Capa Limite

El presente documento es una recopilación de información añadida por cada uno de los integrantes antes mencionados, en este se presenta como tema principal el de La Capa Límite, se desarrollara el tema, exponiendo su definición, función y aplicaciones.

El contenido consta de varias partes que hemos encontrado interesantes, tales como, definición y concepto de capa limite, personajes importantes que hicieron posible el desarrollo del concepto de capa limite, antecedentes históricos de la capa limite, el por qué surgió esta teoría, una explicación de como sucede el fenómeno, los fluidos en relación con la capa limite, espesor de la capa limite, las aplicaciones que tiene esta teoría, así como también un resumen de los conceptos del tema en cuestión.

INDICE: PAG.

Concepto y definicion 4

Personajes Historicos 6

Antecedentes Historicos 8

¿QUÉ PERMITE O PERMITIÓ LA CAPA LÍMITE? 11

¿POR QUÉ SURGIÓ LA TEORÍA? 11

¿CÓMO EXPLICAR EL FENÓMENO? 12

¿EN QUÉ AFECTA LA CAPA LÍMITE LOS FLUJOS? 13

ESPESOR DE LA CAPA LÍMITE 15

Aplicaciones de su estudio 16

Ecuación de la capa limite 18

Resumen 19

CAPA LÍMITE

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.

Para introducir el concepto de capa límite se tiene que comenzar hablando de la viscosidad. La viscosidad es una propiedad inherente de los fluidos y que no es exhibida por otros medios continuos. La viscosidad es el parámetro del fluido quecontrola el transporte de la cantidad de movimiento en el fluido; determina la relación entre el esfuerzo o tensión local en un fluido en movimiento con la velocidad con que se produce la deformación del fluido, a lo que se denomina proceso de fluir. Para flujos muy ordenados en los cuales las partículas se mueven en trayectorias rectas y paralelas, Newton en sus “Principia” (“Philsophia naturalis principia mathematica”, 1687) enunció lo que se denomina la ley de Newton de la viscosidad: “el esfuerzo cortante en cualquier entrefase tangente a la dirección del flujo es proporcional a la variación de la velocidad en la dirección normal al movimiento”

La capa límite puede ser laminar o turbulenta; aunque también pueden coexistir en ella zonas de flujo laminar y de flujo turbulento. En ocasiones es de utilidad que la capa límite sea 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.

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).

Ejemplo de capa límite laminar. Un flujo laminar horizontal es frenado al pasar sobre una superficie sólida (línea gruesa). El perfil de velocidad (u) del fluido dentro de la capa límite (área sombreada) depende de la distancia a la superficie (y). Debido al rozamiento, la velocidad del fluido en contacto con la placa es nula. Fuera de la capa límite, el fluido se desplaza prácticamente la misma velocidad que en las condiciones iniciales (u0).

PERSONAJES HISTÓRICOS

• Lilienthal, Otto (1848-1896), inventor e ingeniero aeronáutico alemán, fue el primero en demostrar la ventaja de las superficies curvadas en las alas de los aviones. Estudió aerodinámica, sobre todo el vuelo de los pájaros, y hacia 1877 había inventado el planeador con alas curvadas similares a las de los pájaros. En 1891 tuvo lugar su primer vuelo con éxito. Después de 2.000 vuelos experimentales, murió cuando se estrelló su planeador.

• Wilbur Wright (1867-1912)

Los Wright admiraban los escritos y las hazañas del ingeniero alemán del siglo XIX Otto Lilienthal y del ingeniero estadounidense Octave Chanute, que había experimentado con planeadores y el vuelo en general. En septiembre de 1900, en Kill Devil Hills, cerca de Kitty Hawk, Carolina del Norte, probaron su propio planeador. Tomando cuidadosas notas de sus descubrimientos llegaron a la conclusión de que los datos aeronáuticos en los que se habían basado eran incorrectos. En 1901 probaron los efectos de la presión del aire en más de 200 superficies de alas y en 1902, tras ejecutar más de 1.000 vuelos con un nuevo planeador, confirmaron sus datos de Kitty Hawk.

En 1903 construyeron su primera hélice según cálculos originales. Era un 35% más efectiva que otras hélices que funcionaban en aquella época. A continuación construyeron un avión de 337 kg con un motor de 12 CV. El 17 de diciembre de 1903, en Kitty Hawk, realizaron los primeros vuelos propulsados de la historia. A pesar de la poca aceptación, se dedicaron al desarrollo de máquinas y aviones mejores.

Wilbur fue presidente de la Compañía Americana Wright. Murió el 30 de mayo de 1912 en Dayton.

• Orville Wright (1871-1948)

Entre sus contribuciones individuales al progreso de la aviación se encuentra el desarrollo del primer túnel de viento en 1901.

Túnel aerodinámico o Túnel de viento, en aeronáutica, aparato de investigación que simula las condiciones experimentadas por un objeto que se mueve a través del aire. En un túnel aerodinámico o de viento, el objeto permanece estacionario mientras se fuerza el paso de aire o gas por encima de él. Estos túneles se utilizan para estudiar los efectos del movimiento del aire en objetos como aviones, naves espaciales, misiles, automóviles, edificios o puentes.

En 1910 formó el primer equipo de Exhibición Wright, donde pilotos que él había entrenado actuaban en aviones Wright. También comprobaba todas las piezas nuevas del material utilizado en los aviones Wright y supervisaba la producción de las fábricas Wright. Tras la muerte de Wilbur en 1912, Orville fue el presidente de la Compañía Americana Wright. Tres años después vendió sus acciones. Más tarde trabajó como ingeniero asesor. Murió el 30 de enero de 1948 en Dayton.

• Karman, Theodor von (1881-1963), ingeniero estadounidense que estudió en la Universidad Técnica de Budapest y en la Universidad de Göttingen. En 1930 viajó a los Estados Unidos, donde fue nombrado profesor y director del Laboratorio Guggenheim de Aeronáutica en el Instituto de Tecnología de California. Realizó una extensa investigación sobre el uso de los cohetes y durante la II Guerra Mundial presidió un consejo asesor del Ejército del Aire de este país. Realizó contribuciones teóricas en aerodinámica, hidrodinámica y análisis matemático en termodinámica. Von Karman también desarrolló en 1935 la primera teoría sobre la resistencia supersónica, diseñando un túnel aerodinámico supersónico, y comenzó la investigación que permitió a un avión romper la barrera del sonido por primera vez.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

Antes de 1860, aproximadamente, el interés de la ingeniería por la mecánica de fluidos se limitaba casi exclusivamente al flujo del agua. El desarrollo de la industria química durante la última parte del siglo XIX dirigió la atención a otros líquidos y a los gases. El interés por la aerodinámica comenzó con los estudios del ingeniero aeronáutico alemán Otto Lilienthal en la última década del siglo XIX, y produjo avances importantes tras el primer vuelo con motor logrado por los inventores estadounidenses Orville y Wilbur Wright en 1903.

La complejidad de los flujos viscosos, y en particular de los flujos turbulentos, restringió en gran medida los avances en la dinámica de fluidos hasta que el ingeniero alemán Ludwig Prandtl observó en 1904 que muchos flujos pueden separarse en dos regiones principales. La región próxima a la superficie está formada por una delgada capa límite donde se concentran los efectos viscosos y en la que puede simplificarse mucho el modelo matemático. Fuera de esta capa límite, se pueden despreciar los efectos de la viscosidad, y pueden emplearse las ecuaciones matemáticas más sencillas para flujos no viscosos.

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

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