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Resistencia de fluidos 0 Prdidas de energa en conducciones cerradas y tuberas Flujo en conducciones abiertas o canales

Paradoja de DAlembertEl agua y el aire (fludos los ms interesantes en la tcnica) siendo muy poco viscosos ofrecen una gran resistencia. Este hecho se conoce con el nombre de paradoja DAlembert.

La explicacin de esta paradoja conduce a dos conceptos de primordial importancia en Mecnica de Fluidos:La capa limite, y elDesprendimiento de la capa limite.

En mecnica de fluidos, la capa lmite o capa fronteriza de un fluido es la zona donde el movimiento de ste es perturbado por la presencia de un slido con el que est en contacto. La capa lmite se entiende como aquella en la que la velocidad del fluido respecto al slido en movimiento vara desde cero hasta el 99% de la velocidad de la corriente no perturbada.

Microscpicamente, en inmediaciones de un punto cualquiera del cilindro, A, reina la distribucin de velocidades que se representa en (b).En (c) se ha producido el desprendimiento de la capa lmite (agua abajo se crea remolinos que originan una depresin).

Capa limiteEscap a la observacin experimental antes de Prandtl por no disponerse de instrumentos de medida de velocidad suficientemente precisos;Tiene un espesor muy pequeo, del orden de micras o mm, segn los casos.En ella se hace se sentir intensamente los efectos de la viscosidad y rozamiento, aunque sea pequeo, porque el gradiente de velocidades es grande.

Jos Agera Soriano 2012*

Concepto de capa lmite punto Aa menos que el gradiente de velocidad en la pared fueraenorme:Si un cuerpo se moviera en el vaco o en un fluido no-viscoso se desplazara sin esfuerzo . Siendo el aire y el agua fluidos muy poco viscosos no se entenda cmo ofrecan tanta resistencia;

Jos Agera Soriano 2012


Concepto de capa lmite Para ello tiene que existir unacapa d que a veces es de micras,en la que la velocidad v de las distintas lminas pasan de valer cero en la pared a adquirir la velocidad u (0,99u) del flujo; por lo que no era posible obtener el perfil de velocidades mediante un tubo de Pitot. Prandtl fue capaz de imaginar esta capa a la que llam capa lmite. punto A



Capa lmite laminarPor ser el borde A afilado, el flujo no sufre perturbacin al entrar y sera laminar en sus comienzos. A medida que avanza, el espesor d de la capa aumenta y el perfil de velocidades vara (comp- rese 1 y 2): en 2, el esfuerzo cortante to en la pared es menor que en 1; llega a disminuir tanto, que no puede controlar la turbulencia (viscosidad de turbulencia), y la capa deja de ser laminar.



Capa lmite turbulentaAl pasar a la zona turbulenta, el espesor d de la capa aumenta bruscamente. La turbulencia homogeniza las velocidades de las distintas lminas y el perfil ya no resulta parablico sino ms bien de tipo potencial (punto 3); la velocidad pasa a valer cero muyrpidamente en la pared: el esfuerzo cortante to puede resultar muy grande. A lo largo de la superficie, d aumenta y to disminuye,hasta anularse en el infinito si la superficie es plana.



zona turbulentapared lisapared rugosa



Si el borde A es no es afilado, la capa lmite podra ser turbulenta desde el principio. En el punto C, (dv/dy)y=0 es ahora mayor. Si la pared fuera rugosa, intervendra adems la viscosidad de turbulencia h, y to aumentara por el doble motivo: to(turbulento) >>>to(laminar)



to(turbulento) >>>to(laminar)



Desprendimiento de la capa lmite Cuando el flujo es divergente (BCD), el gradiente de velocidad en la pared va disminuyendo, y con l el esfuerzo cortante to . Puede ocurrir incluso que llegue a anularse; en tal caso, el flujo se separara de la pared (desprendimiento de capa lmite), formndose una estela aguas debajo de C.



to


Regimen laminar

Regimen turbulentoEl flujo turbulento es un movimiento desordenado. Lavelocidad flucta continuamente en cada punto

La distribucin de velocidades en rgimen laminar es parablicaLa distribucin de velocidades en turbulento es logartmica

Numero de ReynoldsEl nmero de Reynolds es un parmetro adimensional y puede utilizarse para definir las caractersticas del flujo dentro de una tubera.

D = Dimetro de la tubera, que en este caso permanece constante.

= Viscosidad cinemtica del agua, tambin constante

= velocidad de la corriente

NRE< 2100 el regimen es laminarNRE> 4000 el regimen es turbulento

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