Fluidos, el reto de comprender lo que tomamos…


Muchas de las cosas cotidianas esconden un alto grado de complejidad, entre ellas el comportamiento de los líquidos. Durante años, se ha trabajado para terminar de comprender y modelar el comportamiento de los fluidos, lo cual, ha dado como resultado grandes avances en áreas como la medicina y últimamente ha sido una herramienta fundamental en el desarrollo de las impresoras 3D.

Un estudio turbulento.

Los líquidos son tan comunes que normalmente no nos pasa por la mente los secretos que pueden esconder. Sin embargo, el comportamiento de los mismos ha mostrado ser un desafío hasta nuestros días.

Aquellas personas dedicadas a la reología (rama de la física que estudia la deformación y flujo de la materia) han encontrado grandes desafíos en la comprensión de los fluidos. En ese frenesí por comprender la naturaleza se han obtenido grandes avances y tecnologías de gran utilidad. Actualmente, la reología estudia las propiedades mecánicas y elásticas de gases, plásticos, líquidos, asfaltos e incluso materiales cristalinos.

Muchos de los materiales estudiados en estos campos poseen propiedades interesantes y bastante útiles. Uno de los ejemplos clásicos y quizás conocido por el lector, es el de la maicena en agua, al golpear o hacer un cierto esfuerzo sobre la mezcla, ésta resiste y por momentos pareciera que se comporta como un sólido, sobre todo si se golpea con fuerza. Otro caso son los materiales “sólidos” o al menos esa es nuestra percepción, pues al momento de hacer un esfuerzo sobre ellos, empiezan a comportarse como líquidos. Llegando a éste párrafo, tal vez surja la duda: ¿para qué sirve conocer eso?

Válvulas e impresoras 3D.

Los padecimientos del corazón se han vuelto uno de los males que más afectan a la población actual. Al ser complicado obtener trasplantes de válvulas del corazón, una opción es fabricarlas, y al tratarse de una parte para un órgano tan delicado, el diseño que garantice el funcionamiento del mismo y, a su vez, una buena calidad de vida, suponen un reto.

La sangre es un fluido con un comportamiento particular, ya que en el cuerpo ésta no fluye con turbulencia, sino de forma ordenada (régimen laminar) y no considerar el comportamiento de este líquido para el diseño de una prótesis puede suponer un serio riesgo por coágulos en la pieza; por ello, los diseños modernos de las prótesis de válvulas son, en gran parte, producto del desarrollo de la reología y la comprensión del comportamiento de los fluidos.

fluidos valvula

Prótesis de válvula

Actualmente una de las tecnologías que más han llamado la atención tanto de fabricantes, como público en general es la posibilidad de “imprimir” figuras en 3D, ya sea por pasatiempos, fines artísticos o manufactura rápida de piezas, las impresoras 3D han llamado la atención del mundo.

El funcionamiento, aparentemente sencillo, consta de un plástico fundido que al enfriarse permite ir dando forma a la pieza planeada. La alta viscosidad del plástico fundido genera una gran fricción en el mismo cuando pasa por el aparato, lo que provoca que el plástico se caliente aun más, esto podría causar problemas en el funcionamiento de la máquina o afectar las propiedades del material. Un segundo problema es el comportamiento del plástico, ya que tiende a “expandirse” al salir de la boquilla del dispositivo; dicha expansión debe tomarse en cuenta sobre todo si es necesario fabricar piezas con alta precisión.

fluidos makerbot

Impresora 3D Makerbot

Estos ejemplos muestran un poco de lo interesante e importante que ha sido el estudio de los fluidos como parte del desarrollo de tecnologías.

La comprensión del comportamiento dado por la reología no se limita a las aplicaciones mencionadas. Su impacto se aprecia en motores, sistemas de distribución de agua y gas, tratamientos médicos como la diálisis, moldeado de plásticos e incluso en la comprensión del movimiento de placas tectónicas al estudiar cómo se desplazan las corrientes de convección del manto.

Bibliografía:

  1. R.B. Bird, W.E. Stweart, E.N. Lightfoot., Fenómenos de Transporte, Primera Edición, Editorial Reverté, México, 2010. Páginas 10-15.
  2. J. Aho, J.P. Boetker.,S. Baldursdottir., J. Rantanen., Rheology as a tool for evaluation of melt processability of innovative dosage forms. International Journal of Pharmaceutics. 2015 Oct 30 2009;494(2):623-642.

Daniel A. Macías V.

Redacción e investigación por Daniel Aarón Macías Villalobos. Publicado para El Territorio.
Prohubimos cualquier reproducción total o parcial del contenido publicado.

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