En dinámica de fluidos , el desprendimiento de vórtices es un flujo oscilante que se produce cuando un fluido, como el aire o el agua, fluye más allá de un cuerpo áspero (en lugar de aerodinámico) a ciertas velocidades, dependiendo del tamaño y la forma del cuerpo. En este flujo, se crean vórtices en la parte posterior del cuerpo y se desprenden periódicamente de ambos lados del cuerpo formando una calle de vórtices de Kármán . El flujo de fluido más allá del objeto crea vórtices de baja presión alternados en el lado aguas abajo del objeto. El objeto tenderá a moverse hacia la zona de baja presión.
Si la estructura del acantilado no está montada rígidamente y la frecuencia del desprendimiento de vórtices coincide con la frecuencia de resonancia de la estructura, entonces la estructura puede comenzar a resonar , vibrando con oscilaciones armónicas impulsadas por la energía del flujo. Esta vibración es la causa del zumbido de los cables de las líneas eléctricas aéreas en el viento, [1] y del aleteo de las antenas de radio de látigo de los automóviles a ciertas velocidades. Las chimeneas altas construidas con tubos de acero de paredes delgadas pueden ser lo suficientemente flexibles como para que, en un flujo de aire con una velocidad en el rango crítico, el desprendimiento de vórtices pueda hacer que la chimenea experimente oscilaciones violentas que pueden dañarla o destruirla.
El desprendimiento de vórtices fue una de las causas propuestas para la falla del puente original de Tacoma Narrows (Galloping Gertie) en 1940, pero fue rechazada porque la frecuencia del desprendimiento de vórtices no coincidía con la del puente. El puente en realidad falló por vibración aeroelástica . [2]
En el invierno de 2001, la atracción VertiGo, situada en Cedar Point , en Sandusky (Ohio), sufrió un desprendimiento de vórtices que provocó el desplome de una de las tres torres. En ese momento, la atracción estaba cerrada durante el invierno. [3] En el noreste de Irán, las chimeneas de la refinería de gas natural de Hashemi-Nejad sufrieron desprendimientos de vórtices siete veces entre 1975 y 2003. Se realizaron algunas simulaciones y análisis que revelaron que la causa principal fue la interacción de la llama piloto y la chimenea de la antorcha. El problema se resolvió retirando el piloto. [4]
La frecuencia con la que se produce el desprendimiento de vórtices en un cilindro está relacionada con el número de Strouhal mediante la siguiente ecuación:
Donde es el número de Strouhal adimensional , es la frecuencia de desprendimiento de vórtices (Hz), es el diámetro del cilindro (m), y es la velocidad del flujo (m/s).
El número de Strouhal depende del número de Reynolds [5], pero se suele utilizar un valor de 0,22. [6] Como la unidad es adimensional, se puede utilizar cualquier conjunto de unidades para las variables. En cuatro órdenes de magnitud del número de Reynolds, desde 10 2 hasta 10 5 , el número de Strouhal varía solo entre 0,18 y 0,22. [5]
Se pueden colocar carenados en una estructura para agilizar el flujo que pasa por ella, como en el ala de un avión.
Las chimeneas altas de metal u otras estructuras tubulares como mástiles de antena o cables atados pueden estar equipadas con una aleta externa en espiral (una traca ) para introducir deliberadamente turbulencia, de modo que la carga sea menos variable y las frecuencias de carga resonantes tengan amplitudes insignificantes. [7] La eficacia de las tracas helicoidales para reducir la vibración inducida por vórtices fue descubierta en 1957 por Christopher Scruton y DEJ Walshe en el Laboratorio Nacional de Física de Gran Bretaña. [8] Por lo tanto, a menudo se las describe como tracas Scruton. Para lograr la máxima eficacia en la supresión de vórtices causados por el flujo de aire, cada aleta o traca debe tener una altura de aproximadamente el 10 por ciento del diámetro del cilindro. El paso de cada aleta debe ser aproximadamente 5 veces el diámetro del cilindro. [9]
Se puede utilizar un amortiguador de masa sintonizado para mitigar el desprendimiento de vórtices en chimeneas y conductos.
Se utiliza un amortiguador Stockbridge para mitigar las vibraciones eólicas causadas por el desprendimiento de vórtices en las líneas eléctricas aéreas .
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