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Universidad Católica Andrés Bello extensión Guayana Escuela de Ingeniería Civil Mecánica de Fluidos I Estudiante: Medina, Martín. C.I: 28.343. 07 de octubre de 2022.
1. Definición de Capa Límite Representa la región en que el movimiento de un fluido se ajusta, es decir, desde que su velocidad es cero en las paredes de los ductos a través de los cuales fluye y hasta donde alcanza su velocidad máxima en la corriente principal del fluido (centro del ducto). Se habla de velocidad cero pues cuando estos fluyen sobre placas estacionarias, la sección del fluido que roza con la superficie tiende a detenerse por la acción del esfuerzo cortante en las paredes. En el estudio de los fluidos es un concepto de alta importancia, pues se ha establecido que la capa límite es una zona que se encuentra entre un sólido y un fluido, en donde la velocidad del fluido, respecto al sólido en movimiento, varía según la velocidad de la corriente de fluido que no es afectada por el contacto con el sólido. Se divide en capa límite laminar y turbulenta. 2. ¿Qué es la Capa Límite Laminar? Hace referencia a la capa que representa al flujo ordenado, similar al mencionado flujo laminar, pues se origina una fricción entre el fluido y la superficie muy leve, es decir, considerablemente menor que cuando actúan los flujos turbulentos. Para considerarse como capa límite laminar depende del número de Reynolds, pues para números de Reynolds más bajos, la capa límite es laminar y la velocidad de la corriente cambia uniformemente a medida que se aleja de las paredes. 3. ¿Qué es la Capa Límite Turbulenta? A diferencia de la anterior, cuando se genera una capa límite turbulente implica que el fluido se mueve de forma caótica, tal como un flujo turbulento, dicho movimiento hace que se incremente el roce entre el fluido y el sólido.
Cabe destacar que para llegar a la capa límite turbulenta, primero atraviesa una etapa de transición, en la que interactúan propiedades de ambas capas. El flujo en la capa límite cerca de los bordes de la entrada del objeto es siempre flujo laminar, más allá puede ser flujo turbulento. Entre la zona en la que la turbulencia se encuentra completamente desarrollada y la región del flujo laminar, existe una capa de transición o capa buffer. La aparición de la turbulencia se caracteriza por un repentino aumento del espesor de la capa límite. Para Rex < 2x10^5 la capa límite es laminar. Para valores de Rex entre 2x10^5 y 3x10^6 la capa límite puede ser laminar o turbulenta. Para Rex > 3x10^6 la capa límite es turbulenta.
4. ¿Qué es la Sub-Capa Laminar? Es un tipo de capa límite, la cual se presenta principalmente en la capa límite turbulenta, pues ocupa una región caracterizada por ser sumamente delgada, pero cuyos gradientes de velocidad tienen a tener valores elevados. Dicha capa se encuentra cerca del denominado límite de no deslizamiento (donde el flujo es laminar). La existencia de la subcapa laminar puede entenderse en el sentido de que la velocidad del flujo disminuye hacia el límite de no deslizamiento. Debido a esto, el número de Reynolds disminuye hasta que en algún momento el flujo cruza el umbral de turbulento a laminar.
o lo que es igual, cuando existe una discontinuidad de velocidad entre dos capas fluidas (un caso particular es cuando una de las capas está en reposo y la otra a una cierta velocidad). Se presentan como corriente inversa creada cuando el fluido se encuentra en un régimen de flujo turbulento. El fluido en movimiento crea un espacio libre de fluido que fluye aguas abajo en el lado corriente abajo del objeto.
7. ¿A qué se le conoce como el fenómeno de Separación dentro del fenómeno de Capa Límite? La separación de capa límite o separación de flujo es un fenómeno de la dinámica de fluidos que se produce cuando se desprende de la superficie de un obstáculo la estela formada a su alrededor. Es originada por un aumento local de la presión del fluido cuando su flujo se desacelera, como después de rebasar la sección más amplia de un cuerpo aerodinámico o al pasar por un conducto que se ensancha. Siempre que haya un movimiento relativo entre un fluido y una superficie sólida, ya sea externamente alrededor de un cuerpo, o internamente en un conducto de sección cerrada, existe una capa límite presente en la capa cercana a la superficie del fluido, ligada al efecto de su viscosidad. Las capas límite pueden ser laminares o turbulentas. Se puede realizar una evaluación razonable de si la capa límite será laminar o turbulenta calculando el número de Reynolds de las condiciones de flujo local. Podemos concluir sobre la separación de la capa límite, lo siguiente: Aparece una zona de estelas o de turbulencia. Se forman vórtices. Los vórtices consumen grandes cantidades de energía. Se originan pérdidas de presión en el fluido. 8. ¿Qué es Coeficiente de Resistencia? Es la fuerza de rozamiento que opone un fluido al movimiento de un objeto sólido. La fuerza de rozamiento es proporcional al cuadrado de la velocidad relativa v del objeto respecto del fluido y la constante de proporcionalidad denominada coeficiente de arrastre CD que depende a su vez del número de Reynolds. Es un número adimensional, es cuánta resistencia al flujo tiene un obstáculo. Esto es lo opuesto al coeficiente de flujo, que es la capacidad de flujo que permite un obstáculo. El método coeficiente de resistencia (o K-método, o método de la cabeza exceso) permite al usuario para describir la pérdida de presión a través de un codo o un montaje por un número adimensional – K. Este número adimensional (K) se puede incorporar a la ecuación de Darcy-Weisbach de una manera muy similar al método de
longitud equivalente. En lugar de datos de longitud equivalente en este caso, el número adimensional (K) se utiliza para caracterizar el accesorio sin vincularlo a las propiedades de la tubería.
9. ¿Qué es Fuerza de Resistencia? La resistencia o arrastre es una fuerza mecánica, que se produce cuando el objeto en movimiento choca con las moléculas del fluido, empujándolas fuera de su camino. Por lo tanto, su magnitud depende de la forma y tamaño del cuerpo (área que está expuesta a choques), así como de su rapidez. Cuanto más grande sea el objeto y más rápido se mueva, mayor será el número de moléculas contra las que chocara. Si un cuerpo se mueve en el seno de un fluido con velocidad v, el cuerpo está ejerciendo una fuerza sobre el fluido al chocar con él. También se puede decir, por el principio de acción y reacción de Newton, que el fluido ejerce una fuerza de resistencia al avance de dicho cuerpo. Partiendo del principio de relatividad de Galileo: la fuerza del cuerpo sobre el fluido (o resistencia al avance del cuerpo) al moverse en el seno del fluido (supuesto en reposo) será igual a la fuerza que ejerce el fluido en movimiento al chocar con el cuerpo, supuesto en reposo. 10. ¿Qué es Coeficiente de Sustentación? El coeficiente de sustentación ( C (^) L ) es un coeficiente adimensional que relaciona la sustentación generada por un cuerpo elevador con la densidad del fluido alrededor del cuerpo, la velocidad del fluido y un área de referencia asociada. El valor de este número depende de la forma y posición de un objeto en relación con el fluido, las características del fluido ( número de Froude , número de Mach ). Muy a menudo, este término designa el coeficiente de elevación vertical C (^) z ; se utiliza en aerodinámica ( mecánica de vuelo ) e hidrodinámica. El coeficiente de sustentación se halla experimentalmente de acuerdo con: 11. ¿Qué es Fuerza de Sustentación? Son las fuerzas de presión y tangenciales en la dirección normal al flujo. Es decir, cuando un fluido fluye alrededor de la superficie de un objeto ejerce una fuerza sobre él, es aquí donde entra al juego la sustentación, pues es el componente de esta fuerza que es perpendicular a la dirección del flujo que se aproxima.
