Rasgos Característicos de la
capa límite planetaria
Humberto Hernández Peralta

En mecánica de fluidos, la capa límite o capa
fronteriza de un fluido es la zona donde el
movimiento de éste es perturbado por la
presencia de un sólido con el que está en
contacto. La capa límite se entiende como
aquella en la que la velocidad del fluido
respecto al sólido en movimiento varía desde
cero hasta el 99% de la velocidad de la
corriente no perturbada.

En la atmósfera terrestre, la
capa límite es la capa de
aire cercana al suelo y que
se ve afectada por la
convección
debida
al
intercambio diurno de calor,
humedad y momento con el
suelo.
Algunos rasgos característicos
de la capa límite planetaria

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El espesor de la capa límite planetaria varia
considerablemente. Desde decenas de metros
hasta un par de kilometros.
Dependiendo de:

Rugosidad del suelo

La topografía

La naturaleza de la cubierta vegetal

La intensidad del viento

La razón de calentamiento o enfriamiento de la
superficie

La advección del calor y la humedad

Los movimientos verticales

Etc.
Sobre la tierra, la profundida
de la capa límite cambia con
la hora del día como
respuesta al calentamiento
diurno y a los ciclos de
enfriamiento.


Después de la salida del sol en un día claro, el
calentamiento de la tierra sobre la superficie y
la consecuente mezcla vertical conlleva a un
incremento del grosor de la capa límite.
Alcanzando un máximo por la tarde.
En la noche y durante ella el enfriamiento
radiativo de la superficie inhibe así la mezcla
térmica substancialmente reduciendo la
profundida de la capa límite
Flujos viscosos y no viscosos

En un flujo no viscoso se supone que la
viscosidad de fluido u, vale cero.
Evidentemente, tales flujos no existen; sin
embargo; se tienen numerosos problemas
donde esta hipótesis puede simplificar el
análisis y al mismo tiempo ofrecer resultados
significativos. (Si bien, los análisis simplificados
siempre son deseables, los resultados deben
ser razonablemente exactos para que tengan
algún valor.)

Dentro de la subdivisión de flujo viscoso
podemos considerar problemas de dos clases
principales. Flujos llamados incompresibles, en
los cuales las variaciones de densidad son
pequeñas y relativamente poco importantes.
Flujos conocidos como compresibles donde las
variaciones de densidad juegan un papel
dominante como es el caso de los gases a
velocidades muy altas.


Por otra parte, todos los fluidos poseen
viscosidad, por lo que los flujos viscosos
resultan de la mayor importancia en el estudio
de mecánica de fluidos.
Los efectos de la viscosidad y la turbulencia
son muy importantes en la formación y
mantenimiento de la capa límite planetaria
Esfuerzo cortante y viscosidad
τ/ρ=-ν(δu/δz)
Número de Reynolds
Re=uL/v
FLUJOS LAMINARES Y
TURBULENTOS

Los flujos viscosos se pueden clasificar en
laminares o turbulentos teniendo en cuenta la
estructura interna del flujo. En un régimen
laminar, la estructura del flujo se caracteriza por
el movimiento de láminas o capas. La
estructura del flujo en un régimen turbulento por
otro lado, se caracteriza por los movimientos
tridimensionales, aleatorios, de las partículas
de fluido, superpuestos al movimiento
promedio.

Aquellos flujos donde las variaciones en
densidad son insignificantes se denominan
incompresibles; cuando las variaciones en
densidad dentro de un flujo no se pueden
despreciar, se llaman compresibles. Si se
consideran los dos estados de la materia
incluidos en la definición de fluido, líquido y
gas, se podría caer en el error de generalizar
diciendo que todos los flujos líquidos son flujos
incompresibles y que todos los flujos de gases
son flujos compresibles.

La primera parte de esta generalización es
correcta para la mayor parte de los casos
prácticos, es decir, casi todos los flujos líquidos
son esencialmente incompresibles. Por otra
parte, los flujos de gases se pueden también
considerar como incompresibles si las
velocidades son pequeñas respecto a la
velocidad del sonido en el fluido

La turbulencia es una propiedad del flujo y no
del fluido.

La capa límite planetaria puede ser idealizada
como una estructura de multicapas.
Origen de la Turbulencia

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Origen Mecánico (convección forzada):
Relacionada con los cambio rápidos en la
velocidad media del viento de un punto a otro.
Origen térmico(Libre convección)
Remolinos (Eddies)


Durante el día, el calentamiento de la
superficie, así como las variaciones de los
fuertes vientos conllevan
a la formación
continua de remolinos turbulentos.
Estos remolinos son responsables de la
eficiente mezcla e intercambios de masa, calor
y momento a través de la capa límite planetaria
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