Calculadora del número de Strouhal

El número de Strouhal (St) es un número adimensional que describe la frecuencia de desprendimiento de vórtices a raíz de un cuerpo en un flujo de fluido. Relaciona la frecuencia de desprendimiento de vórtices (f) con la velocidad del flujo (v) y una longitud característica (L) del cuerpo. Este número es crucial para comprender y predecir fenómenos de dinámica de fluidos, como las fuerzas de sustentación y arrastre que experimenta el cuerpo en el flujo.

Antecedentes históricos

El número de Strouhal lleva el nombre del físico checo Vincenc Strouhal, quien en la década de 1870 investigó los silbidos producidos por objetos cilíndricos en un flujo y descubrió la relación entre la frecuencia de estos sonidos y la velocidad del flujo. Desde entonces, esta relación se ha aplicado ampliamente en dinámica de fluidos para caracterizar el comportamiento oscilatorio de los flujos alrededor de los objetos.

Fórmula de cálculo

La fórmula para calcular el número de Strouhal es la siguiente:

\[ St = \frac{fL}{v} \]

donde:

• \(St\) es el número de Strouhal,
• \(f\) es la frecuencia de desprendimiento de vórtices (en Hz),
• \(L\) es la longitud característica del cuerpo (en metros),
• \(v\) es la velocidad del flujo (en m/s).

Ejemplo de cálculo

Si la aleta caudal de un pez oscila a una frecuencia de 2 Hz, con una longitud característica de 0,1 metros, en agua que fluye a 1 m/s, el número de Strouhal se calcula como:

\[ St = \frac{2 \times 0.1}{1} = 0.2 \]

Importancia y escenarios de uso

El número de Strouhal se utiliza en el diseño y análisis de una amplia gama de aplicaciones, incluida la optimización de la eficiencia energética en sistemas de propulsión bioinspirados, el estudio de cargas de viento en edificios y puentes, y el análisis del flujo sanguíneo en investigación médica. Ayuda a comprender la interacción fluido-estructura y predecir las fuerzas y los patrones de desprendimiento de vórtices.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué nos dice el número de Strouhal?

   • El número de Strouhal proporciona información sobre la estabilidad y el patrón de desprendimiento de vórtices detrás de un cuerpo poco aerodinámico en un flujo. Un número St estable dentro de un determinado rango indica un patrón regular de vórtices, lo cual es importante para predecir las fuerzas oscilatorias sobre las estructuras.

2. ¿Cómo afecta el número de Strouhal a la propulsión en animales acuáticos?

   • Los animales acuáticos, como peces y cetáceos, utilizan una gama de números de Strouhal para una propulsión eficiente, optimizando la compensación entre la energía que gastan y el empuje que generan. Los estudios han demostrado que existe un rango óptimo de número de Strouhal para una máxima eficiencia en la natación y el vuelo en la naturaleza.

3. ¿Puede el número de Strouhal predecir el ruido generado por las estructuras?

   • Sí, el número de Strouhal se puede utilizar para predecir la frecuencia del sonido generado por el desprendimiento de vórtices de estructuras, como chimeneas y cables, cuando se someten al viento. Esto es crucial para diseñar estructuras que minimicen la contaminación acústica.

Esta calculadora facilita la comprensión y aplicación del número de Strouhal, por lo que es una herramienta valiosa para estudiantes, ingenieros e investigadores involucrados en dinámica de fluidos y campos relacionados.