LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA

Entrada enviada por Guillermo Jiménez Marín (Estudiante de Ingeniería Industrial).

Cuando un producto viscoso (en nuestro caso la sangre, aunque hasta el aire lo es) fluye en contacto con un tubo o una pared a una baja velocidad lo hace de modo que no se mezcla, cada partícula va paralela a las demás, pero la parte del fluido en contacto con el tubo, verá disminuida su velocidad ligeramente por el rozamiento, esto se produce a consecuencia de la resistencia que ejerce el fluido por ser viscoso contra la superficie (tiene cierta tendencia a adherirse a la misma).
Conforme la velocidad del fluido aumenta, se alcanzará un punto en el que el fluido empezará a formar turbulencias ya que en el interior (o lejos de la superficie con la que está en contacto) irá mucho más rápido que en los lados (el rozamiento que hemos comentado lo frenará mucho). En ese punto, la capa límite (zona en el que el fluido se mantenía laminar) se rompe y se separa de la pared del tubo, y el fluido se mezcla con la parte más interna del mismo.

La velocidad a la que esto ocurre se ve influida por muchos factores, la viscosidad del fluido, la rugosidad de la pared del tubo, la forma del tubo, el tamaño del tubo, etc. Esto lo estudió un tal Reynolds al que se le ocurrió una formula con la que calcular como todos estos parámetros influyen en el fluido. Esa fórmula, que lleva su nombre, nos da un numerito adimensional que nos dice cuando un fluido pasará de laminar a turbulento con todas las consecuencias que ello conlleva.

En nuestro caso por ejemplo cuando los vasos pierden flexibilidad, varían el tamaño y/o la forma; hace que puedan aparecer estas turbulencias (¡¡OHHH DESASTRE!!).

El flujo turbulento se caracteriza por:

- Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas.
- La acción de la viscosidad es despreciable, lo que reduce la perdida de energía por rozamiento y tendremos flujos mas rápidos.
- Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en forma caótica chocando unas con otras.
- Al entrar las partículas de fluido a capas de diferente velocidad, su momento lineal aumenta o disminuye, y el de las partículas vecinas lo hace en forma contraria.

Conclusión la sangre puede comportarse de forma incontrolada, reducirá su rozamiento acelerándose (ya no se frenará por el contacto con los vasos) y golpeará las paredes (aumentará la presión), lo que llegara dañar los vasos (Figs. 1 y 2).

Fig. 1.- Estenosis pulmonar. Dilatación del tronco pulmonar (Tp) motivada por el flujo turbulento posterior a la zona estenosada; comparar el diametro del tronco (flechas) con la aorta (Ao) y las arterias pulmonares izquierda y derecha.

Fig. 2.- Dilatación aórtica. En este caso la dilatación está motivada por el flujop turbulento ocasionado por un CAP (Conducto Arterioso Persistente).

Aunque parezca mentira esto del régimen laminar y el régimen turbulento es importante en muchos campos, por ejemplo:

- Un avión vuela gracias al flujo laminar sobre sus alas, si éste se vuelve turbulento se perderá la sustentación y... crash.

- En las tuberías es algo a tener en cuenta, un flujo demasiado rápido y turbulento puede romper una tubería con el consiguiente desastre. ¡¡Ehh si las arterias y venas son solo tuberías!! (y la ingeniería copia a la naturaleza, ahora se intentan hacer tuberías flexibles y laminares, como los vasos sanguineos, para muchos procesos industriales).

- Un flujo laminar impide que dos corriente se mezclen, algo importante en la ingeniería y en la veterinaria, ¿como oxigenamos la sangre en una maquina de circulación extracorporea si el aire y la sangre van en flujo laminar una paralela a la otra y no se mezclan?

- Y fijándonos en cosas más divertidas: En un Formula 1 el flujo laminar en sus alerones le permite pegarse a la pista y no salirse en la primera curva, pero por otro lado ofrece mucha resistencia y le frena (menudo negocio, poco alerón rápido en rectas, mucho alerón rápido en curvas).

Gracias Guillermo