La mecánica de fluidos es una de las disciplinas más importantes de la física. No hay que olvidar que la Ingeniería en Organización Industrial ha de tener presente esta cuestión. Sigue leyendo para saber más.
¿Qué es la mecánica de fluidos en ingeniería y para qué sirve?
La mecánica de fluidos es un área de la física que se dedica a estudiar el movimiento de los mismos. Hay que señalar, por otra parte, que estudia los fluidos en reposo y en movimiento, indistintamente.
Si hay una campo práctico en el que tiene especial importancia la mecánica, este es la ingeniería. El resultado es que tener un conocimiento de física, y concretamente de esta área, es imprescindible para trabajar bien en la ingeniería. Y no se trata solo de tener un conocimiento de física, sino también de saber cómo reaccionan los principales fluidos.
Dicho esto, hay que señalar que las aplicaciones de la mecánica y dinámica de fluidos son múltiples. Y en la vida cotidiana, también este aspecto resulta especialmente relevante. Vale la pena, pues, disponer de información en relación a las principales posibilidades y aplicaciones. Aquí las enumeramos.
Características principales de los fluidos
La principal característica de los fluidos es que las moléculas de atracción son muy débiles, a diferencia de lo que sucede en los sólidos.
Ahora bien, sí que podemos señalar que hay unas características comunes que se pueden indicar:
Los fluidos tienen densidad variable, viscosidad, presión, volumen, dispersión molescular y la posibilidad de cambiar de forma sin fuerzas restitutivas.
El grado puede cambiar según el caso. Pero conviene conocer todos estos elementos.
Tipos de fluidos
Existen tres tipos de fluidos. Son los siguientes:
Los fluidos newtonianos son aquellos que mantienen su viscosidad, con independencia de la fuerza que se aplique. Esto sucede con el agua, el aceite o los los aceites de hidrocarburos.
Por contra, los fluidos no newtonianos son los que sí pueden variar el grado de viscosidad en función de la fuerza aplicada. El gel, el champú o la pasta de dientes son algúnos ejemplos.
Finalmente, hay que hablar de los superfluidos o fluidos perfectos, como el helio. No tienen viscosidad y se mueven con poca presión.
¿Dónde se aplica la mecánica de fluidos en la vida cotidiana?
Lo cierto es que en la vida cotidiana hay numerosas situaciones en las que se aplica la mecánica de fluidos. Vamos a dejar a un lado los casos más complejos, y a centrarnos en los aspectos del día a día. Los más importantes son las siguientes:
Grifos y duchas
Los grifos funcionan porque, previamente, se ha estudiado cómo funciona la mecánica de flujos. E, incluso, cómo está funciona de forma diferente según el hemisferio en el que se instalen. Y ni que decir tiene que las aplicaciones con las que cuenta son numerosas, de ahí que interese tenerlo en cuenta.
Sistemas de riego
Los sistemas de riego también están relacionados con el funcionamiento de los flujos. No en vano, al haber sistemas por goteo, inundación o aspersión, se hace muy importante saber cómo reaccionan los líquidos ante una presión determinada.
Turbinas
Las turbinas son mecanismos clave para que el funcionamiento de las industrias sea el correcto. Por eso, en este caso se hace relevante conocer cómo funcionan los flujos. De hecho, este estudio es el que permite que se pueda generar energía calorífica o mecánica, según el caso.
Bombas de presión
Las bombas de presión permiten que los líquidos se muevan e impulsen. Sin las bombas de presión, sería difícil que funcionaran bien los sistemas de agua o de calefacción de viviendas particulares, industrias y edificios públicos. Por lo tanto, este es otro ejemplo de cómo el conocimiento de la mecánica de fluidos es esencial.
Medición de la temperatura
La medición de la temperatura es otro de los aspectos en los que puedes comprobar el mecanismo de los fluidos. Un ejemplo paradigmático es el de los termómetros de mercurio, puesto que funcionan de forma distinta ante cambios de temperatura. No está de más, pues, tener en cuenta este aspecto.
¿Qué 2 tipos de mecánicas de fluidos existen actualmente?
Hoy existen, fundamentalmente, dos tipos de paradigmas cuando nos referimos a la mecánica de fluidos. Son los siguientes:
La mecánica Langraniana se refiere, básicamente, al seguimiento de las partículas fluidas en movimiento. De esta manera, nos resulta más fácil delimitar cuáles son las funciones de una partícula en un determinado estado de movimiento, así como las funciones que describen la posición de estas.
El segundo paradigma, que es el de la descripción Euleriana, se centra en asignar a cada momento y en cada punto de estudio un valor único para las propiedades del fluido estudiado. Lo importante, en este caso, es analizar los puntos espaciales que ocupa el fluido, no la partícula en sí. La mayoría de ecuaciones generales se basan en este paradigma.
Además, conviene recordar que, más allá de esto, los fluidos existentes son de dos tipos. De esta manera, se acota mejor el estudio:
Los fluidos newtonianos son aquellos que tienen una viscosidad constante y que no cambia. Por ejemplo, el agua, los aceites de silicona, la glicerina, el aire y algunos aceites de hidrocarburos ligeros.
El fluido no newtoniano, en cambio, es aquel que sí varía su viscosidad según la temperatura o la tensión. Algunos casos son el mercurio, la pasta de dientes, las disoluciones de jabón, el magma, la lava y los fluidos corporales.
¿Cuáles son las fórmulas más importantes de mecánica de fluidos?
Existen numerosas fórmulas clave en el mundo de la mecánica de fluidos. Bien es cierto que estas ecuaciones se pueden utilizar en otras disciplinas, pero aquí hay que centrarse en este caso. Estas son las más importantes y de uso habitual, te interesa conocerlas:
Ecuaciones de Navier-Stokes
Las ecuaciones de Navier-Stokes son una de las bases para calcular las dinámicas de fluidos. Por un lado, sirven para conocer cuáles son las corrientes oceánicas, la atmósfera terrestre y, en general, los fluidos newtonianos. En consecuencia, este grupo de ecuaciones permitirá conocer el movimiento, y lograrlo de forma efectiva.
Ecuación de continuidad
La ecuación de continuidad es otra de las magnitudes que conviene tener presente. Básicamente, sirve para conocer cuál es el volumen de un líquido que pasará por una sección de corriente por unidad de tiempo. En este caso, se tomará como medida el litro o el metro cúbico por segundo.
Ecuación de cantidad de movimiento
La ecuación de cantidad de movimiento sirve para tener una información clave sobre la dinámica de fluidos. Lo que indica esta ecuación es que el cambio en el movimiento de un fluido está relacionado con la fuerza que actúa sobre esa porción de fluido.
Ecuación de conservación de energía
La ecuación de conservación de energía no es patrimonio exclusivo de la dinámica de fluidos; no en vano, también se utiliza en la termodinámica. Ahora bien, si nos ceñimos a esta aplicación concreta, hablaremos del antes y del después de la energía por unidad de volumen cuando se aplica algún cambio, comprobando cuál es la parte de esta que se conserva.
En conclusión...
La mecánica de fluidos, por muchas razones, marca la diferencia en la vida cotidiana, pero también en la profesional. Así, un conocimiento profundo de esta disciplina te permitirá proponer fórmulas, soluciones y, por supuesto reparaciones si hay problemas.
