizado para medir la aerodinámica arrastre de un cuerpo que se mueve en un fluido . Incluye, para un cuerpo genérico, las contribuciones de dos tipos de arrastre fluidodinámico , arrastre de fricción y arrastre de forma . Para un perfil aerodinámico , el coeficiente de arrastre también incluye el arrastre inducido y (en campos transónicos y supersónicos ) efectos de onda. [1]
El coeficiente de arrastre no es el único parámetro para definir el arrastre aerodinámico de cualquier cuerpo, indicando solo la eficiencia de la forma, independientemente del tamaño. De hecho, con el mismo coeficiente de resistencia aerodinámica, dos carrocerías pueden sufrir mayor o menor resistencia aerodinámica simplemente por una mayor o menor sección delantera.
El coeficiente de arrastre se define como:
en el cual:
Es muy utilizado en todos los problemas de dinámica de fluidos o aerodinámica de flujos externos y encuentra aplicación tanto en el campo aeronáutico (en el que se indica con el símbolo , del inglés drag , resistencia) como en el campo de la automoción .
En el campo aeronáutico, el coeficiente se utiliza en particular para definir la resistencia generada por el movimiento de una aeronave adimensional con respecto a la superficie del ala o un perfil aerodinámico utilizando, en este caso, la cuerda del perfil como dimensión de referencia.
Dado que este coeficiente representa la magnitud del intercambio de fuerzas debido a la viscosidad de un fluido , puede usarse para calcular la velocidad límite de un cuerpo que se mueve en el fluido mismo cuando es empujado por una fuerza .
En el caso específico de un cuerpo en caída libre hacia el centro de gravedad, es posible derivar su velocidad terminal de caída aplicando la equivalencia:
en el cual:
En el campo de la automoción, también suele indicarse el coeficiente de penetración aerodinámica . Se refiere a la parte delantera del vehículo y obviamente representa solo uno de los términos de resistencia al movimiento. Generalmente se indica con el símbolo y se calcula multiplicando por el área de la sección de referencia del objeto ortogonal a la dirección del movimiento. En el caso de competiciones, como la Fórmula 1, la es muy elevada (entre 0,7 y 1,1) debido a los elementos del ala que deben generar una carga aerodinámica elevada , necesaria para obtener el mejor rendimiento posible.
La resistencia aerodinámica reduce la velocidad del móvil e impone una disipación de energía. Consideremos tres objetos que caen con la misma atracción gravitacional y que tienen tres geometrías diferentes: cubo , cubo inclinado y esfera . La velocidad límite será mayor para la esfera, que es el objeto con el valor de coeficiente más bajo .
Aplicando la fórmula para el cálculo de la potencia , podemos derivar la potencia disipada P debido a la fuerza ejercida por la resistencia aerodinámica D durante la caída de objetos con diferente geometría:
Si el objeto tiene un área de sección y se mueve en el aire (densidad 1.225 kg/m 3 ) con velocidad constante , la potencia disipada se tabula para las diferentes geometrías en el Sistema Internacional :
Cubo | 1.05 | 70.5 |
---|---|---|
cubo inclinado | 0.8 | 53.7 |
Pelota | 0.47 | 31.6 |
Hemisferio | 0.42 | 28.2 |
Cono | 0.5 | 33.6 |
Cilindro largo | 0.82 | 55.1 |
Cilindro corto | 1.15 | 77.2 |
cuerpo cónico | 0.04 | 2.7 |