Universidad de San Buenaventura. Construcción de motores II Laboratorio 1. Transferencia de calor en alabes. Realizado por: e!id "ernando "uentes# Santia$o %urcia Barri$a.
Introducción.
La refri refrige gerac ración ión en los alab alabes es son son realme realmente nte import importan antes tes porqu porque e permi permite te mayore mayores s temperaturas de funcionamiento en la turbina, esto genera mayor eficiencia en todo el proceso. Además, contribuye a que materiales pueda soportar también altas temperaturas antes de llegar a su punto de fundición. Es por esta razón que la refrigeración es un punto clave clave de análi análisis sis al momen momento to del del diseñ diseño o de un motor motor,, gene generan rando do as as motor motores es más más eficientes para la industria aeronáutica. 1.
Geometr Geometría. ía.
La geometra consta de un perfil aerodinámico de un alabe de turbina, el cual tiene una cuerda de ! centmetros "!# mm$. El perfil se caracteriza por poseer cinco agu%eros en su interior que permitirán el paso de aire refrigerante del compresor, estos agu%eros pueden ser de diámetro diferente dependiendo del estudio de temperatura del alabe. La geometra con todas sus caractersticas se muestra a continuación.
Ilustración 1. Geometría de estudio.
&ara un correcto análisis del programa se definieron las fronteras de la siguiente manera' Sección del perfil E(trado +ntrado ircunferencia ircunferencia ircunferencia ! ircunferencia / ircunferencia 0
ombre de frontera )all*e(tados )all*intrados )all*ref*)all*ref* )all*ref*! )all*ref*/ )all*ref*0
2.
Enmallado
En el proceso de enmallado preliminar para el perfil que se mostrará a continuación no podra tener un análisis preciso debido a su poca concentración de nodos en los puntos importante de análisis.
Ilustración 2. Enmallado pr eliminar.
Es por esta razón que en los puntos clave de análisis son aquellos puntos cercanos a las paredes, ya que cercano a las paredes se encuentra las refrigeraciones por aire del compresor. En estos puntos el n1mero de nodos deben aumentar para generar más precisión en el contorno de temperatura que se analizara posteriormente.
Ilustración 3. Malla de análisis.
Los procesos de enmallados que se utilizaron fueron sizing , ya que este proceso permite aumentar los nodos tanto en las paredes de las circunferencias, el e(tradós e intradós, y como del área interna del perfil. 2e esta manera el ob%etivo se realizara ya que se tendrá mayor n1mero de nodos en los puntos crticos donde se analizará el contorno de temperaturas.
3. •
Análisis de contornos.
Caso 1. Contornos de temperatura en el alabe, refrigerado con aire del compresor a temperatura constante:
En este caso de estudio, las temperaturas que se encuentra en el perfil se dan por el simulador, el cual es de 3## 4.
Ilustración 4. Temperatura constante
omo se puede observar en la anterior imagen, el contorno en los agu%eros refrigeradores es inferior a las paredes de los e(tradós e intradós, ya que este corresponde a que las paredes e(teriores no tienen un método de refrigeración, sin embargo, están activadas para una trasferencia de calor por convección como se muestra a continuación'
Ilustración 5 . Transferencia de calor en las paredes
on este método de refrigeración, podemos ver un perfil de temperaturas más estable a través de toda la geometra, ya que tanto los agu%eros como las paredes e(ternas del perfil se encuentran constantemente en intercambio de calor ya que por medio del aire refrigerante ayuda a que aumente el área para una eficaz descarga de calor. •
Caso 2. Contornos de temperatura en el alabe, refrigerado con aire del compresor a temperatura variable:
En este caso de estudio se ve claramente que el contorno de temperatura varia a lo largo de todo el perfil, donde las paredes e(teriores no tienen proceso de convección, es por ello que en este punto la temperatura aumenta comparado con el caso anterior.
Ilustración 6. Temperatura variable.
Este proceso de temperatura se genera por medio de una user define fuction , generando as una función diferente para el e(tado e intradós, donde se ve claramente que la temperatura en ambas superficies se comporta diferente. 2e esta manera por medio de estas funciones se pueden generar un perfil de temperaturas a lo largo del perfil.
Conclusiones. •
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5e puede inferir que si el alabe esta refrigerado soportará mayores esfuerzos térmicos, ya que permitirá rangos de temperaturas mayores en el proceso térmico del motor. 5i la temperatura se mantiene constante a lo largo del todo el proceso, el perfil de temperaturas disminuirá considerablemente, ya que, sin importar los cambios de temperatura e(ternos, la temperatura del alabe se mantendrá constante. La utilización de user define fuctions , permite simular el comportamiento térmico en cualquier superficie del alabe, generando as, simulaciones que se aseme%an más a un proceso térmico real.
