Flujo de fluidos estratificados - PreMAT

Introducción
El flujo de un fluido homogéneo y no viscoso a través de un canal con topografía
es un fenómeno estudiado y conocido en profundidad. Si bien existen algunos
fenómenos que en principio parecen inesperados, como son los resaltos producidos
por una variación en la altura del fondo del canal, son bien conocidos ciertos principios
básicos y nociones que permiten explicar adecuadamente estos fenómenos.
Por otra parte, el interés por estudiar flujos de fluidos estratificados data de
la década de 1950, y tiene su base en el deseo de comprender la dinámica de la
atmósfera y de los océanos. La estratificación de fluidos es un fenómeno común
debido a diferencias en su densidad, composición o temperatura. Con este trabajo
se pretende contribuir a comprender de mejor manera los fluidos estratificados, ya
que afectan al hombre y sus actividades de diversas maneras, y su comprensión
aún está muy lejos de estar completa. Para marcar la importancia de estudiar
flujos estratificados, citemos algunos fenómenos asociados a la estratificación de la
atmósfera.
Las heladas de radiación ocurren en noches de cielo despejado, con ausencia
de brisa y de niebla. El suelo se enfría por radiación infrarroja hacia el espacio,
enfriando a su vez al aire; este fenómeno de enfriamiento es más pronunciado en
las primeras decenas de metros de la atmósfera. Se tiene así una inversión térmica:
en esta situación, en la porción más baja de la atmósfera, contrariamente a lo que
ocurre durante el día, la temperatura aumenta con la altura. Estas condiciones
atmosféricas, en las que la densidad del aire disminuye con la altura, son estables
y permanecen hasta que al salir el sol, aumenta la temperatura del suelo, y en
consecuencia la del aire. En nuestro país, las heladas de radiación pueden ocurrir
algunas decenas de veces al año, representando en cultivos de cítricos y viñedos
pérdidas estimadas en 10 millones de dólares anuales.
Como los movimientos de las partículas se ven restringidos verticalmente, las
inversiones térmicas pueden atrapar nubes, humedad y contaminación de capas
próximas a la superficie, pues se reduce la dilución de emisiones en el aire. En
grandes ciudades, esto puede causar que gases de escape de automóviles u otros
contaminantes alcancen altas concentraciones. Este problema puede ser agravado
aún más si el centro urbano se encuentra rodeado de montañas, pues estas dificultan
que la nubosidad se disipe. El smog, mezcla de aire contaminado y niebla, significa
un gran problema sanitario en varias ciudades, aumentando la tasa de afecciones
respiratorias y elevando la mortalidad por otras afecciones en poblaciones de riesgo.
En caso de que la topografía del terreno presente pendientes significativas, la
estratificación de la atmósfera puede tener como consecuencia el desplazamiento de
grandes masas de aire. Los estratos de aire más fríos -y por tanto más densos- se
trasladan desde las zonas altas a las zonas bajas, aumentando el caudal movido con
la longitud de la pendiente. Este hecho es denominado viento de pendiente. Si se
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