CONDICIÓN DE NO-DESLIZAMIENTO

El flujo de fluidos con frecuencia se encuentra limitado por superficies sólidas y resulta importante entender de qué manera la presencia de estas superficies afecta el flujo. Se conoce que el agua en un río no puede fluir a través de rocas grandes y las rodea. Es decir, la velocidad normal del agua hacia la superficie de la roca debe ser cero y el agua que se aproxima a esa superficie en forma normal llega a detenerse por completo en ésta. Lo que no es tan obvio es que el agua que se aproxima a la roca, desde cualquier ángulo, también llega a detenerse por completo en la superficie de ella y, por consiguiente, la velocidad tangencial del agua en la superficie también es cero. 

Considérese el flujo de un fluido en un tubo estacionario o sobre una superficie sólida que es no porosa (es decir, impermeable al fluido). Todas las observaciones experimentales indican que un fluido en movimiento llega a detenerse por completo en la superficie y adquiere una velocidad cero con relación a ella. Esto es, un fluido en contacto directo con un sólido “se pega” a la superficie debido a los efectos viscosos y no hay deslizamiento. A esta característica se le conoce como la condición de no-deslizamiento. 

En la fotografía de la figura 1-8, obtenida de un video, se muestra con claridad la evolución de un gradiente de velocidad como resultado de la adherencia del fluido a la superficie de un cuerpo de la parte delantera obtusa. La capa que se pega a la superficie desacelera la capa adyacente de fluido, debido a las fuerzas viscosas entre las capas de ese fluido, la cual desacelera a la capa siguiente y así sucesivamente. Por lo tanto, la condición de no-deslizamiento es responsable del desarrollo del perfil de velocidad. La región del fluido adyacente a la pa    red, en la cual los efectos viscosos (y, por consiguiente, los gradientes de velocidades) son significativos se llama capa límite. La propiedad del fluido responsable de la condición de no-deslizamiento y del desarrollo de la capa límite es la viscosidad y se discute en el capítulo 2. 

Una capa de fluido adyacente a una superficie en movimiento tiene la misma velocidad que ésta. Una consecuencia de la condición de no-deslizamiento es que todos los perfiles de velocidades deben tener valores de cero respecto a la superficie en los puntos de contacto entre un fluido y una superficie sólida (Fig. 1-9). Otra consecuencia de la condición de no-deslizamiento es la resistencia al movimiento de una superficie, la cual es la fuerza que un fluido ejerce sobre una superficie en la dirección del flujo. 

Cuando se fuerza a un fluido a moverse sobre una superficie curva, como el lado posterior de un cilindro, con una velocidad suficientemente elevada, la capa límite ya no puede permanecer adherida a la superficie y, en algún punto, se separa de ella; este fenómeno se conoce como separación del flujo (Fig. 1-10). Se hace notar que la condición de no-deslizamiento se aplica en todas partes a lo largo de la superficie, incluso corriente abajo del punto de se-paración. La separación del flujo se comenta con mayor detalle en el capítulo 10.

Ocurre un fenómeno semejante para la temperatura. Cuando se ponen en contacto dos cuerpos a temperaturas diferentes, se tiene transferencia de calor hasta que los dos cuerpos adquieren la misma temperatura en los puntos de contacto. A este efecto se le llama condición de no-salto en la temperatura.

La propiedad del fluido responsable de la condición de no deslizamiento y del desarrollo de la capa límite es la viscosidad La capa límite es la región adyacente a la superficie sólida en la cual los efectos viscosos y por consiguiente, los gradientes de velocidad son significativos.