OSBORNE REYNOLDS:Leyes de la física y seguridad vial (8). FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO.

OSBORNE REYNOLDS:Leyes de la física y seguridad vial (8). FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO.

Decidir un incremento del limite máximo de velocidad genérico de una red vial, aunque sea parcialmente en tramos de baja accidentalidad,es una decisión de alta responsabilidad social. Porque el nivel de accidentalidad depende de la velocidad media de la red vial y el nivel de mortalidad depende de las puntas de velocidad que se alcanzan. Se trata de un tema decisivo para las politicas de seguridad vial.
20 Julio 2016

La seguridad vial, entendida como el ejercicio de tratamiento de los factores que más influyen en la disminución de la frecuencia de los accidentes de tráfico y de sus efectos, se basa en tres pivotes fundamentales: la conducción en condiciones normales (es decir, sin elementos que alarguen el tiempo de reacción como esencialmente es el alcohol), el uso de los elementos de protección basicamene casco y cinturón de seguridad, y , la moderación de la circulación como aplicación inteligente de la velocidad adecuada en la red vial de carreteras y calles. Por ello, las decisiones políticas no fundadas en estudios técnicos rigurosos que se toman en alguno de estos campos tiene una gran trascendencia y responsabilidad social.

 El tema es cíclico y puede llegar a moverse por cuestiones de populismo entendido como oportunidad estratégica general para acercarse a lo que la opinión pública puede simpatizar. Periódicamente los Ministros responsables de la seguiridad vial, especialmente cerca de elecciones, hablas de implantar medidas liberalizadoras de aspectos que limitan la plena libertad de los conductores (gheneralmente proclives a decidir su ritmo de circulación). Ya hace tiempo que se oye en España la música del incremento del limite máximo genérico de velocidad en España de 120 a 130 en tramos de autopistas y autovías de baja accidentalidad. La historia nos dice que en el año 1974 fue el Ministerio de Industria del Estado y no los entonces de Gobernación (hoy Interior) o el de Obras Públicas (hoy Fomento), el que promovió y consiguió el descenso del límite máximo de velocidad en las autopistas españolas de 130 Kms/ a 120 Kms/h con objetivos de ahorro energético (medida que no se consiguió aplicar en Francia e Italia por la presión mediática, del sector de la automoción, de las empresas de autopistas de peaje y los automóviles club) y al final, los mejores resultados se capitalizaron en España en un descenso muy significativo de la siniestralidad vial.

La Organización Mundial de la Salud recoge en su Resolución 57/309 sobre seguridad vial, en base a estudios aceptados como significativos que la reducción de un 1% en la velocidad media de una red disminuye la probabilidad de lesiones en un 2-3% y en los casos de accidentes mortales la reducción es del doble.

El límite máximo de velocidad será siempre la referencia de las velocidades medias de los vehículos-conductores en una red vial y también de las puntas de velocidad, en función de las cuales está la frecuencia de los accidentes de tráfico y la severidad de las lesiones de sus ocupantes.

Es reconocido en todos los medios técnicos sobre tráfico que a partir del intervalo de entre 83 y 89 Kms/h de velocidad media de una red vial, carretera o tramo interurbano, el incremento de este indicador (velocidad media) supone matemáticamente un aumento de la frecuencia de la accidentalidad y que el incremento de las puntas de velocidad (velocidades máximas detectadas en un período determinado) supone asimismo un aumento de la mortalidad.

La temática de la velocidad no está tanto en imponer límites máximos de velocidad infranqueables para los usuarios, que se respetarán o no, sino en conseguir velocidades reales comprensibles y asumibles para los usuarios que se muevan en valores que supongan la máxima capacidad de la vía y también la máxima seguridad. Los manuales de ingeniería de tráfico indican que en tramos interurbanos con tráfico abierto y contínuo, los intervalos entre 83 y 87 Kms/ son los que permiten la máxima capacidad porque es a esa velocidad en la que los vehículos tienden a circular en grupo a una velocidad similar que empáticamente se contagia por ser moderada y práctica, de manera que los conductores tienden a mantener una distancia corta pero suficiente con el vehículo anterior pero sin verse impulsados a cambiar de carril, maniobra que resta capacidad a la vía.

La circulación homogénea y equilibrada consigue un régimen de circulación cómodo al que es fácil adaptarse y de esta manera, circulando en grupo, la velocidad relativa entre los vehículos tiende a cero y los riesgos de accidente son prácticamente nulos.

A partir de esos 87 kms/h dicen los manuales que se inician las separaciones mayores entre los vehículos que invitan al cambio de carril y se pierden simultáneamente capacidad y seguridad.

En el tráfico se vienen a cumplir los principios de la mecánica de fluidos. Cuando un fluído es empujado por un cuerpo sólido a una velocidad determinada se crea una corriente que si la fuerza de empuje es homogénea, se traduce en un flujo de desplazamiento de las líneas de fuerza ordenado que mantiene una alineación constante en su desplazamiento: es el denominado flujo currentilíneo que genera un movimiento ordenado de las masas de aire que se denomina RÉGIMEN LAMINAR.

En tal régimen laminar se viene a cumplir la ecuación de la continuidad del producto de la superficie por la velocidad del fluído. En términos de física teórica esos principios aerodinámicos cumplen la ecuación de Bernoulli al entender que el fluido es incompresible, no viscoso y laminar y que en tales circunstancias se cumple la conservación de la energía al permanecer constantes la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial por unidad de volumen.

Las consecuencias prácticas de la aplicación de la ecuación de Bernoulli son:

-          Que a mayor superficie de un sólido dentro del aire, mayor volumen de aire desalojado y más fuerzas de empuje se producen.

-          Que ante cambios de velocidad del sólido dentro del aire se producen cambios también en la presión y la energía potencial del entorno del fluido.

En el régimen laminar se cumple también la Ley de Poiseulle que relaciona el caudal del fluido movido con la caída de presión, la viscosidad del fluido y las medidas geométricas del volumen del sólido que ocupa un espacio del fluido.

De esta manera se nos está demostrando que, dentro de un orden teórico, hay unos principios físicos de intercambio de velocidades, presiones, fuerzas, empujes y energías que mientras el régimen es laminar, se trata de sistemas controlables y medibles, pero que con los mismos parámetros, un desorden o una desproporción en alguna variable, puede producir situaciones de efectos imprevisibles por aparecer flujos turbulentos.

En el RÉGIMEN TURBULENTO  las líneas de fuerza, los flujos y los empujes se descontrolan y aparecen los torbellinos y los remolinos. El origen de la turbulencia proviene esencialmente de dos aspectos:

-          La irregularidad o falta de aerodinámica de la superficie del sólido que entra en el fluido y que rompe el orden molecular de las partículas del fluido.

-          La velocidad del sólido dentro del fluido que a partir de determinados niveles, las  fuerzas de arrastre que generan pasan a ser proporcionales al cuadrado de la velocidad por entrar dentro de un balance energético del sistema de fuerzas que se generan.

Los fenómenos de disipación de energía mecánica (reparto de fuerzas descontrolado en un entorno determinado de sólido que se mueve dentro de fluido), son mucho mayores en el flujo turbulento que en el laminar y por lo tanto más generadores de riesgos súbitos en el entorno de las líneas de fuerza del régimen turbulento.

Para poder determinar si en un contexto determinado de un fluído el flujo generado es laminar o turbulento se utilizan unas reglas empíricas que se concretan en el valor de una magnitud adimensional denominada NÚMERO DE REYNOLDS que se presenta en la siguiente fórmula

         Nr = 2 x densidad x velocidad x dimensión máxima de la sección / viscosidad

         Si el Nr es menor de 2000 el flujo es laminar

         Si el Nr está entre 2000 y 3000 el flujo es inestable entre laminar y turbulento.

         Si el Nr es mayor de 3000 el flujo es turbulento.

Esos mismos principios serían de aplicación en el caso del tráfico. El régimen laminar se produce cuando todos los vehículos circulan por su carril sin adelantamientos y por lo tanto en sección vial uniforme, sin cambios de carril que entremezclen las trayectorias pero manteniendo una velocidad similar entre todos los vehículos de manera que no existen perturbaciones ni por exceso ni por defecto. El concepto de viscosidad de los fluidos puede compararse con la densidad del tráfico entendida ésta como distancias medias de separación entre los vehículos circulantes.

Cuando la densidad se diluye los riesgos de alcance disminuyen y las velocidades pueden incrementarse manteniendo un orden sin necesidad de entrar en un régimen turbulento de mezcla de flujos y de riesgos de colisión.

Osborne Reynolds, un estudioso irlandés nos lo dejó bien claro, matemáticamente claro. Pero Reynodls murió en 1912, y quién se acuerda de el en esta Europa revolucionada, tanto, que hasta se incrementan los límites máximos de velocidad….

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