Solidez de la hoja

La solidez de las palas es un parámetro de diseño importante para el impulsor de flujo axial y se define como la relación entre la longitud de la cuerda de la pala y la separación entre ella.

• Solidez de la hoja = c/s

Dónde

• ${\displaystyle s=2\pi r_{m}/n_{b}}$es el espaciado
• ${\displaystyle r_{m}}$es el radio medio
• ${\displaystyle n_{b}}$es el número de hoja
• La longitud de la cuerda c es la longitud de la línea de la cuerda.

En el caso de un impulsor de flujo axial, el radio medio se define en términos del cubo (${\displaystyle r_{h}}$radio interior) y radio de la punta (${\displaystyle r_{t}}$radio exterior) como  :

• ${\displaystyle r_{m}=[(r_{t}^{2}+r_{h}^{2})/2]^{0.5}}$

La solidez de los álabes afecta a diversos parámetros de la turbomáquina, por lo que para variar dichos parámetros, es necesario variar la solidez de los álabes. Sin embargo, existen algunas limitaciones impuestas por la relación de aspecto (envergadura/cuerda) y el paso. Si un impulsor tiene pocos álabes (es decir, un paso grande), la fuerza de sustentación será menor, y de forma similar, si tiene más álabes (es decir, un paso muy pequeño), la fuerza de arrastre será elevada.

La solidez de las palas no debe confundirse con la solidez del rotor , que es la relación entre la superficie total de las palas del rotor y la superficie barrida por el rotor.

La solidez de las palas es un parámetro importante que relaciona los parámetros de la turbomáquina con los del perfil aerodinámico. El coeficiente de sustentación y el de resistencia de un perfil aerodinámico están interrelacionados con la solidez de las palas, como se muestra a continuación:

• ${\displaystyle C_{L}=2(s/c)(\tan \beta _{1}-\tan \beta _{2})cos\beta _{m}}$
• ${\displaystyle C_{d}=\left({\frac {s}{c}}\right)\left({\frac {\Delta p_{0}}{\rho W_{1}^{2}/2}}\right)}$

dónde:

• ${\displaystyle C_{L}}$es el coeficiente de sustentación
• ${\displaystyle C_{d}}$es el coeficiente de arrastre
• ${\displaystyle \beta _{1}}$es el ángulo del flujo de entrada en el perfil aerodinámico
• ${\displaystyle \beta _{2}}$es el ángulo del flujo de salida en el perfil aerodinámico
• ${\displaystyle \beta _{m}}$es el ángulo de flujo medio
• ${\displaystyle W_{1}}$es la velocidad del flujo de entrada, es decir, relativa al perfil aerodinámico
• ${\displaystyle W_{m}}$es la velocidad media del flujo
• ${\displaystyle \Delta p_{0}}$es la pérdida de presión
• ${\displaystyle \tan \beta _ {m}={\frac {1}{2}}(\tan \beta _ {1}+\tan \beta _ {2})}$

En un perfil aerodinámico, la curvatura de la línea media está diseñada para cambiar la dirección del flujo, el espesor de los álabes aporta resistencia y la forma aerodinámica retrasa la separación de la capa límite. Al considerar todos los factores de diseño de un perfil aerodinámico , las fuerzas resultantes de sustentación y resistencia pueden expresarse en términos de coeficientes de sustentación y resistencia.

• ${\displaystyle F_{L}=C_{L}bc\left({\frac {1}{2}}\rho W_{m}^{2}\right)}$
• ${\displaystyle F_{d}=C_{d}bc\left({\frac {1}{2}}\rho W_{m}^{2}\right)}$

dónde:

• b es la envergadura y
• c es la longitud de la cuerda

El diseño del impulsor depende de la velocidad específica , la relación cubo-punta y la relación de solidez. Para ilustrar esta dependencia, se muestra una expresión para una bomba y un ventilador de flujo axial:

${\displaystyle {\frac {c}{s}}={\frac {10}{(D_{h}/D_{t})(N_{s}/1000)^{1.5}}}}$

dónde:

• ${\displaystyle {\frac {D_{h}}{D_{t}}}}$es la relación entre el diámetro del cubo y el diámetro de la punta
• ${\displaystyle N_{s}}$es la velocidad específica

El diagrama de Cordier se puede utilizar para determinar la velocidad específica y el diámetro de la punta del impulsor.${\displaystyle D_{t}}$. En consecuencia, se pueden ajustar la relación de solidez y la relación entre el cubo y la punta (rango 0,3-0,7).

La relación de solidez generalmente se encuentra en el rango de 0,4 a 1,1.

• Aerodinámica
• Turbomáquinas
• Bomba de flujo axial
• Ventilador mecánico
• Compresores
• Autorrotación (helicóptero)

• Peng, William W. (2008), Fundamentos de turbomáquinas , Wiley, ISBN 978-0-470-12422-2
• Venkanna, BK (2009), Fundamentos de turbomáquinas , PHI learning privado limitado, ISBN 978-81-203-3775-6
• Turton, RK (1995), Principios de turbomáquinas , Springer (Nueva Delhi), ISBN 8184896042
• Rama, SR Gorla (2003), Diseño y teoría de turbomáquinas , Marcel Dekker, Inc., ISBN 0-8247-0980-2
• Yahya, SM (2002), Turbinas, compresores y ventiladores , TMH, ISBN 0070707022