Principios de vuelo. Capa límite

Principios de vuelo. Capa límite

Cuando un cuerpo se mueve en el aire o el aire lo hace a través de un cuerpo, la viscosidad del aire provoca que éste tienda a pegarse a la superficie del cuerpo.

Cuando las moléculas de aire golpean el cuerpo son frenadas, al mismo tiempo, estas moléculas en su contacto con las que ya se encuentran sobre ellas en la corriente del fluido realizan el mismo trabajo y las frenan. Sucesivamente, las moléculas son frenadas por las inmediatamente inferiores hasta un punto en el que las moléculas dejan de encontrarse frenadas y asumen la velocidad de la corriente de aire. El intervalo o capa comprendido entre la inmediata superficie del cuerpo ( donde la velocidad del fluido es cero ) y el lugar externo ( límite ) donde las moléculas dejan de encontrarse frenadas y asumen la velocidad de la corriente libre de aire es lo que se conoce por capa límite.

Capa límite
Fig.1 – Capa límite

Como hemos comentado, en la capa límite las capas contiguas de fluido se encuentran en movimiento relativo produciéndose un rozamiento entre las diferentes capas al deslizarse unas sobre otras. El valor de este rozamiento es el producto del coeficiente de viscosidad del aire por el gradiente de velocidad, este rozamiento genera calor que es despreciable a velocidades subsónicas. La capa límite de aire cercana al cuerpo es susceptible de modificar su forma o desprenderse, por este motivo es importante estudiar el flujo de aire en el interior de la capa límite. Este estudio nos ayudará a comprender, entre otros, los siguientes casos: influencia de la capa límite en la pérdida, transferencia de calor a alta velocidad, resistencia que origina la fricción de un determinado cuerpo, etc.

En la figura 1 observamos la variación de la velocidad con respecto a la distancia y superficie del cuerpo en la capa límite.

Resumiendo los conceptos de capa límite diremos que, la velocidad de un fluido (  como el aire ) en contacto con la superficie de un cuerpo es, por la viscosidad del fluido, «nula». A partir de este punto la velocidad del fluido aumenta con la distacia de la superficie hasta que alcanza la velocidad de la corriente libre. Esta zona de transición es la capa límite, en esta zona existen diferentes capas con diferentes velocidades y en las que por efecto del rozamiento que provoca la viscosidad aparecen fuerzas tangenciales o de fricción que tienden a curvar el fluido en la dirección en la que la corriente de fluido es más lenta.

El físico Henrio M. Coanda estableció que la tendencia de un fluido en movimiento en contacto con un cuerpo tiende a quedarse pegado a la superficie del cuerpo y a seguir su curvatura. Se denomina «efecto Coanda«. Una demostración práctica y que todos podemos hacer en nuestras casas es poner un vaso, cuchara o botella debajo de una corriente de agua, sin que tenga mucha presión, y el agua tenderá a quedarse «pegada» a la botella, siguiendo su curvatura,por efecto de la viscosidad, en lugar de caer libremente.

Efecto Coanda
Fig. 2 – Efecto Coanda

Según los postulados fundamentales de la mecánica establecidos por Newton: principio de inercia y principio de acción y reacción, resultaría que si sobre la corriente de agua no actuara ninguna fuerza, ésta permanecería con movimiento rectilíneo y uniforme. Como esto no sucede, debemos suponer que el objeto ejerce una fuerza sobre la corriente, por lo tanto, a la acción que este cuerpo ejerce sobre la corriente se opondrá otra fuerza de reacción de la corriente sobre el objeto igual y de sentido contrario que explicaría el motivo por el cual la corriente sigue la curvatura del objeto.

 

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