Germán Alejandro Ibarra Bolaños
Ingeniero mecánico, Universidad del Valle. Cali, Colombia
Magister en Ingeniería de Energía, Universidade Federal de Itajubá. Itajubá, MG, Brasil
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Dinámica de fluidos computacional: una herramienta versátil para el desarrollo de la ciencia y la tecnología

La mecánica de fluidos es una de las ramas de la mecánica clásica y concierne el estudio de fluidos, tanto en reposo (estática) como en movimiento (dinámica), así como de los efectos sobre sus alrededores. Sus aplicaciones se encuentran en diferentes áreas de la ciencia y la tecnología, tales como generación de energía, procesos térmicos, refrigeración y climatización, procesos químicos, combustión, turbomáquinas, estudios ambientales, industrias automotriz, aeronáutica y aeroespacial, análisis climáticos y meteorológicos, aplicaciones biomédicas y usos militares, flujos multifásicos y con superficie libre, transporte de partículas, por citar algunos. De ahí la relevancia y la necesidad de su estudio interdisciplinario.

Es importante recordar que las expresiones fundamentales de la mecánica de fluidos son tres: la ecuación de la continuidad, la ecuación de la cantidad de movimiento y la ecuación de la energía (ecuaciones de transporte). La segunda es de la cual se obtienen las conocidas relaciones de Navier­Stokes, ecuaciones diferenciales parciales no lineales y de segundo orden formuladas en el siglo XIX. No obstante, la aplicación directa de la teoría puede resultar tediosa debido las geometrías complejas y la viscosidad del fluido. En el primer caso, la dificultad está en que la relación velocidad­presión depende de cada geometría en estudio; por su parte, la viscosidad genera inestabilidades, aún con pequeñas velocidades que derivan en el fenómeno conocido como turbulencia, actualmente estudiado debido a su naturaleza irregular y tridimensional (tanto disipativa como difusiva).

Como regla general, la teoría y la experimentación guardan una estrecha relación en la mecánica de fluidos. Esta última permite validar los modelos matemáticos formulados para un problema dado. No obstante, no siempre se cuenta con el tiempo y los recursos necesarios —económicos, tecnológicos y humanos— para realizar pruebas experimentales. Por lo tanto, es aquí donde surge la dinámica de fluidos computacional (computational fluid dynamics, CFD). La CFD posibilita realizar predicciones aproximadas del comportamiento del fluido utilizando técnicas numéricas y determinando variables de interés en dominio a escala real, con resolución espacial y temporal aceptables...