Un fenómeno intrigante se presenta cuando examinamos de cerca la ciencia detrás de los perfiles aerodinámicos. ¿Por qué el aire sobre el perfil aerodinámico fluye mucho más rápido que el aire debajo? ¿Cómo es posible que nunca se encuentren? La respuesta se encuentra en el gradiente de presión.
La distribución de presión
Antes de explicar la razón, primero describiremos cómo se desarrolla el gradiente de presión en la primera parte del perfil aerodinámico. En el vídeo sobre el efecto Coandă, aprendimos que el flujo se curva como se muestra. Para explicar la distribución de presión, debemos tener en cuenta que en un flujo curvado, la presión es mayor en el exterior.
Existen tres curvaturas principales en este flujo: la más grande se encuentra en la parte superior del perfil aerodinámico, lejos del perfil. La presión en la región exterior es atmosférica, por lo que, debido a esta alta curvatura, la presión disminuirá a medida que nos acerquemos al perfil.
La segunda curvatura se encuentra en la parte inferior del perfil aerodinámico, cerca de la cola. También se curva hacia abajo, por lo que, si nos acercamos al perfil, la presión aumentará.
La última curvatura también se encuentra en la parte inferior del perfil aerodinámico, cerca del borde de ataque. Esta curvatura es muy pequeña y se curva ligeramente hacia arriba. Esto significa que la presión disminuirá en esta región a medida que nos acerquemos al perfil debido a la pequeña curvatura. Habrá una caída muy pequeña de presión.
Sabemos que, lejos de la zona de influencia del perfil, la presión es atmosférica. En la zona del borde de ataque del perfil, se genera una región de alta presión cuando el flujo golpea directamente esta área. Así que podemos construir fácilmente la distribución de presión como se muestra en los resultados de CFD, los cuales reflejan nuestras conclusiones lógicas.
Ahora volvamos a la pregunta inicial. Para facilitar el análisis, podemos ignorar esta pequeña caída de presión. Observamos que en la parte superior, la presión disminuye casi hasta el punto medio antes de aumentar. En la parte inferior, la presión sigue aumentando hasta que llega a la cola, momento en el cual comienza a disminuir.
Tomemos un momento y consideremos dos partículas de fluido que comienzan con la misma velocidad pero en gradientes de presión diferentes. La partícula superior está rodeada de una condición de presión decreciente, mientras que la partícula inferior se encuentra en una condición de presión creciente.
Para la partícula superior, la presión en el lado derecho es menor que en el lado izquierdo, por lo que habrá una fuerza neta en la misma dirección de la velocidad y la partícula se acelerará. Sin embargo, lo contrario ocurre para la partícula inferior. Aquí, la fuerza neta va en contra de la dirección de la velocidad, por lo que decelerará.
En un campo de presión decreciente, la partícula de fluido se acelerará, y en un campo de presión creciente, la partícula de fluido se desacelerará. Esto es exactamente lo que ocurre en un perfil aerodinámico. La partícula inferior seguirá desacelerándose, mientras que la partícula superior se acelerará hasta el punto medio. Esto significa que la velocidad de la partícula superior será mayor en todo momento y las dos partículas nunca se encontrarán.
La partícula inferior también experimenta una disminución de presión. Sin embargo, esto ocurre casi después del borde de salida y ocurre repentinamente. Una disminución tan repentina en la presión no aumentará considerablemente la velocidad de la partícula. En resumen, para este problema particular, la distribución de presión hace que las partículas fluyan a diferentes velocidades, pero el argumento contrario no es cierto. Las diferentes velocidades de las partículas no son lo que produce la distribución de presión, porque para el segundo argumento, no hay una explicación lógica de lo que causa esta diferencia de velocidad.
