Perro

MECÁNICA DE FLUIDOS
E.P.S. DE INGENIERÍA DE GIJÓN
Área de Mecánica de Fluidos

Prácticas de Laboratorio

CAPA LÍMITE

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
DEFINICIÓN DE OBJETIVOS.
DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN.
TRABAJO A REALIZAR.
EXPOSICIÓN DE RESULTADOS.
CONCLUSIONES.
BIBLIOGRAFÍA.

ANEXO I. TOMA DE DATOS EN EL LABORATORIO Y RESULTADOS FINALES.

1

MECÁNICADE FLUIDOS
E.P.S. DE INGENIERÍA DE GIJÓN
Área de Mecánica de Fluidos

1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
La viscosidad es el parámetro del fluido que controla el transporte de la cantidad de movimiento, es decir,
determina la relación entre el esfuerzo o tensión local en un fluido en movimiento con la velocidad con que se produce
la deformación del fluido, a lo que se denomina proceso de fluir.
Paraflujos muy ordenados en los cuales las partículas se mueven en trayectorias rectas y paralelas, Newton en
sus “Principia” (“Philsophia naturalis principia mathematica”,1687) enunció lo que se denomina la ley de Newton de la
viscosidad: “el esfuerzo cortante en cualquier entrefase tangente a la dirección del flujo es proporcional a la variación
de la velocidad en la dirección normal almovimiento”; matemáticamente, se expresa:

τ=μ

du
dy

(1)

Durante el siglo XVIII se propusieron soluciones a flujos en los que se despreciaba la viscosidad: Daniel
Bernoulli (“Hydrodinamica sive de viribus et motibus fluidorum comentarii”, 1738), Jean d’Alambert (“Traité de
léquilibre et du movement des fluides”, 1744), Leonhard Euler (“Principia motus fluidorum” 1756),... Estas teorías
eranútiles para describir el movimiento de los fluidos en regiones del flujo para las cuales los gradientes de velocidad
eran pequeños, pero estaban en completa contradicción con la experimentación en cuanto a las fuerzas que se oponían
al movimiento, es decir, fuerzas de arrastre sobre los cuerpos. Las consideraciones de flujo no viscoso llevaba a la
conclusión de que el arrastre sobre un cuerpoinmerso en un fluido era nulo (paradoja de d’Alembert), y además eran
incapaces de determinar las fuerzas perpendiculares al flujo (sustentación).
En 1904 Ludwing Prandtl publicó uno de los más importantes artículos de la Mecánica de Fluidos,
consiguiendo enlazar la teoría clásica con los resultados sobre fricción de cuerpos sumergidos. Prandtl introdujo el
concepto de capa límite, una delgadazona de fluido cercana a la superficie de los cuerpos, en la cual se presentan
grandes variaciones de la velocidad y donde se concentran los efectos viscosos.
En términos generales se puede decir que, puesto que la viscosidad es bastante pequeña en casi todos los
fluidos, los esfuerzos cortantes deben ser apreciables únicamente en las regiones en donde existan grandes gradientes
de velocidad;el flujo en otras regiones se podría describir con gran exactitud por medio de las ecuaciones para flujo no
viscoso. Las características más sobresalientes de la capa límite pueden describirse a través del caso del flujo sobre
una superficie plana y fija, sobre la que se hace incidir una corriente uniforme de velocidad U0 como la de figura 1.
Por efecto de la viscosidad, las partículas de fluidoque están en contacto con una pared se hallan a la velocidad
de la pared. En el caso del experimento propuesto en esta práctica, las partículas en contacto con la placa fija tendrán
velocidad nula (Figura 1). En el borde de entrada de la placa hay una discontinuidad de la velocidad, puesto que antes
del borde de ataque la velocidad es la del flujo uniforme e inmediatamente después la velocidadde las partículas que
tocan la placa es nula. A partir del borde de ataque, la velocidad pasa gradualmente desde cero en la superficie de la
placa hasta el valor de flujo uniforme (U0) a una altura δ a partir de la cual la velocidad no varia (du/dy=0) siendo esta
distancia δ el espesor de la capa límite; es decir la zona afectada por la viscosidad va desde la placa plana hasta el
borde de...