UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE PRODUCCIÓN Y SERVICIÓS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECANICA

Curso: LABORATORIO DE TURBOMAQUINAS

LABORATORIO Nº 3

ESTUDIO DE LA CAPA LÍMITE SOBRE PERFILES AERODINÁMICOS

DOCENTE: ING. LUIS RODRIGUEZ

ALUMNO: RUBEN AGUILAR

CUI: 20096044

INDICE.

PAG.

1 OBJETIVOS 32 INTRODUCCIÓN 33 AERODINAMICA 44 TEOREMA DE BERNOULLI 45 EFECTO VENTURI 46 PERFIL AERODINAMICO 57 EQUIPOS A UTILIZAR 68 PROCEDIMIENTO 79 ANÁLISIS Y TOMA DE DATOS 810 GRÁFICAS 1111 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 16

12 BIBLIOGRAFÍA 17

1. OBJETIVOS- Conocer un poco más acerca de la teoría de la capa límite.- Conocer un perfil aerodinámico.- Ver y analizar las diferentes situaciones que suceden cuando el perfil aerodinámico se coloca a diferentes ángulos de ataque.- Analizar lo que sucede con las presiones a lo largo de la superficie de un perfil aerodinámico.

2. INTRODUCCÍONTEORÍA DE LA CAPA LÍMITE

En realidad, la capa límite es un invento humano, una forma de facilitar las cosas para que sus limitadas capacidades matemáticas no se vean sobrepasadas por las complicadas ecuaciones que gobiernan el movimiento de un fluido. Estas ecuaciones se conocen como ecuaciones de Navier-Stokes, y son tan difíciles de resolver que los humanos sólo saben hacerlo en determinados casos muy simplificados

La teoría de capa limite fue introducida por Prandlt, esta teoría establece que, para un fluido en movimiento, todas las perdidas por fricción tiene lugar en una delgada capa adyacente al contorno del solido (llamada capa limite) y que el flujo exterior a dicha capa puede considerarse como carente de viscosidad.

La capa límite se estudia para analizar la variación de velocidades en la zona de contacto entre un fluido y un obstáculo que se encuentra en su seno o por el que se desplaza. La presencia de esta capa es debida principalmente a la existencia de la viscosidad, propiedad inherente de cualquier fluido. Ésta es la causante de que el obstáculo produzca una variación en el movimiento de las líneas de corriente más próximas a él. La variación de velocidades, como indica el principio de Bernoulli, conlleva una variación de presiones en el fluido, que pueden dar lugar a efectos como las fuerzas de sustentación y de resistencia aerodinámica.

Ha hecho posible gran parte del desarrollo de las alas de los aviones modernos y del diseño de turbinas de gas y compresores. El modelo de la capa límite no sólo permitió una formulación mucho más simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes en la región próxima a la superficie del cuerpo, sino que llevó a nuevos avances en la teoría del flujo de fluidos no viscosos, que pueden aplicarse fuera de la capa límite.

En aeronáutica aplicada a la aviación comercial, se suele optar por perfiles alares que generan una capa límite turbulenta, ya que ésta permanece adherida al perfil a mayores ángulos de ataque que la capa límite laminar, evitando así que el perfil entre en pérdida, es decir, deje de generar sustentación aerodinámica de manera brusca por el desprendimiento de la capa límite.

El espesor de la capa límite en la zona del borde de ataque o de llegada es pequeño, pero aumenta a lo largo de la superficie. Todas estas características varían en función de la forma del objeto

(menor espesor de capa límite cuanta menor resistencia aerodinámica presente la superficie: ej. forma fusiforme de un perfil alar).

3. AERODINÁMICADEFINICÍON

Es la rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Como ejemplo del ámbito de la aerodinámica podemos mencionar el movimiento de un avión a través del aire entre otros. La presencia de un objeto en un fluido gaseoso modifica la repartición de presiones y velocidades de las partículas del fluido, originando fuerzas de sustentación y resistencia. La modificación de unos de los valores (presión o velocidad) modifica automáticamente en forma opuesta el otro.

4. TEOREMA DE BERNOULLI.Fue formulado en 1738 por el matemático y físico Daniel Bernoulli y enuncia que se

produce una disminución de la presión de un fluido (líquido o gas) en movimiento cuando aumenta su velocidad. El teorema afirma que la energía total de un sistema de fluidos con flujo uniformes permanece constante a lo largo de la trayectoria de flujo. Puede demostrarse que, como consecuencia de ello, el aumento de velocidad del flujo debe verse compensado por una disminución de su presión.

El teorema se aplica al flujo sobre superficies, como las alas de un avión o las hélices de un barco.

Se desprende aquí que:PRESIÓN + VELOCIDAD = CONSTANTE

El teorema de Bernoulli se suele expresar en la forma p+1/2dv² = constante, denominándose al

factor p presión estática y al factor 1/2dv² presión dinámica.(1)

p + 1/2 dv² = k; 1/2 dv² = pd

p=presión en un punto dado. d=densidad del fluido. v=velocidad en dicho punto.

pd=presión dinámica.

5. EFECTO VENTURI.

Las partículas de un fluido que pasan a través de un estrechamiento aumentan su velocidad, con lo cual disminuye su presión.

6. PERFIL AERODINÁMICOUn cuerpo que posee una forma tal que permite aprovechar al máximo las fuerzas

originadas por las variaciones de velocidades y presiones de una corriente de aire se denomina perfil aerodinámico.

Veamos y analicemos a 2 partículas que se mueven según la figura:

7. EQUIPOS A UTILIZAR Un túnel de viento: Lugar donde se ensayara el perfil alábela. Módulo experimental para

Capa Límite en perfiles aerodinámicos. Perfil Alábela Un Ventilador Centrífugo: Con alabes hacia atrás. Motor Eléctrico de Corriente Continua. Un Banco Piezometrito.: Banco donde se tomaran los datos de las presiones. Un Tubo de Pitot. Otros.

8. PROCEDIMIENTO

Se acciona el ventilador centrífugo (de alabes hacia atrás) por medio de un motor de corriente continua.

Se inicia la experiencia para un perfil alábela radial, es decir con un ángulo de entrada igual a cero.

Se toma la presión para los diferentes puntos que se encuentran ubicados en el alabe , además de la presión existente en el túnel.

Se repite el paso No 3 pero para diferentes ángulos de ataque. Se realiza el procesamiento de datos.

9. ÁNALISIS Y TOMA DE DATOS.

PUNTO DE TOMA DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIODATOS EN MM DE

ALCOHOLSENTIDO HORARIO SENTIDO ANTIHORARIO

α=15 α=10 α=5 α=0 α=5 α=10 α=151 180 180 270 90 30 20 102 190 180 200 114 60 60 303 150 140 140 100 60 60 404 190 170 170 130 100 90 705 190 190 145 120 100 100 906 190 180 150 130 110 110 907 180 180 140 116 110 120 1208 190 170 120 114 110 130 1309 95 95 80 90 110 170 190

10 60 70 70 90 150 170 19011 30 45 40 100 150 170 17012 15 30 45 110 190 170 190

PUNTO DE TOMA DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO

DATOS EN PASCALESSENTIDO HORARIO SENTIDO ANTIHORARIO

α=15 α=10 α=5 α=0 α=5 α=10 α=151 1760.4 1760.4 2640.6 880.2 293.4 195.6 97.82 1858.2 1760.4 1956 1114.92 586.8 586.8 293.43 1467 1369.2 1369.2 978 586.8 586.8 391.24 1858.2 1662.6 1662.6 1271.4 978 880.2 684.65 1858.2 1858.2 1418.1 1173.6 978 978 880.26 1858.2 1760.4 1467 1271.4 1075.8 1075.8 880.27 1760.4 1760.4 1369.2 1134.48 1075.8 1173.6 1173.68 1858.2 1662.6 1173.6 1114.92 1075.8 1271.4 1271.49 929.1 929.1 782.4 880.2 1075.8 1662.6 1858.2

10 586.8 684.6 684.6 880.2 1467 1662.6 1858.211 293.4 440.1 391.2 978 1467 1662.6 1662.612 146.7 293.4 440.1 1075.8 1858.2 1662.6 1858.2

10. GRAFICAS:

SENTIDO HORARIO

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

1400

0

0Polynomial (0)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

200

400

600

800

1000

1200

0

0Polynomial (0)

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

500

1000

1500

2000

2500

3000

5

5Polynomial (5)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

100

200

300

400

500

600

700

800

900

5

5Polynomial (5)

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200400600800

100012001400160018002000

10

10Polynomial (10)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

100200300400500600700800900

1000

10

10Polynomial (10)

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200400600800

100012001400160018002000

15

15Polynomial (15)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

100200300400500600700800900

1000

15

15Polynomial (15)

SENTIDO ANTIHORARIO

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

1400

0

0Polynomial (0)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

200

400

600

800

1000

1200

0

0Polynomial (0)

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

5

5Polynomial (5)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

200400600800

100012001400160018002000

5

5Polynomial (5)

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

1400

10

10Polynomial (10)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

10

10Polynomial (10)

INTRADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

1400

15

15Polynomial (15)

EXTRADOS

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.50

200400600800

100012001400160018002000

15

15Polynomial (15)

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.- Se pudo conocer un poco más acerca de la capa límite, donde los esfuerzos

tangenciales van frenando al fluido contiguo a la pared.

- La zona delgada próxima a la pared, en la que el fluido incrementa su velocidad desde cero a la corriente exterior.

- A pesar de las limitaciones de nuestro laboratorio se pudo observar que cuando la velocidad del fluido disminuye la presión aumenta y viceversa.

- Se puede observar que cuando el ángulo de ataque es muy pronunciado hay un desprendimiento de capa límite mucho antes de terminar su flujo por la pared del álabe.

- Con el análisis por medio del programa FLOW SIMULATION, se pudo observar que los perfiles aerodinámicos y ángulos de ataque pequeños la estela es muy delgada y larga, a comparación de cuando ángulo de ataque es mayor de 5º.

10. BIBLIOGRAFIA- Aeronaves y vehículos espaciales – universidad de Sevilla.- Wikipedia- perfiles aerodinámicos- Dasault system Flow simulation. Manual del usuario.- Laboratorios de Turbomáquinas. Universidad de San Agustin.