Principios de vuelo. Flujo laminar y flujo turbulento

Principios de vuelo. Flujo laminar y flujo turbulento

Existen dos tipos de flujo, el laminar y el turbulento.

Flujo laminar
Fig. 1 – Flujo laminar

En el flujo laminar la corriente de fluido se distribuye en capas o láminas paralelas de diferente velocidad que se deslizan unas con respecto a las otras.

En el punto 1 y 2 de la figura 1 podemos ver un flujo laminar y sin rozamiento tanto en una corriente rectilínea como en una corriente curvada, en el punto 3 de esta misma figura podemos observar el mismo flujo laminar que en en el punto 2, pero esta vez añadiendo la fuerza de rozamiento, por lo que la velocidad de las diferentes capas varía por la viscosidad del fluido.

 

 

Flujo turbulento
Fig. 2 – Flujo turbulento

En el flujo turbulento, a diferencia del laminar, la diferencia de velocidad entre láminas de fluido es elevada y, a causa del rozamiento, al deslizarse unas láminas sobre otras o sobre un cuerpo rompen la estructura laminar adquiriendo movimientos y formando remolinos aleatorios.

Como vemos en la figura 2, punto 1, la zona en la que el flujo laminar de las distintas capas comienza a mezclarse sin que las perturbaciones generen remolinos se denomina zona de transición, es a partir de la zona de transición cuando el fluido empieza a adquirir movimeintos aleatorios y se producen los remolinos. Al aumentar la resistencia de fricción el deslizamiento por la superficie del cuerpo es menor, la velocidad se incrementa a medida que lo hace la separación con el cuerpo y el espesor de la capa límite se ensancha, puntos 2 y 3 de la figura 2. La transición del flujo laminar al flujo turbulento se acelera en función del incremento de rugosidad en la superficie del cuerpo, turbulencias en la corriente de aire, vibraciones, forma del cuerpo, disminución de fuerzas por efecto de la viscosidad….

Cuando la presión aumente con la distancia en la corriente libre de aire se incrementa la inestabilidad y el flujo laminar tenderá a ser turbulento, y, al contrario, cuando la presión disminuye con la distancia en la corriente libre de aire aumenta la estabilidad y el flujo laminar tenderá a ser más estable, retrasando la zona de transición.

Cuando el gradiente de presión que aumenta corriente abajo es grande, el espesor de la capa límite crece más rápido y se genera tal turbulencia que porciones de la capa límite pueden invertir la dirección y fluir en sentido contrario, este efecto se denomina separación de flujo ( pérdida ).

El número de Reynolds ( Re ) y la resistencia de fricción permiten determinar la transición de flujo laminar a flujo turbulento. Número bajos de Reynolds suelen asociarse a flujos laminares, mientras que aún con pequeños valores de rugosidad, los números de Reynolds altos se asocian a flujos turbulentos.

Efecto Venturi

Como comentamos en nuestra entrada sobre la Circulación del aire en torno a un cuerpo subsónico la ecuación de bernouilli para el caso particular de un tubo de corriente horizontal ( h1 = hn ) obteníamos la ecuación alternativa a la de Bernouilli,

constante = 1/2ρV2 + P

 Esta ecuación nos dice que a lo largo de cualquier línea de corriente la presión total ( suma de la presión estática y la presión dinámica ) es constante. Debemos tener en cuenta que la ecuación de Bernouilli solo se cumple cuando se trata de fluidos compresibles ( con una densidad constante ) y sin viscosidad, para el aire al ser viscoso, estos resultados podrían extrapolarse hasta valores aproximados a 0,5 de número de Mach.

Si en la ecuación de Bernouilli asumimos que la densidad ( ρ ) es siempre la misma podemos decir que V2 + P = constante . De esta ecuación deducimos que al aumentar la velocidad se debe producir una disminución de la presióny viceversa.

Una aplicación práctica del teorema de Bernouilli es el tubo de Venturi, este tubo horizontal tiene la misma sección por donde entra el fluido incrompresible que por donde sale y una sección inferior en el centro,con todo lo que hemos visto y para que conserve la igualdad, la velocidad en la parte más ancha del tubo tiene que ser mayor que en la zona estrecha y lógicamente la presión en la parte ancha será menor que en la parte estrecha.

Tubo de Venturi
Tubo de Venturi

 

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