¿Qué es el flujo turbulento?

El flujo es el movimiento constante o continuo de un fluido, ya sea a través de una tubería, a través de un perfil aerodinámico o al aire libre, como en el caso del aire libre o del mar. Este tipo de movimiento cae en una de tres categorías generales: flujo laminar, flujo turbulento o flujo de transición. Las supercomputadoras y el software especializado son necesarios para considerar modelos matemáticos complejos de dicho comportamiento de flujo.

El flujo laminar a través de una tubería se puede visualizar como una serie de capas muy delgadas (cilindros de fluido anidados) desde la superficie interior de una tubería hasta su centro. Las características que favorecen el flujo laminar son una pared de tubería lisa y una alta viscosidad del fluido. La capa más externa de fluido se adhiere a la tubería. Las otras capas se deslizan una dentro de la otra a velocidades ligeramente mayores a medida que se acerca al centro. El flujo laminar es moderadamente predecible y ordenado.

El flujo turbulento es flujo en agitación – flujo completo con remolinos y vórtices. La palabra «turbulencia» implica una acción de mezcla, aumentando o manteniendo una composición uniforme del fluido en todo el contenido de la tubería. El flujo turbulento se ve favorecido por un interior de tubería rugoso y fluidos de baja viscosidad. También se ve favorecido por el aumento de la densidad del fluido. Un ejemplo de flujo turbulento es el de la sangre a través de las arterias.

El flujo de transición se encuentra entre los dos primeros tipos. Combina flujo laminar a lo largo del borde interior de una tubería con flujo turbulento en el medio. Los ingenieros de mezcladores especializados diseñan impulsores que introducen flujo de transición en fluidos altamente viscosos que normalmente exhibirían flujo laminar. Esto ahorra tiempo y dinero en la mezcla.

El flujo turbulento es de extrema importancia para la aviación de dos maneras. La turbulencia del aire circundante, producida por los sistemas meteorológicos, está más allá del control del diseñador. La otra es la turbulencia generada por la propia aeronave, en particular sus alas. Este tipo de turbulencia controlable proviene de las alas y se puede dividir en estela turbulenta y turbulencia aerodinámica.

La estela turbulenta es el flujo generado por las puntas de las alas de los aviones y, a menudo, adopta la forma de un patrón circular de aire perpendicular a la dirección del vuelo. La turbulencia del perfil aerodinámico se genera a través de la superficie del ala y hace que la aeronave se arrastre y pierda sustentación. Los métodos para reducir la estela y la turbulencia del perfil aerodinámico son objeto de mucha teoría y diseño.