AERODINÁMICA

 la aerodinámica es cómo se mueven los gases al interactuar con cuerpos sólidos. 

El estudio de la aerodinámica es, justamente, el estudio de la interacción entre un objeto que se mueve y el medio por el cual lo hace. Las características físicas del objeto, junto con las características físicas del medio, dan como resultado una dinámica específica de movimiento. Es decir, una aceleración, dirección y velocidad determinada.Cómo vuelan los aviones? La aerodinámica nos lo puede explicar. El principio básico por el que vuelan los aviones es el principio de Bernoulli, que sostiene que "la presión ejercida por un fluido es inversamente proporcional a su velocidad de flujo." A medida que el avión incrementa su velocidad, logra que el fluido que lo rodea (el aire) ejerza menos presión.  

Un diseño aerodinámico implica superficies que generen la menor cantidad de fricción posible. Los ingenieros tienen en cuenta cada detalle de los aviones que diseñan, cada metro cuadrado del avión tiene que que estar perfectamente diseñado. Pero el verdadero secreto de por qué vuelan los aviones, son sus alas ya que son las encargadas de generar la mayor parte de la sustentacion.  

Sitio web de interés

El principio de Bernoulli

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

1.- Cinético: esta es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
2.- Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.
3.- Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli"  consta de estos mismos términos.

donde:

•  = velocidad del fluido en la sección considerada.
•  = aceleración gravitatoria
•  = altura geométrica en la dirección de la gravedad
•  = presión a lo largo de la línea de corriente
•  = densidad del fluido

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

• Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica

se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.

• Caudal constante
• Fluido incompresible - ρ es constante
• La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente

Aunque el nombre de la ecuación se debe a Bernoulli, la forma arriba expuesta fue presentada en primer lugar por Leonhard Euler.

Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el Flujo de agua en tubería.

Características y consecuencias

Cada uno de los términos de la esta ecuación tienen unidades de longitud, y a la vez representan formas distintas de energía; en hidráulica es común expresar la energía en términos de longitud, y se habla de altura o cabezal, esta última traducción del inglés head. Así en la ecuación de bernoulli los términos suelen llamarse alturas o cabezales de velocidad, de presión y cabezal hidráulico, del inglés hydraulic head; el término  se suele agrupar con  para dar lugar a la llamada altura piezométrica o también carga piezométrica.

También podemos reescribir  este principio en forma de suma de presiones multiplicando toda la ecuación por , de esta forma el término relativo a la velocidad se llamará presión dinámica, los términos de presión y altura se agrupan en la presión estática.

o escrita de otra manera más sencilla:

donde

• 
• 
•  es una constante-

Igualmente podemos escribir la misma ecuación como la suma de la energía cinética, la energía de flujo y la energía potencial gravitatoria por unidad de masa:

Así el principio de bernoulli puede ser visto como otra forma de la ley de laconservación de la energía, es decir, en una linea de corriente cada tipo de energía puede subir o disminuir en virtud de la disminución o el aumento de las otras dos.

Esta ecuación permite explicar fenómenos como el efecto Venturi, ya que la aceleración de cualquier fluido en un camino equipotencial (con igual energía potencial) implicaría una disminución de la presión. Gracias a este efecto observamos que las cosas ligeras muchas veces tienden a salirse de un carro en movimiento cuando se abren las ventanas, ya que la presión del aire es menor fuera del auto ya que está en movimiento respecto a aquél que se encuentra dentro del auto, donde la presión es necesariamente mayor; pero en forma aparentemente contradictoria el aire entra al carro, pero ésto ocurre por fenómenos de turbulencia y capa límite.

Ecuación de Bernoulli y la Primera Ley de la Termodinámica

De la primera ley de la termodinámica se puede concluir una ecuación estéticamente parecida a la ecuación de Bernoulli anteriormente señalada, pero conceptualmente distinta. La diferencia fundamental yace en los límites de funcionamiento y en la formulación de cada fórmula. La ecuación de Bernoulli es un balance de fuerzas sobre una partícula de fluido que se mueve a través de una linea de corriente, mientras que la primera ley de la termodinámica consiste en un balance de energía entre los límites de un volumen de control dado, por lo cual es más general ya que permite expresar los intercambios energéticos a lo largo de una corriente de fluido, como lo son las pérdidas por fricción que restan energía, y las bombas o ventiladores que suman energía al fluido. La forma general de esta, llamémosla, "forma energética de la ecuación de Bernoulli" es: la paja

donde: este es lo especificado

•  y es el Peso específico ().
• h es una medida de la energía que se le suministra al fluido.
• hf es una medida de la energía empleada en vencer las fuerzas de fricción a través del recorrido del fluido.
• Los subíndices 1 y 2 indican si los valores están dados para el comienzo o el final del volumen de control respectivamente.

Suposiciones

La ecuación arriba escrita es un derivado de la primera ley de la termodinámica para flujos de fluido con las siguientes características .

• El fluido de trabajo, es decir, aquél que fluye y que estamos considerando, tiene una densidad constante.
• No existe cambio de energía interna.