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• Eduin Aguilar

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8.- EFICIENCIA DE TOBERAS Y DIFUSORES.

Eficiencia de las toberas: Debido a la fricción que ocurre entre el fluido y las paredes de la tobera y entre las propias capas del fluido, se producen algunas pérdidas que hacen que el proceso de expansión sea irreversible pero adiabático y por lo tanto, habrá una diferencia entre el proceso de expansión en condiciones ideales y el proceso en condiciones reales. En general, se puede decir que para determinar la eficiencia de una tobera se compara el desempeño real bajo condiciones definidas, con el desempeño que alcanzaría en condiciones ideales. Una manera de evaluar esta eficiencia es por medio de la relación que existe entre la ganancia de energía cinética debida a la caída de entalpía en condiciones reales y la ganancia de energía cinética debida a la caída de entalpía en condiciones ideales.

Si es un proceso ideal o isoentrópico:

Y en un proceso real:

Entonces:

Como la velocidad de entrada a la tobera V1 es 0 o muy pequeña comparada con la velocidad a la salida V2 entonces puede decirse que:

Eficiencia de una tobera real:

Eficiencia de los difusores:

Si la energía cinética del flujo a la salida del difusor es pequeña comparada con la del flujo a la entrada, la presión de salida Ps puede reemplazarse por la presión de estancamiento Pos y la eficiencia adiabática queda definida por:

9.- ONDAS DE CHOQUE. En la mecánica de fluidos, una onda de choque es una onda de presión abrupta producida por un objeto que viaja más rápido que la velocidad del sonido en dicho medio, que a través de diversos fenómenos produce diferencias de presión extremas y aumento de la temperatura. La onda de presión se desplaza como una onda de frente por el medio.

Una de sus características es que el aumento de presión en el medio se percibe como explosiones. También se aplica el término para designar a cualquier tipo de propagación ondulatoria, y que transporta, por tanto energía a través de un medio continuo o el vacío, de tal manera que su frente de onda comporta un cambio abrupto de las propiedades del medio.

Ejemplos: 

Explosiones, como por ejemplo bombas cuyas ondas son las responsables de mover objetos y destruirlos. Para esas ondas de detonación existen modelos matemáticos empíricos y teóricos exactos.

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Los aviones supersónicos provocan ondas de choque al volar por encima de régimen transónico (M > 0,8) pues aparecen zonas donde el aire supera la velocidad del sonido localmente, por ejemplo sobre el perfil del ala, aunque el propio avión no viaje a M > 1.

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Meteoritos que entran en la atmósfera producen ondas de choque. El aumento de temperatura producido por la onda de choque es la responsable de que se vean los meteoros.

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En los alrededores del canal del relámpago hay un aire muy caliente que, con ondas de choque, produce el trueno en tormentas. Es decir que es como una explosión a lo largo del camino que recorre el relámpago. Debido a las fluctuaciones irregulares que influyen el camino de las ondas, no solo se oye un golpe sino una serie de más o menos golpes fuertes en una distancia lejana.

10.- DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES. La sustentación en las aeronaves de ala fija es generada básicamente por los planos, cuyo perfil aerodinámico está diseñado específicamente para crear una diferencia de presiones entre el intradós (parte inferior) y el extradós (parte superior), generando así esa fuerza resultante, la sustentación, que es fundamental para emprender el vuelo. Sin embargo, en ciertas situaciones en las que por las características de la maniobra (aproximación final, despegue, vuelo lento, etc.) la velocidad que necesitamos mantener está próxima a los límites operacionales de la aeronave, se necesita generar mayor sustentación que la proporcionada únicamente por los planos. Para ello, existen una serie de superficies o ingenios aerodinámicos diseñados para aumentar la sustentación del ala, denominados dispositivos hipersustentadores. Elementos pasivos: Modifican la geometría del ala aumentando la curvatura o superficie alar o bien, generando huecos para controlar el flujo del aire. Dentro de este grupo encontramos dos tipos de dispositivos, instalados en prácticamente la totalidad de las aeronaves:flaps y slats. Estos dispositivos se encuentran integrados en la estructura alar y, al ser accionados, se desplazan hacia atrás o hacia delante, a medida que bajan, creando un ángulo con respecto a la cuerda alar que se mide en grados. Las posiciones de los flaps y slats están fijadas para cada tipo de aeronave y varían según las especificaciones de cada modelo, siendo accionados a criterio del piloto para cada fase de la operación.

Dentro de los flaps podemos diferenciar varios tipos: -Sencillo.- Empleado principalmente en aviones ligeros, este flap está formado por una porción de la parte posterior del ala. -De intradós: Como el propio nombre indica, está alojado en el intradós del ala, por lo que tan sólo proporciona mayor curvatura a esta parte del ala, siendo por tanto menos efectivo. -Zap.- Es muy parecido al de intradós, con la salvedad de que al reflectarse se desplaza hacia el extremo del ala, ampliando también la superficie de ésta además de la curvatura. -Fowler.- Semejante al flap zap, proporciona mucha mayor curvatura y superficie alar al desplazarse totalmente hacia la parte exterior del ala. -Ranurado.- Al ser deflectado aumenta la curvatura del ala, además crea una o más ranuras entre el intradós y el extradós que facilitan el paso del flujo de aire y la disminución de la resistencia al avance que generan otros tipos de flap. -Krueger.- Similar al rasurado, salvo que en este caso se encuentran instalados en el borde de ataque del ala.

Los slats están situados en la parte delantera del ala (borde de ataque) y son dispositivos móviles cuya función es proporcionar mayor velocidad al flujo de aire que circula en la parte superior del ala en situaciones de aumento de ángulo de ataque (cabeceo). Se crea una ranura entre el slat y el borde de ataque que favorece este aumento de velocidad del aire, aumentando así el coeficiente de sustentación y permitiendo velocidades menores sin riesgo de entrar en pérdida.

Elementos activos: dispositivos que requieren una aplicación activa de energía directamente al fluido. Ejemplos de este tipo de dispositivo son los siguientes: -Flap soplado.- Parte del aire sangrado de los motores se emplea para inyectarlo en las ranuras de los flaps y aumentar así la velocidad del aire que circula entre ellos. Este elemento activo aumenta la efectividad de los flaps pero tienen la desventaja de que al emplear parte de la potencia de los motores, conlleva una pérdida de prestaciones de la planta motriz. -Succionadores de capa límite: dispositivos instalados en el extradós del ala que generan una zona de baja presión mediante la succión del aire que circula por la parte superior del ala, haciendo que este quede adherido a la superficie alar -Generadores de torbellinos: Son pequeñas placas dispuestas verticalmente sobre ciertas partes del ala más susceptibles de desprenderse la capa límite. Este tipo de dispositivo es común en reactores ejecutivos como el Falcon 20.