QU PERMITE O PERMITI LA CAPA LMITE?La teora de la capa lmite ha hecho posible gran parte del desarrollo de las alas de los aviones modernos y del diseo de turbinas de gas y compresores. El modelo de la capa lmite no slo permiti una formulacin mucho ms simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes en la regin prxima a la superficie del cuerpo, sino que llev a nuevos avances en la teora del flujo de fluidos no viscosos, que pueden aplicarse fuera de la capa lmite. Gran parte del desarrollo moderno de la mecnica de fluidos,1. Aplicacin de la capa limite en el diseo de alas de aviones comerciales la mayora de los aviones comerciales llevan los bordes de ataque de las alas, la cola e incluso los motores sin pintar. El metal pulido es mucho menos rugoso que la pintura, y ayuda a que la capa lmite sea laminar. Otros mtodos para conseguir el mismo objetivo se basan en manipular la velocidad de la zona interior de la capa lmite, succionando el aire ms lento o inyectando aire a mayor velocidad, aunque son sistemas difciles de construir en la mayora de los casos, y se utilizan poco. Algunos dispositivos hipersustentadores (flaps y slats) ponen en contacto las capas lmite del intrads y el extrads mediante ranuras, persiguiendo un objetivo parecido.En cualquier caso, lo crucial en lo que se refiere a la capa lmite del ala de un avin es situar la transicin de laminar a turbulenta en el punto ptimo, de forma que se pueda prolongar la capa lmite laminar todo lo posible, transformndola en turbulenta en el momento en que tenga tendencia a desprenderse. As se consigue una resistencia aerodinmica mnima y buen comportamiento en velocidades prximas a la velocidad de prdida.

2. Aviones de combate

3. En diseo de intercambiadores de calor

Un gran nmero de las investigaciones acadmicas que tienen lugar en los procesos de intercambio trmico se concentran en modos de predecir con exactitud los valores de resistencia de la "capa lmite" y en modos de afectar a sus valores sin pagar una penalizacin muy alta en trminos de prdidas de carga mayores.

La continua perturbacin de la capa lmite del fluido en la cara interna del tubo incrementa la cantidad de turbulencia en el fluido tal y como se describe matemticamente por el "Nmero de Nusselt" y, siempre y cuando el fluido de la cara interna del tubo tenga la mayor resistencia al flujo de calor, tambin incrementar el ratio general de transferencia trmica.

4. En el diseo de turbinas de gas : influyendo en

La aerodinmica y geometra de los labes as como la altura de los labes y parte de la forma del conducto anular, las formas totales de los labes del estator y del rotor influyen en la incidencia del gas en su borde de ataque y desven a la corriente el ngulo requerido con el mnimo de prdidas. Para que lo anterior sea posible es necesario conocer la forma en que interacta el flujo con las superficies slidas de los labes. Con este fin, aerodinmica con el fin de entender el comportamiento que experimenta el fluido al atravesar la corona de labes, el principal objetivo es reducir la fuerza de arratre de los alabes

5. En el diseo de compresores En los compresores de este tipo la corriente de aire fluye en direccin axial, a travs de una serie de labes mviles situados en el rotor y de otros fijos situados en la carcasa o estator, concntricos todos ellos al eje de rotacin. A diferencia de la turbina, que tambin emplea labes fijos y mviles, el recorrido de la corriente de un compresor axial va disminuyendo de rea de su seccin transversal, en la direccin de la corriente en proporcin a la reduccin de volumen del aire segn progresa la compresin de escaln a escaln.El aire al salir del compresor pasa a travs de un difusor que lo prepara para entrar a la cmara de combustinA travs de cada etapa el aumento de presin es muy pequeo, entre 1:1,15 y 1:1,35. La razn que motiva tan pequeo aumento de presin es que si se desea evitar el desprendimiento de la capa lmite y la consiguiente entrada en prdida aerodinmica de los labes, el rgimen de difusin y el ngulo de incidencia deben mantenerse dentro de ciertos lmites. La pequea elevacin de presin en cada etapa, junto con la trayectoria uniforme del flujo de aire, contribuye a lograr la alta eficiencia del compresor axial.

Por otro lado se obtienen los tringulos de velocidades para cada parte del compresor

6. Diseo de los canales fluviales

7. En el diseo de los cohetes espaciales Fuselaje de los cohetes espaciales : el control y conocimiento de la capa limite permite disminuir la fuerza de arrastre en los cohetes espaciales , aumentando asi en el empuje producido, reduciendo el consumo d combustible

8. El diseo del fueslaje de los autos

-El flujo externo origina tres tipos de fuerzas sobre el automvil: fuerza de resistencia al avance, en sentido longitudinal, dificulta el movimiento del vehculo en el seno del fluido; fuerza vertical, que puede actuar como fuerza de sustentacin en coches convencionales, en cuyo caso es una fuerza vertical y hacia arriba, o bien puede ser downforce o hacia abajo, en coches deportivos, apretando al vehculo contra el suelo; y fuerza lateral, debida por ejemplo a viento lateral. El flujo externo tiene un importante impacto asimismo en la estabilidad del vehculo, principalmente a alta velocidadEl diseo aerodinmico debe perseguir tambin conseguir un flujo externo adecuado para evitar la excesiva acumulacin de la suciedad existente en el aire sobre las superficies del vehculo, lo que afecta considerablemente a la visibilidad. -Por ltimo, fenmenos como el desprendimiento de la capa lmite pueden producirse a frecuencias audibles y ser por tanto una fuente de ruido, que se debe tratar de evitar con un diseo apropiado de las superficies del vehculo. Por otro lado, el flujo interno tambin contribuye a los esfuerzos aerodinmicos que aparecen sobre el vehculo. Un vehculo necesita tener un flujo interno para refrigerar el motor y para renovar el aire del interior del habitculo.Un buen diseo del fuselaje permite , reducir al mximo la fuerza de arrastre

9. En el diseo de los barcos Aerodinmica en barcos La resistencia total al movimiento de los barcos a travs del agua se debe a la resistencia de friccin por el rozamiento del agua con la piel delbarco, la resistencia de presin o de forma debida a la geometra del barco, y a la resistencia que hacen las olas. La existencia de la resistencia debida a las olas, contribuye enormemente a la resistencia total de barco, y hace que el anlisis de la resistencia aerodinmica en barcos sea muy diferente al de los vehculos de tierra.Si sobre esa superficie creamos huecos o microespacios capaces de atrapar partculas de aire que no se desprendan al fluir sobre ellas el agua, estamos construyendo una capa lmite de un fluido de muy baja viscosidad sobre la que se desplazan capas de partculas con una baja resistencia al movimiento. Este es uno de los principios de la estructura de los tejidos que componen los baadores que arrasaron en el pasado mundial de natacin, y que en algn momento fue aplicado en lminas a una parte del casco de uno de los barcos en competicin

10. Diseo de autos de competencia Los pilotos aprovechan la aerodinmica el da de la carrera para sacar ventaja. Siguiendo a otro coche lo ms cercano posible, un piloto puede lograr reducir la resistencia de su auto y gastar menos combustible (a esta prctica se le conoce como "drafting" y es utilizada muy a menudo por los pilotos de NASCAR, particularmente. La resistencia del carro de enfrente tambin disminuye porque la separacin del flujo en la parte posterior es menor debido al coche que lo sigue. Sin embargo, conforme los coches se acercan uno al otro, la cantidad de sustentacin y fuerza hacia abajo vara. Esto representa un problema porque significa menos estabilidad para ambos coches.Los prototipos y los autos de carreras Indy utilizan canales en la parte de abajo, lo cual hace que la prctica del drafting no sea una buena opcin. Estos canales provocan que el flujo de aire proveniente del coche de adelante sea altamente turbulento (desordenado). Esto, a su vez, tiene un efecto negativo en los dispositivos aerodinmicos del vehculo que va siguiendo al primero. Por lo tanto, en este tipo de carreras, el piloto que va al frente podra utilizar los efectos aerodinmicos de su vehculo para hacer que los coches que lo siguen pierdan velocidad al forzar a los dems pilotos a conducir en su estela (turbulencia).Debido a la fuerza aerodinmica que se genera hacia abajo, la velocidad que alcanzan los autos de carreras ha seguido elevndose. Constantemente se realizan cambios en las reglas que rigen el uso de dispositivos en el vehculo, as como en los esfuerzos que realizan los diseadores para desarrollar nuevos dispositivos que aumenten la velocidad.Conforme la aerodinmica de los autos de carreras cambia, tambin cambian las tcnicas de los pilotos. Pronto podra desarrollarse una nueva rama en la aerodinmica de los automviles, ya que actualmente se est intentando romper la barrera de sonido enun automvil

11. Dispositivos para aumentar la lasustentacin conocidos como (flaps)La cabina cerrada garantiza que el aire circula con mayor suavidad a lo largo del fuselaje, que con la cabina abierta, pero un mal ajuste de la parte mvil de la cpula se deriva en la aparicin de un escaln entre la misma y el resto de la cpula, haciendo que la velocidad mxima se reduzca en 1-2 km/h.El tren plegable reduce considerablemente la resistencia frontal del avin, pero la separacin de las cubiertas que cubren las cpulas de las ruedas reduce considerablemente la velocidad mxima del avin. Sobre todo se produce una gran perdida a causa de la succin de las cubiertas cuando hay una mala hermetizacin de las cpulas del tren.

los flaps durante el aterrizaje, cuando estn bajados, tienen un mal rendimiento aerodinmico (provocan mucha resistencia), mientras que durante el vuelo horizontal, cundo estn fuertemente plegados al fuselaje, no producen resistencia aerodinmica. La separacin de los flaps del ala en vuelo horizontal empeora la aerodinmica y reduce la velocidad mxima de avin.

12. Identificar la zonas mas peligrosas del hurancan para el vuelo :

Los huracanes tienen la caracterstica de ser eventos altamente destructivos, con frecuencias altas de ocurrencia. La modelacin de la amenaza por huracn tiene en cuenta los efectos relacionados con la velocidad del viento, intensidad de precipitacin y la altura de marea de tormenta El modelo de amenaza empleado pronostica las intensidades mximas asociadas a la posible ocurrencia y paso de un huracn por el territorio, a partir de un procedimiento estadstico conocido como perturbacin, el cual permite generar trayectorias aleatorias que conservan las caractersticas principales de las trayectorias histricas identificadas. La amenaza se representa entonces como un conjunto de eventos estocsticos con intensidad y frecuencias medias de ocurrencia compatibles con la informacin histrica disponible.

13. En la meteorologa14. Diseo aerodinmico de spoiler de camiones 15. En el diseo de las turbina elicas Un aerogenerador es sin lugar a dudas un equipo que se encuentra funcionando en condiciones muy adversas; la humedad, los cambios de temperatura, y sobre todo, los efectos nocivos del viento con su constante variacin en velocidad y direccin, hacen que estas mquinas necesiten de una atencin extrema en su diseo y construccin. Uno de los agregados del aerogenerador que necesita ms atencin al momento de su diseo es el rotor, debindose tener en cuenta las cargas aerodinmicas e inerciales y el anlisis dinmico

En el anlisis de las cargas que actan sobre un aerogenerador es muy importante comenzar por analizar qu ocurre sobre el rotor. En l ocurren los mayores esfuerzos, los cuales pueden llegar a destruir la mquina si no se disea cuidadosamente teniendo en cuenta las cargas que pueden surgir debido al impacto del viento sobre las paletas, el movimiento, peso del equipo, etctera..

Cargas sobre la palaDesde el punto de vista del anlisis de cargas la pala se modela como una viga Los grados de libertad asociados son:

Flexin en el plano del rotor (LAG). Flexin en la direccin del viento dominante (FLAP). Torsin alrededor del eje de la pala. Traccin a lo largo del eje de la pala.las variaciones en la fuerza de empuje son proporcionales a las variaciones en la velocidad axial. Los incrementos en la fuerza de empuje debidos al aumento de la velocidad total son ms importantes que las disminuciones en la fuerza de empuje debidas a la reduccin de sustentacin.

16. En el transporte de fluidos por tuberas Cuando un fluido entra a un conducto, la capa lmite comienza a formarse a la entrada. El perfil de velocidad completamente desarrollado existe slo despus de que el borde de la capa lmite coincide con el eje del conducto. Las condiciones dinmicas del fluido a la entrada del conducto, influyen grandemente en la longitud requeridapara que un perfil de velocidad completamente desarrollado se forme. La entrada a un conducto implica un cambio sbito de rea transversal de flujo y por esto es importante la configuracin de la entrada para analizar el flujo aguas abajo. Cuando el caudal es tal que el flujo completamente desarrollado puede ser laminar, la configuracin de la entrada del conducto tiene poco efecto en el flujo subsiguiente. En este caso, el flujo en la capa limite ser laminar aunque el flujo entrante sea turbulento. Cuando el flujo completamente desarrollado en el conducto es turbulento, la configuracin de la entrada es de primordial importancia para determinar la dinmica del fluido aguas abajo. Si la entrada es abrupta, es probable que la capa lmite sea turbulenta desde el principio. Si la entrada es redondeada, la capa lmite puede ser laminar inmediatamente despus de la entrada y luego volverse turbulenta alguna distancia ms lejos

17. Transmisin de calor por conveccin La ley de enfriamiento de Newton establece que la tasa de transferencia de calor que abandona una superficie a una temperatura Tspara pasar a un fluido del entorno a temperatura Tfse establece por la ecuacin:Qconvection= h A (Ts- Tf)donde el coeficiente de transferencia de calor h tiene las unidades de W/m2.K o Btu/s.pulgada2.F. El coeficiente h no es una propiedad termodinmica. Es una correlacin simplificada entre el estado del fluido y las condiciones de flujo, por lo cual generalmente se la conoce como una propiedad de flujo.La conveccin est ligada al concepto de una capa de contorno que es una delgada capa de transicin entre una superficie, que se supone adyacente a las molculas estacionarias, y el flujo de fluido en el entorno. Esto se puede observar en la siguiente figura que muestra un flujo sobre una placa plana

Donde u(x,y) es la velocidad de direccin x. La regin que va hasta la arista externa de la capa de fluido, definida como el 99% de la velocidad de la corriente libre, se denomina espesor de la capa de contorno del fluido (x).

18. En el campo de la lubricacin La curva de Stribeck es un grfico clsico basado en el estudio de la lubricacin de un eje liso, en contacto con su cojinete lo cual provoca el desgaste.A medida que aumenta el nmero de revoluciones, se forma una cua de aceite lubricante que produce una pelicula protectora entre el cojinete y el eje. Este fenomeno se reconoce por lo que llamamos lubricacin hidrodinamica e impide el desgaste.A muy bajas velocidades predomina la lubricacin por capa lmite. Toda la carga es soportada por las crestas de la superficie en el rea de contactoA velocidades altas se crea un efecto de cua entre el fluido y el objeto. La presin hidrodinmica separa completamente el objeto de la superficie.

19. En el diseo de estructuras metlicas Cuando el libre flujo del viento se ve obstaculizado por un objeto fijo, tiene quedesviarse para rodearlo, por lo cual produce presiones sobre el objeto. Las partculas de aire golpean en la cara expuesta directamente al efecto del viento, cara de barlovento,ejerciendo sobre ella un empuje. En la cara opuesta, de sotavento, las estelas delflujo se separan del objeto provocando una succin.

Los dos efectos se suman dando lugar a una fuerza de arrastre sobre el objeto.En las caras laterales se presenta una distribucin de presiones que vara de empuje a succin.La fuerza llamada de sustentable es importanteen el diseo de seccionespequeas y ligeras como los ngulos que forman las torres y armaduras. La forma de la distribucin de presiones puede resultar bastante compleja, dependiendo de la geometra del objeto

20. Resistencia hidrodinmica en Natacin.Durante el nado, el cuerpo de los nadadores desplaza el agua que se encuentra en su camino. Entonces, el nadador experimenta una fuerza, denominada resistencia hidrodinmica, que se opone a su avance. Dado que el nado se realiza en una situacin de "ingravidez hidrosttica", la mayor parte del trabajo mecnico realizado por los nadadores est dirigido a superar dicha resistencia.Son tres los tipos de resistencia con que deben enfrentarse los nadadores: por friccin, por forma o presin y por oleaje.La viscosidad es la resistencia interna de los fluidos, esto es, la fuerza que se opone a que dos capas del fluido se separen entre s. La viscosidad de un fluido viene determinada por el denominado coeficiente de viscosidad. En el caso del agua a 26C (temperatura de competicin) su valor es de 0.897x10-3Nsm-2.Cuando un nadador se mueve, arrastra una determinada cantidad de agua que est "pegada" a su cuerpo debido a la viscosidad de sta. Es la llamada "capa lmite o de contorno" (figura 1). A una determinada distancia del nadador, el agua est quieta. La capa de contorno es frenada por la capa inmediatamente en contacto con ella, sta es frenada por la siguiente, y as sucesivamente hasta la capa de agua en reposo. Se establece as un gradiente de velocidades entre las diferentes capas de agua que rodean al nadador, lo que ralentiza su avance.