¿Cuál es la diferencia entre flujo laminar y turbulento?

El diferencia principal entre flujo laminar y flujo turbulento es que el flujo laminar es suave y aerodinámico, mientras que el flujo turbulento es irregular y caótico.

El flujo de fluido se refiere al movimiento de un fluido, como un gas o un líquido. Este fenómeno se basa en las leyes de la física. Se puede observar en muchos sistemas naturales y artificiales, como ríos, tuberías y turbinas. Además, se pueden usar varios parámetros, como la velocidad, la presión, la viscosidad y la geometría de la vía del flujo, para describir el flujo de un fluido. El flujo laminar y el flujo turbulento son dos tipos distintos de flujo de fluidos que difieren en sus características y comportamiento.

¿Qué es el flujo laminar?

El flujo laminar es el flujo suave y ordenado de partículas fluidas en capas paralelas de corrientes. En este tipo de flujo, el fluido se mueve de manera predecible con una mezcla mínima entre capas adyacentes. El flujo laminar se observa comúnmente en situaciones donde la velocidad del fluido es alta, la tasa de flujo es baja y el conducto o canal a través del cual fluye el fluido tiene una superficie lisa.

El flujo laminar no tiene turbulencia. La turbulencia se refiere al movimiento caótico e irregular de las partículas de un fluido que conduce a mezclas, remolinos y fluctuaciones en la velocidad. En el flujo laminar, las partículas de fluido se mueven en línea recta a lo largo de un camino bien definido llamado líneas de corriente. Estas líneas de corriente siguen siendo distintas y no se cruzan ni se mezclan entre sí. Por lo tanto, el flujo laminar muestra un patrón de flujo suave y uniforme, lo que proporciona un alto grado de control y previsibilidad.

El comportamiento de un flujo laminar puede estar influenciado por varios factores. La viscosidad del fluido juega un papel principal en la determinación del flujo laminar, favoreciendo los fluidos de alta viscosidad el comportamiento laminar. Además, el caudal o velocidad del fluido es un factor determinante, ya que caudales bajos tienden a promover el flujo laminar mientras que caudales altos inducen turbulencia. El tamaño y la geometría del conducto o canal a través del cual fluye el fluido también afectan la ocurrencia del flujo laminar. Los canales lisos, rectos y más anchos tienden a soportar el flujo laminar, mientras que las superficies rugosas o los canales angostos pueden interrumpir el régimen de flujo laminar y promover la turbulencia.

Aplicación de Flujo Laminar

La aplicación del flujo laminar se ve en numerosos sistemas naturales y de ingeniería. Un ejemplo es la presencia de flujo laminar en los vasos sanguíneos; aquí, la viscosidad de la sangre y las tasas de flujo relativamente bajas mantienen el flujo laminar, asegurando un transporte eficiente de oxígeno y nutrientes a diferentes partes del cuerpo. El flujo laminar también se ve en el flujo de agua en pequeños arroyos y ríos, particularmente en secciones tranquilas y de movimiento lento. El movimiento suave y suave del agua en estos arroyos y ríos apoya la supervivencia de los organismos acuáticos.

En el campo de la ingeniería, el flujo laminar se ve en el diseño de procesos de fabricación de alta precisión, como en la microfluídica. Además, en microfluídica, el flujo laminar se utiliza para controlar con precisión el movimiento de pequeños volúmenes de fluidos en pequeños canales, lo que permite reacciones y análisis químicos precisos. En la impresión de inyección de tinta, el flujo laminar brinda la deposición precisa de gotas de tinta sobre un sustrato, lo que da como resultado imágenes y textos de alta resolución.

¿Qué es el flujo turbulento?

El flujo turbulento es un tipo de flujo de fluido caracterizado por el movimiento caótico e irregular de las partículas de fluido. En el flujo turbulento, las partículas del fluido se mueven en patrones impredecibles con frecuentes mezclas, remolinos y fluctuaciones en la velocidad y la presión. A diferencia del flujo laminar, donde las partículas fluidas se mueven a lo largo de trayectorias bien definidas, el flujo turbulento carece de orden y exhibe un alto grado de aleatoriedad.

También se puede observar la presencia de vórtices o estructuras arremolinadas en un flujo turbulento. Estos vórtices pueden tener diferentes tamaños e intensidades y contribuyen a la mezcla y comportamiento turbulento del flujo. El movimiento turbulento de las partículas de fluido hace que interactúen e intercambien momento, lo que lleva a una mezcla mejorada de diferentes capas de fluido y un transporte más eficiente de masa, calor y momento. Además, el flujo turbulento se produce a caudales o velocidades más altos, viscosidades de fluidos más bajas y en presencia de interrupciones u obstáculos en la trayectoria del flujo. Cuando la velocidad del fluido aumenta, el flujo se vuelve más energético y el flujo laminar se vuelve inestable.

El flujo turbulento se ve en sistemas naturales y de ingeniería. En la naturaleza, el flujo turbulento es común en fenómenos como las corrientes oceánicas, los patrones climáticos atmosféricos y el flujo de aire turbulento alrededor de estructuras naturales como las montañas. En ingeniería, el flujo turbulento se ve en situaciones donde se desea mezclar y transferir calor. Además, en los reactores químicos, el flujo turbulento facilita una transferencia de calor eficiente entre el fluido y las superficies sólidas.

Similitudes entre flujo laminar y turbulento

• Tanto el flujo laminar como el flujo turbulento son tipos de flujo de fluidos.

Diferencia entre flujo laminar y turbulento

Definición

El flujo laminar es suave y aerodinámico, mientras que el flujo turbulento es irregular y caótico.

Patrón de flujo

En el flujo laminar, las partículas de fluido se mueven en capas suaves y ordenadas con líneas de corriente bien definidas. Además, el flujo es uniforme y predecible, con una mezcla mínima entre capas adyacentes. Sin embargo, el flujo turbulento exhibe un movimiento caótico e irregular con partículas de fluido que se mueven en patrones impredecibles; el flujo se caracteriza por vórtices, remolinos y fluctuaciones en la velocidad y la presión.

Velocidad y presión

En el flujo laminar, la velocidad de las partículas del fluido permanece relativamente constante y el campo de flujo se caracteriza por gradientes de baja velocidad. La caída de presión es generalmente baja y aumenta linealmente con el caudal. Sin embargo, en el flujo turbulento, existen grandes fluctuaciones de velocidad, con variaciones significativas en la velocidad y dirección del flujo. Además, el campo de flujo tiene gradientes de alta velocidad que dan como resultado mayores caídas de presión y relaciones no lineales entre el caudal y la presión.

Aplicaciones

El flujo laminar se ve en microfluidos, impresión de inyección de tinta y ciertos procedimientos médicos, mientras que el flujo turbulento se ve aplicado en reactores químicos, intercambiadores de calor, procesos de combustión y simulaciones y modelos basados ​​en flujo turbulento.

Conclusión

En resumen, el flujo laminar y el flujo turbulento son dos tipos distintos de flujo de fluidos que difieren en sus características y comportamiento. La principal diferencia entre el flujo laminar y el flujo turbulento es que el flujo laminar es suave y aerodinámico, mientras que el flujo turbulento es irregular y caótico.

Referencia:

1. “Flujo laminar.” Enciclopedia Británica.
2. “Flujo turbulento.” Enciclopedia Británica.

Imagen de cortesía:

1. “Flujo laminar impulsado por presión entre la placa fija y la placa móvil superior con esfuerzo cortante” Por MiltonOrlandoUSF – Trabajo propio (CC BY-SA 4.0) a través de Commons Wikimedia
2. “Flujo de tubería turbulento” Por Ryan Toomey, Universidad del Sur de Florida – Trabajo propio (CC BY-SA 4.0) a través de Commons Wikimedia