Che cos'è l'ingegneria dei fluidi?
L'ingegneria dei fluidi riguarda la progettazione e l'implementazione di sistemi che trasportano fluidi o macchinari che funzionano dipende dalle proprietà dei fluidi. In questo contesto, i fluidi sono tutti materiali che scorrono senza forma fissa, si deformano sotto pressione e si conformano alla forma dei loro contenitori. Liquidi, gas e plasma sono tutti fluidi. Progetti comuni di ingegneria dei fluidi potrebbero comportare la costruzione di una conduttura o la progettazione efficiente di veicoli.
Al cuore l'ingegneria dei fluidi è la fluidodinamica, la scienza dei fluidi in movimento. Le proprietà meccaniche dei liquidi sono trattate nella scienza applicata dell'idraulica. La pneumatica studia le proprietà e le applicazioni dei gas in pressione. Sebbene queste siano due discipline distinte, i fluidi coinvolti di solito condividono gli stessi fenomeni di flusso e sono descritti dalle stesse equazioni.
L'idraulica affronta i pratici problemi di ingegneria legati allo stoccaggio, allo spostamento e all'utilizzo di liquidi. Ciò è in contrasto con l'idrologia, che studia il movimento naturale dell'acqua attraverso la crosta terrestre. Le proprietà di un liquido a riposo sono l'oggetto dell'idrostatica. Questi entrano in gioco quando si progettano dighe, presse idrauliche e macchinari sommergibili.
L'idrodinamica si occupa di problemi di ingegneria dei fluidi che implicano attrito e turbolenza. Questi sono in genere fattori quando i liquidi che fluiscono attraverso i tubi o la pressione idraulica vengono utilizzati per azionare dispositivi meccanici. Il funzionamento efficiente di pompe, macchine turbo e motori idraulici dipende tutto dall'efficace controllo di queste forze.
La pneumatica riguarda principalmente l'uso di gas in pressione per azionare dispositivi meccanici. I sistemi di frenatura, gli utensili elettrici e gli spruzzatori sono spesso alimentati a gas compresso. L'ingegneria dei fluidi produce una vasta gamma di dispositivi pneumatici industriali che si basano sull'aria atmosferica compressa. Una tale fonte di alimentazione è facilmente disponibile senza i pericoli di dispersione associati all'uso di altri gas.
La circolazione attraverso un mezzo fluido può comportare progetti diversi come la progettazione di aeromobili o la produzione di eliche navali efficienti. L'ingegneria fluida viene applicata all'aeronautica per mezzo dell'equazione di Bernoulli, che descrive il comportamento del flusso di fluido lungo una superficie. Le stesse equazioni potrebbero anche descrivere le proprietà che influenzano il movimento dei liquidi attraverso un'area confinata o il movimento di un sottomarino attraverso l'oceano.
Nella perforazione di petrolio o gas naturale, l'ingegnere del fango impiega i principi dell'ingegneria dei fluidi nella scelta del fango di perforazione, o fluido, che fornisce la pressione idrostatica nel foro. Il materiale viene iniettato nel foro per escludere fluidi estranei, raffreddare e lubrificare la punta elicoidale e facilitare il trasporto di talee in superficie. Come fluido si possono usare miscele di aria compressa, acqua naturale e acqua o olio a base di olio.