La dinámica de los fluidos es una rama de la ciencia aplicada que estudia el movimiento de líquidos y gases. Más específicamente, es la rama de la mecánica de fluidos, que es el estudio de fluidos y como son afectados por las fuerzas.
Los científicos de diversos campos estudian esta rama de la ciencia, ya que incluso provee métodos para estudiar la evolución de las estrellas, patrones climáticos, corrientes oceánicas, tectónica de placas y hasta la circulación sanguínea. Por otro lado, algunas de las aplicaciones tecnológicas de la dinámica de los fluidos son turbinas eólicas, motores de cohetes, sistemas de aire acondicionado y oleoductos.
Índice
¿Qué es el flujo?
El movimiento de los líquidos y gases es conocido como flujo, que permite describir como se comportan los fluidos y la manera en que interactúan con su entorno. El flujo puede ser constante o inestable, si todas las propiedades de un flujo son independientes del tiempo es estable, en caso contrario inestable. Es decir, los lujos constantes no cambian con el tiempo, como en el caso del agua en una tubería.
Por lo general, el agua de tubería es un flujo constante y laminar. Ya que sus propiedades no cambian con el tiempo.
El flujo también puede ser turbulento o laminar, los flujos laminares son suaves, mientras que los turbulentos son caóticos. Un factor muy importante para determinar el estado del flujo es su espesor o viscosidad, que si es más alta aumenta la tendencia de ser un flujo laminar. Es decir, un flujo suave y constante, donde las perturbaciones inducidas son amortiguadas por las fuerzas viscosas relativamente fuertes.
¿Es mejor un flujo laminar o uno turbulento?
Muchas veces es preferible el flujo laminar, como en el caso de sistemas de drenaje o alas de aviones, ya que es mas eficiente y tiene menos pérdida de energía. Mientras que el flujo turbulento puede ser útil para mezclar fluidos o igualar la temperatura. Y aunque la mayoría de los flujos de interés son turbulentos, pueden ser muy complicados de predecir.
Flujo de fluidos
El estudio del flujo del fluido es conocido cono hidrodinámica. Aunque los líquidos incluyen todo tipo de sustancias, el líquido más común es el agua en la mayoría de las aplicaciones para la dinámica de los fluidos. Por ejemplo, la operación de sistemas de aguas, control de inundaciones, gestión de vías navegables y alcantarillado de la ciudad.
Esto se encuentra cuando la hidrodinámica trabaja con agua en tuberías o canales abiertos. En ambos escenarios existe una diferencia muy importante, y es que el agua en tubería está en contacto con límites rígidos, mientras que en canal abierto no.
Debido a la diferencia de los escenarios, diferentes fuerzas afectan a los fluidos. Por ejemplo, en un flujo de tubería cerrada, el fluido puede ser impulsado por gravedad o presión, y en canales abiertos solo por gravedad. La presión se determina principalmente por la altura del fluido por encima del punto de medición.
Los ríos son flujos de agua de canal abierto porque los límites no son totalmente rigidos. Además, su movimiento es únicamente por gravedad.
Flujo de gases
El flujo de gas tiene muchas similitudes con el flujo de líquido, pero también importantes diferencias. Por ejemplo, el gas es comprensible, mientras que los líquidos no, ¿qué significa esto? Si la densidad del fluido cambia en el campo de flujo, se trata de un flujo comprensible. En caso contrario, es considerado como un flujo incomprensible.
Otra importante diferencia es que el gas apenas es afectado por la fuerza de gravedad. El gas más encontrado es el aire, por lo que los científicos siempre están atentos a sus condiciones de flujo.
El principio de Bernoulli en la dinámica de los fluidos
Por lo general, el fluido que se mueve a una velocidad más alta tiene una presión más baja que el fluido que se mueve a más baja velocidad. Este principio se aplica para medir la velocidad de un gas o de un líquido que se mueve en un canal, tubería o una superficie en particular.
Este principio de la dinámica de los fluidos también es responsable del levantamiento en el ala de un avión, motivo por el cual un avión puede volar. Ya que como el ala es plana en la parte inferior y curva en la parte posterior, el aire debe viajar una distancia mayor a lo largo de la superficie superior con respecto a la parte inferior. Para hacerlo, debe ir más rápido por encima del ala, haciendo que su presión disminuya, haciendo que el aire de mayor presión en la parte inferior eleve el ala.