En dinámica de fluidos , la formación de vórtices es un flujo oscilante que tiene lugar cuando un fluido como el aire o el agua fluye a través de un cuerpo farol (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 que pasa por el objeto crea vórtices alternos de baja presión en el lado aguas abajo del objeto. El objeto tenderá a moverse hacia la zona de baja presión.
Si la estructura del farol no está montada rígidamente y la frecuencia de generación 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 de que los cables de las líneas eléctricas aéreas zumben con el viento [1] y del aleteo de las antenas de radio de los automóviles a algunas 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, la generación de vórtices pueda provocar oscilaciones violentas en la chimenea que pueden dañarla o destruirla.
La formación 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 de la formación de vórtices no coincidía con la del puente. De hecho, el puente falló debido a un aleteo aeroelástico . [2]
Una atracción emocionante, " VertiGo " en Cedar Point en Sandusky, Ohio, sufrió un desprendimiento de vórtices durante el invierno de 2001, lo que provocó el colapso de una de las tres torres. La atracción estaba cerrada por el invierno en ese momento. [3] En el noreste de Irán, las chimeneas de la refinería de gas natural 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. El problema se solucionó quitando el piloto. [4]
La frecuencia a la que se produce el desprendimiento de vórtices para un cilindro infinito está relacionada con el número de Strouhal mediante la siguiente ecuación:
Donde es el número de Strouhal adimensional , es la frecuencia de generación de vórtices (s -1 ), es el diámetro del cilindro (m) y es la velocidad del flujo (ms -1 ).
El número de Strouhal depende del número de Reynolds , [5] pero comúnmente se usa un valor de 0,22. [6] En cuatro órdenes de magnitud del número de Reynolds, de 100 a 100.000, el número de Strouhal varía sólo entre 0,18 y 0,22. [5]
Se pueden instalar carenados en una estructura para agilizar el flujo que pasa por la estructura, como en el ala de un avión.
Las chimeneas metálicas altas u otras estructuras tubulares, como mástiles de antenas o cables atados, pueden equiparse con una aleta externa en forma de sacacorchos (una traca ) para introducir deliberadamente turbulencias, de modo que la carga sea menos variable y las frecuencias de carga resonantes tengan amplitudes insignificantes. [7] La eficacia de las hélices 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 la formación de vórtices en chimeneas y chimeneas.
Se utiliza un amortiguador Stockbridge para mitigar las vibraciones eólicas causadas por la formación de vórtices en las líneas eléctricas aéreas .
