{"id":41833,"date":"2019-09-30T08:45:22","date_gmt":"2019-09-30T07:45:22","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-la-capa-limite-definicion\/"},"modified":"2020-01-20T14:39:26","modified_gmt":"2020-01-20T13:39:26","slug":"que-es-la-capa-limite-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-la-capa-limite-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la capa l\u00edmite? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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El concepto de capas l\u00edmite es importante en toda la din\u00e1mica de fluidos.\u00a0Aqu\u00ed se muestran las caracter\u00edsticas b\u00e1sicas de todas las capas l\u00edmite laminares y turbulentas.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
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Capa l\u00edmite<\/h2>\n

En general, cuando un fluido fluye sobre una\u00a0superficie estacionaria<\/strong>\u00a0, por ejemplo, la placa plana, el lecho de un r\u00edo o la pared de una tuber\u00eda, el fluido que toca la superficie se detiene por el\u00a0esfuerzo cortante<\/strong>\u00a0en la pared.\u00a0La regi\u00f3n en la que el flujo se ajusta desde la velocidad cero en la pared hasta un m\u00e1ximo en la corriente principal del flujo se denomina\u00a0capa l\u00edmite<\/strong>\u00a0.\u00a0El concepto de capas l\u00edmite es importante en todas las din\u00e1micas de fluidos viscosos y tambi\u00e9n en la teor\u00eda de la transferencia de calor.<\/p>\n

Las caracter\u00edsticas b\u00e1sicas de todas\u00a0las capas l\u00edmite laminares y turbulentas<\/strong>\u00a0se muestran en el flujo de revelado sobre una placa plana.\u00a0Las etapas de la formaci\u00f3n de la capa l\u00edmite se muestran en la siguiente figura:<\/p>\n

\"Capa<\/a><\/p>\n

Las capas l\u00edmite<\/strong>\u00a0pueden ser\u00a0laminares<\/strong>\u00a0o\u00a0turbulentas<\/strong>\u00a0dependiendo del valor del\u00a0n\u00famero de Reynolds<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

El n\u00famero de Reynolds<\/strong>\u00a0es la relaci\u00f3n de\u00a0fuerzas de inercia<\/strong>\u00a0a\u00a0fuerzas viscosas<\/strong>\u00a0y es un par\u00e1metro conveniente para predecir si una condici\u00f3n de flujo ser\u00e1 laminar o turbulento.\u00a0Se define como<\/p>\n

\"N\u00famero<\/a><\/p>\n

en donde V es la velocidad de flujo media, D una dimensi\u00f3n lineal caracter\u00edstica, densidad de fluido \u03c1, viscosidad din\u00e1mica \u03bc y viscosidad cinem\u00e1tica \u03bd.<\/p>\n

Para\u00a0n\u00fameros de Reynolds m\u00e1s bajos<\/strong>\u00a0, la capa l\u00edmite es laminar y la velocidad de la corriente cambia uniformemente a medida que uno se aleja de la pared, como se muestra en el lado izquierdo de la figura.\u00a0A medida que aumenta el n\u00famero de Reynolds<\/strong>\u00a0(con x) el\u00a0flujo se vuelve inestable<\/strong>\u00a0y, finalmente, para los n\u00fameros de Reynolds m\u00e1s altos, la capa l\u00edmite es turbulenta y la velocidad de la corriente se caracteriza por flujos de remolino inestables (que cambian con el tiempo) dentro de la capa l\u00edmite.<\/p>\n

La transici\u00f3n de la<\/strong>\u00a0capa l\u00edmite\u00a0laminar a turbulenta<\/strong>\u00a0ocurre cuando el n\u00famero de Reynolds en x excede\u00a0Re\u00a0x<\/sub>\u00a0~ 500,000<\/strong>\u00a0.\u00a0La transici\u00f3n puede ocurrir antes, pero depende especialmente de la\u00a0rugosidad de<\/strong>\u00a0la\u00a0superficie<\/strong>\u00a0.\u00a0La capa l\u00edmite turbulenta se espesa m\u00e1s r\u00e1pidamente que la capa l\u00edmite laminar como resultado del aumento de la tensi\u00f3n de corte en la superficie del cuerpo.<\/p>\n

El flujo externo reacciona al borde de la capa l\u00edmite como lo har\u00eda a la superficie f\u00edsica de un objeto.\u00a0Por lo tanto, la capa l\u00edmite le da a cualquier objeto una forma “efectiva” que generalmente es ligeramente diferente de la forma f\u00edsica.\u00a0Definimos el\u00a0grosor<\/strong>\u00a0de la capa l\u00edmite como la distancia desde la pared hasta el punto donde la velocidad es el 99% de la velocidad de “flujo libre”.<\/p>\n

Para hacer las cosas m\u00e1s confusas, la capa l\u00edmite puede despegarse o “separarse” del cuerpo y crear una forma efectiva muy diferente de la forma f\u00edsica.\u00a0Esto sucede porque el flujo en el l\u00edmite tiene muy poca energ\u00eda (en relaci\u00f3n con la corriente libre) y es m\u00e1s f\u00e1cil de manejar por los cambios en la presi\u00f3n.<\/p>\n

Referencia especial:<\/strong>\u00a0Schlichting Herrmann, Gersten Klaus.\u00a0Teor\u00eda de la capa l\u00edmite, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2000, ISBN: 978-3-540-66270-9<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Espesor de la capa l\u00edmite<\/span><\/h2>\n

Definimos el\u00a0<\/span>grosor<\/span><\/strong>\u00a0de la capa l\u00edmite como la distancia desde la pared hasta el punto donde la velocidad es el 99% de la velocidad de “flujo libre”.\u00a0Para\u00a0<\/span>las capas l\u00edmite laminar<\/span><\/strong>\u00a0sobre una placa plana, la\u00a0<\/span>soluci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0de\u00a0Blasius<\/strong>\u00a0de las ecuaciones que rigen el flujo da:<\/span><\/p>\n

\"Espesor<\/a><\/p>\n

donde\u00a0<\/span>Re\u00a0<\/span>x<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0\u00a0es el n\u00famero de Reynolds basado en la longitud de la placa.<\/span><\/p>\n

Para un\u00a0<\/span>flujo turbulento,<\/span><\/strong>\u00a0el espesor de la capa l\u00edmite viene dado por:<\/span><\/p>\n

\"Espesor<\/a><\/p>\n

Esta ecuaci\u00f3n se deriv\u00f3 con varios supuestos.\u00a0La f\u00f3rmula del grosor de la capa l\u00edmite turbulenta supone que el flujo es turbulento desde el comienzo de la capa l\u00edmite.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Capa l\u00edmite t\u00e9rmica<\/span><\/h2>\n

\"capa<\/a>De manera similar, a medida que se desarrolla una\u00a0<\/span>capa l\u00edmite de velocidad<\/span><\/strong>\u00a0cuando hay flujo de fluido sobre una superficie,\u00a0<\/span>se<\/span><\/strong>\u00a0debe desarrollar\u00a0una\u00a0capa l\u00edmite t\u00e9rmica<\/strong>\u00a0si la temperatura total y la temperatura de la superficie difieren.\u00a0Considere fluir sobre una placa plana isot\u00e9rmica a una temperatura constante de\u00a0<\/span>T\u00a0<\/span>de la pared<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0.\u00a0En el borde de ataque, el perfil de temperatura es uniforme con\u00a0<\/span>T a\u00a0<\/span>granel<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0.\u00a0Las part\u00edculas fluidas que entran en contacto con la placa alcanzan el equilibrio t\u00e9rmico a la temperatura de la superficie de la placa.\u00a0En este punto, el flujo de energ\u00eda se produce en la superficie\u00a0<\/span>\u00fanicamente por conducci\u00f3n.<\/span><\/strong>.\u00a0Estas part\u00edculas intercambian energ\u00eda con las de la capa de fluido adyacente (por conducci\u00f3n y difusi\u00f3n), y se desarrollan gradientes de temperatura en el fluido.\u00a0La regi\u00f3n del fluido en la que existen estos gradientes de temperatura es la\u00a0<\/span>capa l\u00edmite t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Su\u00a0<\/span>grosor<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/span>\u03b4\u00a0<\/span>t<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0, se define t\u00edpicamente como la distancia del cuerpo a la cual la temperatura es del 99% de la temperatura encontrada en una soluci\u00f3n invisible.\u00a0Con el aumento de la distancia desde el borde de ataque, los efectos de la transferencia de calor penetran m\u00e1s en la corriente y la capa l\u00edmite t\u00e9rmica crece.<\/span><\/p>\n

\"N\u00famero<\/a>La relaci\u00f3n de estos dos espesores (velocidad y capas l\u00edmite t\u00e9rmicos) se rige por el\u00a0<\/span>n\u00famero de Prandtl<\/span><\/a>\u00a0, que se define como la\u00a0<\/span>relaci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0<\/span>difusividad impulso<\/span><\/strong>\u00a0a\u00a0<\/span>la difusividad t\u00e9rmica<\/span><\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Un n\u00famero de unidad de Prandtl indica que el momento y la difusividad t\u00e9rmica son comparables, y que las capas l\u00edmite de velocidad y t\u00e9rmica casi coinciden entre s\u00ed.\u00a0Si el n\u00famero de Prandtl es menor que 1, como es el caso del aire en condiciones est\u00e1ndar, la capa l\u00edmite t\u00e9rmica es m\u00e1s gruesa que la capa l\u00edmite de velocidad.\u00a0Si el n\u00famero de Prandtl es mayor que 1, la capa l\u00edmite t\u00e9rmica es m\u00e1s delgada que la capa l\u00edmite de velocidad.\u00a0El aire a temperatura ambiente tiene un\u00a0<\/span>n\u00famero<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0Prandtl<\/strong>\u00a0de\u00a0<\/span>0,71<\/span><\/strong>\u00a0y para<\/span>agua<\/span><\/a>\u00a0a 18 \u00b0 C es alrededor de\u00a0<\/span>7,56<\/span><\/strong>\u00a0, lo que significa que la difusividad t\u00e9rmica es m\u00e1s dominante para el aire que para el agua.<\/span><\/p>\n

Del mismo modo que para el\u00a0<\/span>n\u00famero de Prandtl<\/span><\/strong><\/a>\u00a0, el\u00a0<\/span>n\u00famero de Lewis<\/span><\/strong><\/a>\u00a0relaciona f\u00edsicamente el grosor relativo de la capa t\u00e9rmica y la capa l\u00edmite de transferencia de masa (concentraci\u00f3n).\u00a0El\u00a0<\/span>n\u00famero de Schmidt<\/span><\/strong><\/a>\u00a0relaciona f\u00edsicamente el grosor relativo de la capa l\u00edmite de velocidad y la capa l\u00edmite de transferencia de masa (concentraci\u00f3n).<\/span><\/p>\n

\"N\u00famero<\/a><\/p>\n

donde n = 1\/3 para la mayor\u00eda de las aplicaciones en las tres relaciones.\u00a0Estas relaciones, en general, son aplicables solo para\u00a0<\/span>flujo laminar<\/span><\/a>\u00a0y no son aplicables a\u00a0<\/span>capas l\u00edmite<\/span><\/a> turbulentas ya que la mezcla turbulenta en este caso puede dominar los procesos de difusi\u00f3n.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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……………………………………………………………………………………………………………………………….<\/p>\n

Este art\u00edculo se basa en la traducci\u00f3n autom\u00e1tica del art\u00edculo original en ingl\u00e9s. Para m\u00e1s informaci\u00f3n vea el art\u00edculo en ingl\u00e9s. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducci\u00f3n, env\u00edela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducci\u00f3n en l\u00ednea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducci\u00f3n lo antes posible. Gracias.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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