Mecánica de Fluidos ¿qué es y para qué sirve?

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Mecánica de fluidos: descripción

Es una rama de la física que se ocupa del estudio del comportamiento que tienen los fluidos, ya sean líquidos o gases. La mecánica de fluidos se basa en las leyes de la física, como la conservación del momento, de la masa y de la energía. Gracias a ellas, analiza y predice las propiedades de los fluidos.

Para describir el comportamiento de este tipo de materia, emplea principios y ecuaciones matemáticas. Algunos conceptos clave que utiliza son la presión y la viscosidad. El primero se refiere a la fuerza que ejerce el fluido sobre una superficie y el segundo a la resistencia interna que tiene al fluir.

En ingeniería se usa para diseñar sistemas de tuberías, de refrigeración o turbinas. En aeronáutica, para el diseño de aviones y la optimización de su rendimiento aerodinámico. Y en medicina puede emplearse para estudiar el flujo sanguíneo y el transporte de oxígeno que realiza el cuerpo humano.

Definición de hidráulica

La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos que se encarga de su estudio y aplicación cuando están en estado líquido. Utiliza principios y leyes físicas para analizar y diseñar sistemas que transmiten energía y hacen trabajos mediante el uso de líquidos.

Asimismo, analiza cómo los cambios en los parámetros de los fluidos (presión, velocidad, viscosidad, etc.), afectan a su comportamiento. También busca la manera de aprovechar esto para realizar tareas específicas. Por ejemplo, la presión permite generar fuerzas que se transmiten a través del fluido para hacer labores mecánicas.

La hidráulica se aplica en una gran variedad de campos, entre los que podemos destacar la ingeniería civil, la agricultura, la aviación y la automoción.

Definición de neumática

La neumática es otra rama de la mecánica de fluidos, pero, en este caso, se ocupa de su estudio de en estado gaseoso. Analiza cómo los cambios en la presión y el flujo del gas permiten controlar movimientos y producen fuerzas.

Se aplica en diferentes industrias y sectores, como la robótica, la automatización industrial, la fabricación y la tecnología médica. Por ejemplo, en esta última se emplea en dispositivos como los ventiladores respiratorios.

En comparación con otros sistemas de energía, como la electricidad, ofrece varias ventajas. Es flexible, segura y puede generar altas fuerzas con un tamaño compacto. De igual modo, los componentes neumáticos son muy duraderos y capaces de resistir condiciones adversas. Otro de sus beneficios es que es muy controlable, ya que permite ajustes precisos en la fuerza y la velocidad de los movimientos.

El efecto Venturi y usos en la vida real

Es un fenómeno de la mecánica de fluidos que se da cuando uno de ellos, que está en movimiento, pasa por una sección de tubería con un estrechamiento. Fue descubierto por el físico italiano Giovanni Battista Venturi en el siglo XVIII.

Cuando un fluido pasa a través de este tipo de tramo de tubería, su velocidad aumenta y la presión disminuye. Esto es debido a la conservación de la energía y al principio de Bernoulli, que establece que estas dos variables están inversamente relacionadas.

Una vez que el fluido pasa por el estrechamiento y llega a una sección de la tubería más amplia, la velocidad se reduce y la presión vuelve a incrementarse. El efecto Venturi tiene numerosos usos en la vida real, como los que te mostramos a continuación:

• Carburadores de motores: Los de combustión interna utilizan el efecto Venturi para mezclar aire y combustible de una forma eficiente. La constricción en la entrada del carburador acelera el flujo del aire, lo que crea una zona de baja presión que succiona el combustible.
  
  
• Aspiradoras y sistemas de succión: El estrechamiento en el sistema posibilita el movimiento del aire y la captura de materiales debido a la zona de baja presión que crea.
  
  
• Inyección de oxígeno en acuicultura: El flujo de agua a través de un dispositivo Venturi ocasiona esa baja presión que succiona el oxígeno del ambiente y lo mezcla con el agua. De tal modo, proporciona suministro de oxígeno a los organismos acuáticos.
  
  
• Medidores de flujo: Se emplean para medir el caudal de fluidos en sistemas industriales. Con el fin de determinar el flujo del fluido, aprovechan el cambio de presión. La diferencia de presión entre la zona estrechada y la de expansión se mide y se usa para calcular el caudal.

Física de fluidos aplicada a la industria, principales ejemplos

La gran mayoría de empresas industriales utilizan la física de fluidos en algunos de sus procesos. A continuación, te explicamos algunos ejemplos.

Bombear agua

Esta es una de sus principales aplicaciones, de hecho, tenemos agua en los grifos gracias a que existen estaciones de bombeo que le dan energía. Es un mecanismo similar al que puede tener un barco, solo que este tiene unas hélices que empujan el agua hacia un lado para que se pueda mover en la dirección contraria. Así que, indudablemente, la física de fluidos es esencial para que un barco pueda moverse.

Ventiladores y aspiradoras

Los ventiladores mueven el aire de un lado para otro empleando principios y conceptos de la física de fluidos. Recuerda que esta disciplina estudia cómo se comporta el aire en movimiento y cómo interactúa con los objetos que se encuentra en su camino.

En el caso de las aspiradoras, se invierte el flujo de aire para que se cree una baja presión en el interior y se produzca una succión. Es justo el efecto contrario que hacen los ventiladores.

Bodegas de vino

Una vez que las botellas están llenas y cerradas, se usa una máquina que las coge y las traslada a un palet. Esto lo hace gracias al efecto Venturi, que, como te hemos mostrado, es un fenómeno fundamental de la mecánica de fluidos. Si no fuera por él, se tardaría mucho más tiempo en mover todas estas botellas.

Compresores

Estos instrumentos cogen aire del exterior y lo comprimen para utilizarlo en aplicaciones industriales. El aire comprimido tiene muchos usos, por ejemplo, en una bomba de bicicleta. También es de gran utilidad en diferentes procesos industriales, como el soplado de piezas o para pasarlas de un punto a otro de una cadena de fabricación.

La mecánica de fluidos resulta crucial en muchas empresas industriales. Esta rama de la física estudia el comportamiento que tienen los fluidos, tanto líquidos como gases. Algunos de sus conceptos clave son la velocidad, la presión, la densidad o la viscosidad. Gracias al curso “La ciencia en la industria”, conocerás más sobre esta disciplina. Descubre todos los cursos que ofrecemos en Amautas navegando por nuestra página web.