ÁREAS DE APLICACIÓN DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS
La mecánica de fluidos es ampliamente utilizada en actividades cotidianas y en el diseño de sistemas modernos de ingeniería, desde aspiradoras hasta aviones supersónicos. Por lo tanto, resulta importante desarrollar una comprensión adecuada de sus principios básicos.Una casa común es, en algunos aspectos, una sala de exhibición llena con aplicaciones de la mecánica de fluidos. Los sistemas de tubos para el agua fría, el gas natural y las aguas de desecho para cada una de las casas y toda una ciudad están diseñados en forma fundamental sobre la base de la mecánica de fluidos. Lo mismo también es cierto para la red de tuberías y ductos de los sistemas de calefacción y acondicionamiento del aire. Un refrigerador contiene tubos por los que fluye el refrigerante, un compresor que eleva la presión de éste y dos intercambiadores de calor en donde el refrigerante absorbe y rechaza el calor. La mecánica de fluidos desempeña un papel importante en el diseño de todos estos componentes. Incluso la operación de los grifos ordinarios se basa en esta mecánica.
También se pueden ver numerosas aplicaciones de la mecánica de fluidos en un automóvil. Todos los componentes asociados con el transporte del combustible del tanque de éste hacia los cilindros —la línea de suministro del combusible, la bomba, los inyectores o el carburador— así como la mezcla del combustible con el aire en los cilindros y el purgado de los gases de combustión en los tubos de escape se analizan aplicando la mecánica de fluidos. Ésta también se aplica en el diseño del sistema de calefacción y acondicionamiento del aire, de los frenos hidráulicos, de la dirección hidráulica, de la transmisión automática y los sistemas de lubricación, del sistema de enfriamiento del monobloque que incluye el radiador y la bomba de agua, además de los neumáticos. La suave forma aerodinámica de automóviles de modelo reciente es resultado de los esfuerzos por minimizar la fuerza de arrastre mediante la aplicación de un extenso análisis del flujo sobre superficies.
A una escala más amplia, la mecánica de fluidos desempeña una parte importante en el diseño y análisis de aviones, barcos, submarinos, cohetes, motores de propulsión a chorro, turbinas de viento, aparatos biomédicos, sistemas de enfriamiento de componentes electrónicos y ductos de transporte de agua, petróleo crudo y gas natural. También se considera para el diseño de edificios, puentes e incluso de vallas publicitarias para asegurar que las estructuras puedan soportar la intensidad del viento. Numerosos fenómenos naturales como el ciclo de lluvias, los patrones meteorológicos, la elevación del agua del suelo hasta la punta de los árboles, los vientos, las olas del océano y las corrientes en las grandes masas de agua también son regidos por los principios de la mecánica de fluidos (Fig. 1-7).
La mecánica de fluidos posee una gran cantidad de aplicaciones en diferentes áreas de la ciencia y de la ingeniería, como mecánica, química y civil. Entre las aplicaciones más destacadas, tenemos las siguientes:
- Acústica
- Aerodinámica
- Aeroelasticidad
- Hidrostática
- Hidrodinámica
- Máquinas hidráulicas
- Oleohidráulica
- Reología
- Tránsito vehicular
AERODINÁMICA
Rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento.SUPERSÓNICA
La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la velocidad del sonido generalmente en el aire que es el medio por el que se desplaza; muchas veces escuchamos de los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido, es decir mayor de 1.225 km/hTURBINAS
Las turbinas son unas maquinas por las cuales pasa un fluido de forma continua y dicho fluido le entrega su energía a través de un rodete con paletas. Existen muchos tipos de turbinas pero entre las principales se encuentran: Las turbinas hidráulicas, turbinas térmicas, turbinas eólicas y turbinas submarinas.COMPRESORES
Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.
Aplicaciones de la Mecánica de los Fluidos en la Ingeniería.
La mecánica de los fluidos esta aplicada a muchas ramas de la ciencia, a través de ella podemos entender muchas situaciones que nos encontramos en la vida cotidiana como por ejemplo, como se sostiene una ventosa de frasco de vidrio, porque los objetos flotan en el agua, porque los barcos de acero flotan en el mar, el vuelo de los aviones, el movimiento de los fluidos en el sistema circulatorio y respiratorios, etc.
A través de ella se puede comprender el sistema circulatorio en el organismo humano. El flujo de sangre normal en la aorta humana es laminar, pero una alteración pequeña, como una patología cardiaca, puede hacer que el flujo se vuelva turbulento. La turbulencia hace ruido; por ello, escuchar el flujo sanguíneo con un estetoscopio es un procedimiento de diagnóstico útil.
El Teorema de Bernoulli tiene múltiples aplicaciones, como en la ingeniería hidráulica, industrial, y hasta la aeronáutica. Entre las aplicaciones tenemos:
La propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite. En el caso de las turbinas que sirvan para el aprovechamiento de la energía de posición de los fluidos. Esta energía se transforma de energía potencial a energía mecánica denotación de una maquina llamada turbina, que a su vez mueve un alternador para generar energía eléctrica, el propio fluido aporta el excedente de energía para su aprovechamiento a través de una turbina. En la figura 2 se puede observar que el desnivel de la toma a la entrada proporciona una energía que hace girar la turbina y a través de un generador (alternador) obtenemos electricidad. Además podemos hablar de los medidores de caudales y los contadores de consumo de un fluido, ya que nos permite conocer la velocidad en una sección de la conducción.
La ecuación de Bernoulli también tiene aplicación en la Biomédica como en la medición de la presión arterial, la aplicación de presión de aire en los pulmones para la respiración artificial, el drenado de fluidos corporales a través de sondas, etc.
Aplicaciones tecnológicas
El conjunto de problemas tecnológicos abordables a partir de la mecánica de fluidos es prácticamente ilimitado. La industria química y agroalimentaria demanda un conocimiento cada vez más preciso del comportamiento de fluidos no newtonianos para la optimización de multitud de procesos. En la ingeniería agrícola, interesa de forma muy especial el flujo a través de canales, medios porosos y rocas. La ingeniería industrial es obviamente uno de los campos tecnológicos que mayor provecho obtiene de la mecánica de fluidos. El movimiento de fluidos en tuberías, bombas, ventiladores, turbinas, etc. son propios de esta discipUna. En la ingeniería naval y aeronáutica, la mecánica de fluidos es una de las ciencias básicas y uno de los pilares de la técnica.Éste es un campo de apUcación de la mecánica de fluidos que se ha popularizado recientemente en nuestro país gracias a la "Fórmula 1 ". Y es que la ciencia no ha resistido la enorme atracción que ejercen las competiciones deportivas sobre la sociedad actual. Numerosos grupos de investigación de primer orden dedican gran parte de sus esfuerzos a anaUzar problemas fluido-dinámicos que aparecen en disciplinas como la natación, la vela, el golf, o el fútbol. Por ejemplo, el año pasado se presentó en el congreso de la Sociedad Americana de Física un riguroso estudio sobre el denominado efecto "nudillo", que explica la errática y desconcertante trayectoria seguida por el balón cuando un cierto famoso jugador lo golpea con fuerza. La clave parece encontrase en la total ausencia de rotación en el movimiento de la pelota, lo que provoca la aparición de fuerzas aerodinámicas fluctuantes que desvían la trayectoria unos 20 cm.
La nanotecnología es, sin duda alguna, uno de los campos multidisciplinares más fértiles en la actualidad. En él se conjugan muy diversas disciplinas para desarrollar técnicas y productos que constituyen una de las bases tecnológicas de nuestra civilización.
Entre las disciplinas con aplicaciones nanotecnológicas, no podía faltar la dinámica de fluidos. E n micro y nano-fluidica hemos aprendido a producir de forma controlada y reproducible burbujas, gotas y chorros en la escala nanométrica. Se generan chorros hasta 10 000 veces más finos que un cabello, cuya rotura y posterior solidificación da lugar a minúsculas formas sólidas con estructuras y morfologías que pueden ser seleccionadas en función de su aplicación.
Más aún, haciendo uso de un escáner 3D, podremos digitalizar cualquier pieza o elemento, modificar su diseño si lo deseamos, y reproducirlo en nuestra impresora.
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