Clasificación de los flujos

En general, al movimiento de un fluido lo denominamos flujo. Los flujos pueden ser muy variados y se utilizan diferentes denominaciones para precisar el tipo particular al que nos estamos refieriendo. Por ejemplo, en una primera clasificación puede distinguirse entre flujos laminares y turbulentos y como mencionamos en la sección Mecánica de fluidos y otras áreas, la naturaleza laminar o turbulenta de un flujo depende esencialmente del número de Reynolds. Comúnmente se denominan flujos laminares a aquellos flujos que presentan un patrón ordenado y que pueden visualizarse como láminas de fluido una encima de otra. Se caracterizan por tener números de Reynolds relativamente pequeños. En general, son flujos sencillos de visualizar y de comprender. Los flujos laminares pueden ser estacionarios o no estacionarios y son típicos de flujos donde los esfuerzos viscosos y el amortiguamiento viscoso son grandes.

Por su parte, los flujos turbulentos se caracterizan por ser altamente irregulares, presentando una estructura muy compleja compuesta por una gran cantidad de remolinos o vórtices de muy diversos tamaños, por lo que son muy efectivos en los procesos de mezclado. Un flujo turbulento se caracteriza por presentar un comportamiento caótico tanto espacial como temporalmente, lo que manifiesta la no linealidad de las ecuaciones que lo gobiernan. Debe enfatizarse que lo que denominamos turbulencia es una propiedad del flujo y no del fluido.

Otra clasificación que suele hacerse es la de flujos cerrados y abiertos. Los flujos cerrados son los que se presentan, por ejemplo, en una tubería o dentro de un contenedor, es decir, aquellos que tienen lugar dentro de fronteras bien delimitadas. En contraste, los flujos abiertos son aquellos que no están limitados por fronteras cerradas, como el flujo del viento sobre una montaña o sobre un ala de avión.

También podemos distinguir entre los flujos que se dan de manera \(\textit{natural}\), es decir, sin la intervención de un agente externo, y los \(\textit{ flujos forzados}\), en donde interviene un agente externo para producirlos. Así, llamamos \(\textit{ventilación natural}\) al flujo de aire que tiene lugar en una habitación por la acción de diferencias de presión que surgen de manera natural, por ejemplo, por la presencia de ventilas adecuadamente dispuestas o debido a la diferencia de temperaturas entre un lugar y otro. En contraste, la acción de un ventilador, una bomba o algún otro dispositivo da lugar a un flujo forzado.

Como veremos más adelante, un elemento fundamental para la descripción de un flujo es lo que denominamos el campo de velocidades, que no es otra cosa que un campo vectorial que depende, en general, de la posición y del tiempo. Esto indica que en un flujo, la velocidad puede variar de un punto a otro y de un instante a otro. Sin embargo, puede darse el caso de que el campo de velocidades del flujo no cambie con el tiempo, lo que denominamos un flujo estacionario. En un flujo estacionario la velocidad en cada punto es constante, por tanto el patrón de flujo no cambia con el tiempo. Por otra parte, todos los flujos en la vida real tienen lugar en un espacio tridimensional, por tanto, el campo de velocidades que define a un flujo real es un campo tridimensional. Sin embargo, al igual que en la mecánica de partículas, en ocasiones es conveniente simplificar un cierto flujo y visualizarlo como si tuviera lugar en dos dimensiones, es decir, en un plano, o bien en una dimensión, a lo largo de una línea. Aunque estos casos obviemente son idealizaciones, en la práctica resultan simplificaciones convenientes que nos permiten ahondar en el entendimiento de una cierta situación física. Podemos, por tanto, hablar de flujos tridimensionales, bidimensionales o unidimensionales.