Laboratorio de Aerodinámica

Practica No. 6:

CAPA LÍMITE SOBRE UNA PLACA PLANA

Alumnos

Chávez Pérez Jair

García Morales Areli Valeria

Gómez Fernández Irving Enrique

Roa Trejo Aldo Alexis

Sandoval Reyes Juan Carlos

Victoria Sánchez Juan Antonio

Grupo: 5am2

Fecha De Elaboración: 13 de Noviembre 2013

Fecha De Entrega: 20 de Noviembre De 2013

INTRODUCCIÓNDebido a su carácter viscoso, el aire genera una especie de capa que envuelve o cubre por completo el contorno del ala, y en torno a la cual se organiza el tráfico de las dos capas que producen la sustentación. Es la CAPA LÍMITE, y sobre ella actúan el conjunto de fuerzas aerodinámicas que producen la SUSTENTACIÓN. La circulación del aire sobre dicha capa puede ser: ordenada dando como resultado el planeo y la sustentación de un ala, o caótica, dando lugar al desprendimiento de dicha capa y destruyendo la sustentación.

En mecánica de fluidos, la capa límite o capa fronteriza de un fluido es la zona donde el movimiento de éste es perturbado por la presencia de un sólido con el que está en contacto. La capa límite se entiende como aquella en la que la velocidad del fluido respecto al sólido en movimiento varía desde cero hasta el 99% de la velocidad de la corriente no perturbada.La capa límite se forma cuando el aire que incide sobre el borde de ataque se divide en dos capas que se adhieren al perfil del ala y parten hacia intradós y extradós. Los filetes de aire que rodean el perfil, circulan inicialmente de forma ordenada y paralela a la superficie (capa límite laminar), sin embargo y a medida que se desplazan hacia el borde de fuga, esas capas se tornan cada vez más turbulentas (capa límite turbulenta) y aumentan su grosor o sección, terminando por desprenderse en algún punto antes de llegar al borde de fuga (desprendimiento de la capa límite). Entre medias de la capa límite laminar y la turbulenta, esta la capa límite de transición, que es la zona donde la capa límite laminar comienza a ondularse para dar lugar a la capa límite turbulenta.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.

DESARROLLOOBJETIVOExplorar el perfil de velocidades de la capa limita sobre dos puntos en una placa plana

EQUIPO Y MATERIALo Túnel de succión Plint y Partners modelo TE-92o Placa plana ara el estudio de la capa limiteo Tubo pitt de 0.5mm de diámetro exterior para estudio de capa limiteo Manómetro de 8 columnaso Mangues y conectores

PROCEDIMIENTO1. Determinación de las condiciones ambientales

A) Se deberán efectuar lecturas en los instrumentos (barómetro, termómetro e higrómetro) antes de inicial y al finalizar los experimentos, anotando los valores en la tabla siguiente:

Iniciales Finales PromedioTemperatura ambiente 15.6 15.4 15.5Presión barométrica 594 594.1 594.05Humedad relativa 78 79 78.5

B) Con los valores promedio obtenidos se deberá calcula la densidad del aire en el laboratorio.

Se calcula la presión corregida:

Pcorr=594.05mmHg( 1+0.0000184 ° C−1 (15.5 °C )

1+0.0001818 ° C−1 (15.5 °C ) )Pcorr=592.5496773mmHg=8055.772879

kg fm2

Se calcula la presión de saturación

T=95

(15.5 °C )+32=59.9 ° F

Ps=2.685+3.537 x10−3¿

Ps=2.685+3.537 x10−3¿

Ps=181.9955035kg fm2

Se calcula la presión de vaporPv=HR Ps

Pv=(0.8125)(181.9955035 kgfm2 )Pv=147.8713466

kg fm2

T=15.5 °C=288.5 K

ρ z=(Pcorr )−0.3779 (Pv )

gRT

ρ z=(8055.772879 kg fm2 )−0.3779(147.8713466 kg fm2 )

(9.81ms2 )(29.256 mK ) (294.25° K )

ρ z=0.09472916602UTMm3

ρ z=0.928345kgmm3

2. Medición de la presión estática y presión total para el cálculo de velocidades del viento a diferentes alturas sobre la laca y a dos posiciones desde el borde de ataque de la misma.

a) Ajustar las compuertas de salda del túnel completamente abiertas y trabajar con los dos motores del túnel de succión.b) Accionar el motor túnel de succión y proceder a registrar en las tablas los valores de:Presión estática, valor q se mantendrá constante, este valor es independiente de la posiciones del tubo Pitot con respecto de la placa.Presión total, se medirán valores de presión total a 10 y 2cm desde el borde de ataque de la placa a diferentes alturas. PRESIÓN ESTATICA=-88mmH2O

VISCOSIDADTemperatura ambiental promedio=15.5 °C

Viscosidad del aire= μμ0

=( TTO )n

μ=( TTO )n

μ0=( 288.5 ° K273 )0.7

(1.71 X 10−5 kgm∗s )=1.7773−5 kgm∗s

=1.81182 x 10−6UTMm∗s

VELOCIDAD DEL AIRE

q=88 mmH2O|9.8066 Pa1mmH2O|=862.9808 Pa

ρ=0.928345kgmm3

Velocidad del aire=√ 2qρ =√ 2(862.9808)0.928345=¿43.1182m / s¿

NÚMERO DE REYNOLDS

RE=ρVLμ

VELOCIDAD DEL VIENTO m/s 43.1182m/ sLONGITUD DE REFERENCIA(DIÁMETRO DEL CILINDRO) m

DEPENDE PARA CADA CASO

VISCOCIDAD DEL AIRE A TEMP. AMBIENTE PROMEDIO UTM/(ms) 1.81182 x10−6UTM

m∗sVISCOCIDAD DEL AIRE A TEMP. AMBIENTE PROMEDIO kg/(ms) 1.7773−5 kg

m∗s

Registro los resultados en las tablas siguientes.Para x=5cm

Z mm

Pt mmH2O

q mmH2O

q(Pa)Vel m/s

z/D ∆v/v Vel corregida ,m/s

0.25 -4 84 823.74

41.646

0.5 0.014 42.229

0.50 -2 86 843.35

42.139

1 0.0035 42.286

0.75 -2 86 843.35

42.139

1.5 0.0005 42.160

1 -2 86 843.35

42.139

2 0 42.139

1.25 -2 86 843.35

42.139

2.5 0 42.139

1.50 -2 86 843.35

42.139

3 0 42.139

1.75 0 88 862.95

42.625

3.5 0 42.625

Numero de reynold Rex 112610.6042

Espesor de la capa limite δ 1.85mmEspesor d ela capa limite experimentalmente δexp

Para x=10cm

Z Pt q q v z/D ∆v/v Vel

mm mmH2O

mmH2O

(Pa) (m/s) corregida ,m/s

0.25 -6 82 804.15

41.148

0.5 0.014 41.724

0.50 -4 84 823.74

41.646

1 0.0035 41.791

0.75 -2 86 843.35

42.139

1.5 0.0005 42.160

1 -2 86 843.35

42.139

2 0 42.139

1.25 -2 86 843.35

42.139

2.5 0 42.139

1.50 -2 86 843.35

42.139

3 0 42.139

1.75 0 88 q (Pa) v (m/s)

3.5 0 42.625

Numero de reynold Rex 225221.2085

Espesor de la capa limite δ 3.23mmEspesor d ela capa limite experimentalmente δexp

Para x=15cm

Z mm

Pt mmH2O

q mmH2O

q (Pa)

v (m/s)

z/D ∆v/v Vel corregida ,m/s

0.25 -6 82 804.15

41.148

0.5 0.014 41.724

0.50 -4 84 823.74

41.646

1 0.0035 41.791

0.75 -2 86 843.35

42.139

1.5 0.0005 42.160

1 -2 86 843.35

42.139

2 0 42.139

1.25 -2 86 843.35

42.139

2.5 0 42.139

1.50 0 88 862.95

42.625

3 0 42.625

1.75 0 88 862.95

42.625

3.5 0 42.625

Numero de reynold Rex 337831.8127

Espesor de la capa limite δ 4.46mmEspesor d ela capa limite experimentalmente δexp

Para x=20cm

Z mm

Pt mm

q mm

q (Pa)

v (m/s)

z/D ∆v/v Vel corregida

H2O H2O ,m/s0.25 -8 80 784.5

140.642

0.5 0.014 41.211

0.50 -6 82 804.15

41.148

1 0.0035 41.292

0.75 -4 84 823.74

41.646

1.5 0.00052

41.667

1 -2 86 843.35

42.139

2 0 42.139

1.25 -2 86 843.35

42.139

2.5 0 42.139

1.50 -2 86 843.35

42.139

3 0 42.139

1.75 0 88 862.95

42.625

3.5 0 42.625

Numero de reynold Rex 451534.8605

Espesor de la capa limite δ 5.62mmEspesor d ela capa limite experimentalmente δexp

Para x=25cm

Z mm Pt mmH2O

q mmH2O

q (Pa)

v (m/s)

z/D ∆v/v Vel corregida ,m/s

0.25 -10 80 764.9 40.131 0.5 0.014 40.6930.50 -6 82 804.1

541.148 1 0.0035 41.292

0.75 -4 84 823.74

41.646 1.5 0.0005 41.667

1 -2 86 843.35

42.139 2 0 42.139

1.25 -2 86 843.35

42.139 2.5 0 42.139

1.50 0 86 862.95

42.625 3 0 42.625

1.75 0 88 862.95

42.625 3.5 0 42.625

Numero de reynold Rex 564418.5756

Espesor de la capa limite δ 6.72mmEspesor d ela capa limite experimentalmente δexp

3. Registro de gráficaSe debe realizar la gráfica altura z vs velocidadPara x=5cm

42.1 42.2 42.3 42.4 42.5 42.6 42.70

0.20.40.60.81

1.21.41.61.82

Z VS V

VELOCIDAD

Z

Para x=10cm

41.6 41.8 42 42.2 42.4 42.6 42.80

0.20.40.60.81

1.21.41.61.82

Z VS V

VELOCIDAD

Z

Para x=15cm

41.6 41.8 42 42.2 42.4 42.6 42.80

0.20.40.60.81

1.21.41.61.82

Z VS V

VELOCIDAD

Z

Para x=20cm

41 41.2 41.4 41.6 41.8 42 42.2 42.4 42.6 42.80

0.20.40.60.81

1.21.41.61.82

Z VS V

VELOCIDAD

Z

Para x=25

40.5 41 41.5 42 42.5 430

0.20.40.60.81

1.21.41.61.82

Z VS V

VELOCIDAD

Z

CUESTIONARIO

1. Explique cómo afectan los cambios de temperatura al espesor de la capa límite tanto en líquidos como en gases.

Ya que uno de los fenómenos físicos que está estrechamente relacionado con la capa limite es la viscosidad, y esta a su vez con el cambio de temperatura. Se puede concluir que el grosor de la capa limite depende de la viscosidad del fluido, en los gases aumenta la viscosidad con la temperatura y en los líquidos disminuye la viscosidad respecto a la temperatura.

2. Se tienen dos esferas del mismo diámetro y con la misma rugosidad, pero a una de ella se le coloca un anillo muy delgado como se muestra en la figura. Las dos esferas están en un flujo de aire de velocidad V. ¿Cuál de las dos esferas y por qué experimenta mayor resistencia al avance?

3. Explique razón de uso de las superficies llamadas generadores de vórtices e indique en que otras partes de la aeronave se utilizan y que otros dispositivos se utilizan con el mismo fin.

Estos elementos son utilizados con la finalidad de que el flujo no se desprenda de la superficie a una cierta distancia del borde de ataque.Es decir que la capa limite se mantenga adherida a la superficie en su totalidad,Además del timón de dirección estas superficies son también adicionadas en las semi-envergaduras, en la zona próxima al borde de salida.Otros dispositivos que se emplean con la misma finalidad son tomas de aire, que generan vacío sobre la superficie y de esta manera forzan al fluido a mantenerse adherido, algunas otras que toman fluido de la zona cercana a las puntas de ala, lo expulsan en la zona en la que el fluido comienza a desprenderse y de esta manera restaura la capa límite.

4. Como se pudo observar en los experimentos anteriores, el espesor de la capa limite aumenta gradualmente, en un túnel de viento este crecimiento se lleva a cabo en las cuatro paredes de la sección de prueba explique cómo afecta este crecimiento a la exactitud de los experimentos que se verifican en la sección de prueba y como se puede corregir esto.

CONCLUSIONES

CHÁVEZ PËREZ JAIR

Pudimos observar el fenómeno de la capa límite de un cuerpo a diferentes distancias, la variación de la velocidad a cierta distancia respecto a la superficie del cuerpo sumergido en el fluido y con qué rapidez cambia dicha altura a lo largo del cuerpo. Esto como aeronáuticos nos es muy útil ya que podemos determinar el momento en el que se deprende la capa limite y diseñar un perfil en el cual se comporte más uniforme este fenómeno.

GARCIA MORALES ARELI VALERIA

GÓMEZ FERNÁDEZ IRVING ENRIQUE En conclusión, conociendo la importancia de las fuerzas aerodinámicas que se producen en la capa límite, el estudio del análisis de flujo en la capa límite sobre una superficie plana hace una fundamental comparación respectos a las superficies rugosas. Las diferentes formas en las que un fluido se comporta en un cuerpo conlleva la idea de aplicarlas en el diseño de diferentes estructuras (como en un avión para este caso).

ROA TREJO ALEXISDe esta práctica podemos concluir que la capa limite es originada por la viscosidad del fluido, es una porción del flujo que va adherida al cuerpo y en esta capa se presenta una variación de velocidades que van desde la velocidad del objeto hasta la del fluido libre.

SANDOVAL REYES JUAN CARLOS

VICTORIA SÁNCHEZ JUAN ANTONIO