OBJETIVO GENERAL

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
INGENIERIA CIVIL MECANICA
PROGRAMA DE PROSECUCION DE
ESTUDIOS VESPERTINO
ASIGNATURA MECANICA DE FLUIDOS II
NIVEL 03
EXPERIENCIA C902
“ESTUDIO DE DESARROLLO DE CAPA LÍMITE”
HORARIO: VIERNES DE 19.00 A 21.30 HRS.
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
OBJETIVO GENERAL
Introducir al estudiante en el conocimiento del fenómeno de capa límite hidrodinámica a fin de
comprender la importancia de este fenómeno dentro del contexto de la mecánica de fluidos,
hidráulica, aerodinámica y transferencia de calor.
1. OBJETIVOS ESPECIFICOS
1.1 Medir el espesor de capa límite laminar y turbulenta.
1.2 Evaluar coeficientes de corte y fricción a lo largo de una placa plana. Comparar teoría con
experimentos.
1.3 Con el último perfil de velocidad (PV5) compruebe la veracidad de la forma del perfil de
velocidad de la séptima potencia.
2. INTRODUCCION TEORICA
2.1
Definición
Capa límite: es la zona de un flujo de fluido perturbado por la presencia de una pared sólida.
y
U0
Corriente libre
Frontera = Lugar geométrico de
todos los puntos que
cumplen con u/U0 = 0.99
u = 0.99 U0
U0
x, u
PV
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
2.2
Espesor de Capa Límite
Es la distancia que existe entre la pared que guía al flujo y la frontera.
y
Capa límite turbulenta
Capa límite
laminar
Frontera
Transición
t
’
l
U0
x, u
xl
xt
l = espesor de capa límite laminar.
t = espesor de capa límite turbulenta.
’ = espesor de la subcapa laminar.
2.3
Número de Reynolds
Rex 
U0 x


para pared plana
Capa límite laminar
Capa límite turbulenta
Rex  2105
Rex  5105
2.4.- Capa Límite Laminar
Ecuaciones de Prandtl
u
u
u
1 P
 2u
v
 
 2
x
y
 x
y
u v

 0
x y
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
La transformada de esta ecuación es
1
f '''  f f ''  0
2
Solución de Blasius
espesor
l

x

P
 0
x
4.9
Re1/x 2
2.41.- Coeficiente de Corte
0 
x
0.664 U02

Re1/x 2
2
2.42.- Coeficiente de Fricción
c fx 
0.664
Re1/x 2
2.5.- Capa Límite Turbulenta
espesor
t

x
0.376
Re1/x 5
2.51.- Coeficiente de Corte
1/ 5
0
x
U2   
 0.02885  0 

2  U0 x 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
2.52.- Coeficiente de Fricción
cfx 
0.0577
Re1/x 5
Para paredes rugosas existe un gráfico idéntico al de Moody.
Cf
e/L
Turbulencia
Laminar
ReL
METODO A SEGUIR
-
Montar placa plana con tubos de Pitot en el túnel de prueba.
-
Fijar una velocidad Uo máxima.
-
Luego posicionar la batería de tubos de Pitot en PV1, (la mas cercana al borde de ataque).
Los PV son perfiles de velocidades medidos con la batería o conjuntos de Pitot.
-
Se mide: hs = altura estática desde el Pitot lateral.
Las alturas totales (h) del conjunto de Pitots se miden separadamente.
w 
  hs  h  se calculan las velocidades puntuales.
 a 
-
Con la fórmula u  2g 
-
Se dibujan los perfiles de velocidad (PV1, PV2,…..)
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
-
Se unen los puntos
u
 0.99 para determinar la frontera de la capa límite con lo cual quedan,
u0
determinados experimentalmente los espesores l de la capa límite laminar y t correspondiente a
la turbulenta.
VARIABLE A CONSIDERAR
Las variables son:
x = posición de los puntos de estancamiento de los Pitot respecto al borde de ataque de la
placa.
hs = altura de presión estática del flujo.
h = altura dinámica total en cada rama del Pitot.
Pa = presión atmosférica.
Ta = temperatura ambiente.
Uo = velocidad del flujo.
TEMAS DE INTERROGACION
-
Definición de capa límite.
Ecuaciones de Prandtl y Blasius.
Método de solución de Howarth.
Cálculo con aplicaciones de las fórmulas explícitas.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Se utilizan los siguientes equipos:
-
Túnel de viento.
Placa plana para mediciones.
Tubos de Pitot.
Velocímetro.
Barómetro.
Termómetro.
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Programa Vespertino de Prosecución de Estudios
Ingeniería Civil En Mecánica
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME
1. Dibujar los perfiles de velocidad (PV) en un gráfico y – u.
2. Encontrar los puntos
u
 0.99 y trazar la curva respectiva.
u0
3. Verificar las curvas dadas por
- Flujo laminar

4.96
Re1/x 2
- Flujo turbulento

0.378
Re1/x 5
4. Calcular y hacer los gráficos respectivos de esfuerzo de corte y coeficiente de fricción en la pared
ambos en función de x.
5. Observaciones y conclusiones.
6. Referencias bibliográficas.
7. Apéndice que incluya un ejemplo de cálculo.
Bibliografía
- Teoría de la Capa Límite, Schlichting.
- Texto de mecánica de fluidos.