Capa limite

Capa Límite.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Antes de 1860, aproximadamente, el interés de la ingeniería por la mecánica de fluidos se limitaba casi exclusivamente al flujo del agua. El desarrollo de la industria química durante la última parte del siglo XIX dirigió la atención a otros líquidos y a los gases. El interés por la aerodinámica comenzó con los estudios del ingeniero aeronáutico alemánOtto Lilienthal en la última década del siglo XIX, y produjo avances importantes tras el primer vuelo con motor logrado por los inventores estadounidenses Orville y Wilbur Wright en 1903.
La complejidad de los flujos viscosos, y en particular de los flujos turbulentos, restringió en gran medida los avances en la dinámica de fluidos hasta que el ingeniero alemán Ludwig Prandtl observó en 1904 quemuchos flujos pueden separarse en dos regiones principales. La región próxima a la superficie está formada por una delgada capa límite donde se concentran los efectos viscosos y en la que puede simplificarse mucho el modelo matemático. Fuera de esta capa límite, se pueden despreciar los efectos de la viscosidad, y pueden emplearse las ecuaciones matemáticas más sencillas para flujos no viscosos.¿QUÉ PERMITE O PERMITIÓ LA CAPA LÍMITE?
La teoría de la capa límite ha hecho posible gran parte del desarrollo de las alas de los aviones modernos y del diseño de turbinas de gas y compresores. El modelo de la capa límite no sólo permitió una formulación mucho más simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes en la región próxima a la superficie del cuerpo, sino que llevó a nuevos avances en lateoría del flujo de fluidos no viscosos, que pueden aplicarse fuera de la capa límite. Gran parte del desarrollo moderno de la mecánica de fluidos, posibilitado por el concepto de capa límite, se ha debido a investigadores como el ingeniero aeronáutico estadounidense de origen húngaro Theodore von Kármán, el matemático alemán Richard von Mises y el físico y meteorólogo británico Geoffrey IngramTaylor.

¿POR QUÉ SURGIÓ LA TEORÍA?
En los antecedentes históricos esta datado que a partir de 1860, aproximadamente, se comenzó el trabajo con otros fluidos, debido al desarrollo de la industria y el surgimiento de nuevas necesidades en los procesos; lo cual conlleva al conocimiento del comportamiento de dichos fluidos que comparados con el agua o el aire son más viscosos. Sin embargo ofrecengran resistencia a un objeto que se mueva en su seno.

SUPERFICIE LISA.
Si existe un fluido ideal con escurrimiento permanente y uniforme y flujo laminar e introducimos en su interior una placa fina paralela al flujo (Fig. 6.1) no se producirá alteración alguna y la velocidad sería la misma al ingreso y al egreso.
En la realidad no sucede eso por causa de la viscosidad. Donde el fluidocontacta la placa a barlovento, V0 = 0, apareciendo esfuerzos tangenciales (Fig. 6.2) que provocan variedad de velocidad entre las capas.
A una distancia a sotavento, cuando desaparece la influencia de la placa, el diagrama de velocidad vuelve a ser rectangular.
Si se analiza una placa con borde biselado, para evitar fenómenos locales en el extremo, se puede constatar experimentalmente que aparecentres zonas diferenciadas, la primera con flujo laminar, la segunda de transición y la tercera con flujo turbulento. Si se trazan los diagramas de velocidad en cada tramo y se denomina a la altura, donde la velocidad en cada sección vuelve a ser constante, se obtiene una línea curva que se llama borde de la capa límite, siendo esta última el espacio comprendido entre la curva y la placa. (Fig.6.3).

V
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Fig. 6.1.- Fluido IDEAL






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V0=0




Fig.6.2. Fluido REAL [Ref 4]













Fig. 6.3 [Ref. 4]







En realidad, el límite de la capa en la zona turbulenta no es...