clase6b - Fenmenos de Transporte.Licenciatura en Ciencia y...

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Fenómenos de Transporte .Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular SEPARACIÓN DE LA CAPA LIMITE -Al analizar el flujo reptante alrededor de una esfera vimos que el arrastre tiene dos contribuciones: el arrastre de forma y la fricción de piel. -La fricción de piel siempre estará presente ya que todos los fluidos tienen una cierta viscosidad y la única manera de reducirla es disminuir la superficie mojada del sólido. -En cambio, el arrastre de forma depende fuertemente de la forma del sólido y puede disminuirse sustancialmente cambiándola. -Para entender la influencia de la forma sobre el arrastre es necesario analizar el fenómeno de la separación de la capa límite. -Para ello consideremos el flujo de un fluido alrededor de un cilindro: -Analicemos un elemento de volumen que circula en una línea de corriente cercana al cilindro. B v , p P 3 v , p A θ P 2 C -En la interfase fluido-sólido se formará una capa límite análoga a la analizada en la placa plana. Fuera de la capa límite debe existir la distribución de presión de un flujo inviscido: una distribución simétrica con valores máximos en “A” y “C” y mínimo en “B”. -De acuerdo con el modelo de la capa límite dentro de ésta existirá la misma distribución de presión. 61
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.Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular -Para 0 0 <θ< 90 0 el elemento de volumen que circula dentro de la capa límite, muy próximo al sólido, tiene las fuerzas viscosas en contra y las de presión favorables. En consecuencia alcanza el punto “B” acelerándose. -Para 90 0 <θ< 180 0 este elemento de volumen tiene las fuerzas viscosas y las de presión en contra. En consecuencia se desacelera. -En cambio el elemento de volumen que está mas cerca del borde externo de la capa límite sólo necesita vencer el gradiente de presión adverso, pues el efecto del roce es mucho menor. -En consecuencia, los elementos de volumen mas cercanos a la pared se desaceleran mas rápidamente, pudiendo ser forzados a retroceder por el gradiente adverso de presión. -En el punto en el cual ocurre este flujo inverso por primera vez la pendiente del perfil de velocidad en la pared del sólido es cero. Este punto se denomina punto de separación de la capa límite. -La presión del punto de estancamiento “A” recién se recupera en “C”. C B A -Como en el punto “C” la presión es mayor que en “B” y el elemento de volumen no posee inercia para vencer este gradiente de presión adverso se genera un flujo de retroceso hacia el punto “B”. 62
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