Oficina General de Relaciones Públicas

MECÁNICA DE FLUIDOS E INGENIERÍA DE FLUIDOS

"Más fácil me ha sido encontrar las leyes con que
se mueven los cuerpos celestes, los que están a
millones de kilómetros, que definir las leyes del
movimiento del agua, que corre frente a mis ojos".

Calileo Galilei

1. Historia de la mecánica de fluidos.-

La moderna mecánica de fluidos nace con Ludwing Prandtl, quien en 1904 elaboró la síntesis entre la hidráulica práctica y la hidrodinámica teórica al introducir la teoría de capa límite.

Varios matemáticos geniales del siglo XVIII; Bernouillí, Clairaut, D'Alembert, Lagrange y Euler habían elaborado, con la ayuda del cálculo diferencial e integral, una síntesis hidrodinámica perfecta; pero no habían obtenido resultados prácticos ni explicado ciertos fenómenos observados en la realidad. Por otro lado, los técnicos hidráulicos habían desarrollado multitud de fórmulas empíricas y experimentos para la solución de los problemas que las construcciones hidráulicas presentaban, sin preocuparse de buscarles base teórica alguna.

El aporte de Prandtl fue justamente lograr que ambas tendencias se unifiquen para marcar el inicio de una nueva ciencia con base teórica y respaldo experimental. El cuadro presentado es una síntesis apretada de los científicos v técnicos que contribuyeron al desarrollo de la mecánica de fluidos.

2. Conceptos.-

Mecánica de Fluidos e Ingeniería Mecánica de Fluidos (IMF) son términos que a veces se usan indistintamente, habiendo ciertamente diferencias entre ellos.

Ciencia se define como una doctrina metódicamente formada y ordenada con un conocimiento cierto de las cosas por sus principios y causas; mientras que ingeniería es el conjunto de conocimientos y técnicas que aplican el saber científico a la solución de problemas específicos de la realidad.

La mecánica de fluidos es parte de la física y como tal, es una ciencia especializada en el estudio del comportamiento de los fluidos en reposo y en movimiento. Pero, ¿Qué es un fluido?, un fluido se define como una sustancia que cambia su forma con relativa facilidad, los fluidos incluyen tanto a los líquidos, que cambian de forma pero no de volumen, como a los gases, los cuales cambian fácilmente de forma y de volumen.

Existe otra definición más elaborada que define a un fluido como una sustancia capaz de fluir; entiéndase la fluidez como la propiedad de deformarse continuamente bajo la acción de una fuerza tangente al piano de aplicación por pequeña que sea.

La mecánica de fluidos forma parte de la currícula de la mayoría de ingenierías porque nos proporciona los fundamentos y herramientas necesarios para diseñar y evaluar equipos y procesos en campos tecnológicos tan diversos como el transporte de fluidos, generación de energía, control ambiental, vehículos de transporte, estructuras hidráulicas, etc.

Tales fundamentos se refieren a la naturaleza de los fluidos y de las propiedades que los describen; las leyes físicas que gobiernan su comportamiento; la expresión matemática de estas leyes y las diversas metodologías que pueden emplearse en la solución de los problemas.

La mecánica de fluidos clásica se divide principalmente en estática de fluidos y dinámica de fluidos.

La estática de fluidos se ocupa del estudio de las leyes y condiciones que rigen el equilibrio de los fluidos en reposo teniendo en cuenta la acción de las fuerzas a que se hallan sometidos. En tanto que, la dinámica de fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos, las fuerzas que intervienen en tal movimiento y su interacción con los cuerpos sólidos.

Dada la complejidad de la materia en estudio, la dinámica de fluidos se subdivide por las características físicas del fluido o el tipo de método empleado para resolver el problema.

El flujo viscoso es el estudio del flujo real, ya que al tener en consideración la viscosidad del fluido se producen las fuerzas viscosas. El flujo turbulento se caracteriza porque las partículas de fluido tienen un movimiento tridimensional al azar que se suma al movimiento principal, produciéndose de esta forma las fluctuaciones de velocidad. En un flujo incompresible, las variaciones de densidad no se toman en cuenta para el cálculo del campo de flujo. Los flujos de líquidos y de algunos gases a baja velocidad caen dentro de esta categoría.

La dinámica de fluidos computacional utiliza los métodos numéricos para solucionar las ecuaciones diferenciales que gobiernan el flujo de fluidos, ya que en forma analítica son imposibles de solucionar debido a su complejidad.

En nuestro planeta existen dos fluidos importantísimos para la vida; el agua y el aire. Por esto, la mecánica de fluidos o fluidomecánica se puede dividir en la hidromecánica, si el fluido en estudio es el agua, o en la aeromecánica si se trabaja con el aire.

La hidrostática es el estudio del agua y de otros fluidos incompresibles en condiciones estáticas, mientras que la hidrodinámica se ocupa del agua y de otros fluidos incompresibles en movimiento. La aerostática estudia las condiciones de equilibrio de los cuerpos inmersos en el aire en condiciones estáticas y la aerodinámica trata de las fuerzas producidas por los flujos de aire sobre los cuerpos o estructuras inmersos en éste y el diseño de vehículos terrestres y aéreos.

La gasodinámica también conocida como dinámica de gases, es el estudio general de los flujos compresible subsónico e hipersónico con o sin procesos de transferencia de calor.

3. Ingeniería de fluídos.-

La ingeniería de fluidos envuelve un amplio rango de aplicaciones que tienen en común la manipulación artificial de los fluidos en beneficio del hombre o del medio ambiente. Tales aplicaciones van desde la distribución del agua para riego o consumo humano, la disposición de desechos líquidos, la producción de energía eléctrica, los procesos de transporte de fluidos, el transporte mediante vehículos terrestres, acuáticos o aéreos y los procesos naturales atmosféricos u oceánicos. De esta manera, la ingeniería de fluidos puede dividirse en las siguientes Áreas:

Debido a que el agua se encuentra presente en casi todas las actividades desarrolladas por el hombre, es fácil comprender que la hidráulica tenga muchas Áreas de aplicación. Estas Áreas se pueden identificar atendiendo al conducto o cuerpo a través del cual discurre el fluido.

También se puede subdividir la hidráulica teniendo en cuenta las características geofísicas del medio en que se desarrolla la aplicación.

Además, podemos subdividir la hidráulica según el Área económica de aplicación o la metodología de solución:

En el campo de las máquinas térmicas, que agrupa los procesos y maquinas en que se presentan variaciones de temperatura y de densidad del fluido, se pueden tener las siguientes Áreas de aplicación:

4. Otras especialidades emergentes.-

En la actualidad siguen surgiendo otras especialidades que amplían aún más el espectro de aplicaciones. Entre ellas tenemos a la Ingeniería aeroespacial, Hidroinformática, Geohidráulica, Ingeniería hidrológica, Ingeniería de recursos hídricos, Ingeniería eólica, Ingeniería de costas e Ingeniería oceánica.

5. IMF en el Perú.-

Tradicionalmente, la especialidad de ingeniería hidráulica se obtiene a nivel de maestría, tras haber concluido el pregrado en Ingeniería Civil; pero estos estudios tienen un enfoque centrado en irrigaciones y construcción de estructuras hidráulicas.

Las facultades de ingeniería mecánica cubren las Áreas de máquinas hidráulicas y térmicas; pero, dicha especialidad pone mayor énfasis en los aspectos mecánico-constructivos de las máquinas.

Entonces, es necesario una ingeniería que cubra el amplio rango de aplicaciones de la mecánica de fluidos, un especialista capaz de explicar y predecir el comportamiento y respuesta de los fluidos a las diversas situaciones encontradas en la realidad.

Para satisfacer esta demanda, se creó en 1968 el Departamento de Mecánica de Fluidos en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos a iniciativa del doctor Rafael Dávila Cuevas, decano de la antigua Facultad de Ciencias y del ingeniero Guy Gerlier L., experto en Cooperación Técnica de la Embajada Francesa. En la actualidad, la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica de Fluidos forma parte de la Facultad de Ciencias Físicas desde 1992.

Los ingenieros de fluidos están capacitados para desarrollar investigación aplicada, realizar diseños y soluciones ingenieríles a problemas prácticos; y además, gracias a su sólida base en ciencias básicas, tienen la capacidad de realizar transferencia tecnológica; es decir, interpretar, adaptar y aplicar la tecnología externa a la realidad nacional.

Actualmente, la Escuela de Ingeniería Mecánica de Fluidos está por convertirse en el ente rector de la ingeniería de fluidos a nivel nacional, para lo cual está abocada a la mejora de su infraestructura y especialmente de sus laboratorios.

Esperamos dar este gran salto para afianzar y mejorar nuestra posición a nivel nacional, prestando especial atención a lo que el país necesita para su desarrollo científico y tecnológico.

Por: Víctor A. Yzocupe
Jefe Lab. de Fluidodinámica-DAIMF-UNMSM

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