Flujo laminar

Qué es el flujo laminar

Cuando un fluido se mueve por el interior de un tubo a velocidad moderada, sus partículas describen trayectorias rectilíneas y paralelas. Las capas más próximas a la pared apenas se desplazan (la velocidad en contacto directo con la pared es prácticamente cero), mientras que las situadas en el centro del conducto alcanzan la velocidad máxima. El resultado es un perfil de velocidades con forma de parábola, conocido como perfil parabólico de Poiseuille.

Este comportamiento ordenado tiene una consecuencia directa sobre la resistencia al avance: la energía que el fluido pierde por rozamiento interno (viscosidad) es predecible y relativamente baja. Por eso la ecuación de Poiseuille, que relaciona el caudal con la diferencia de presión, el radio del tubo y la viscosidad del fluido, solo es válida cuando el flujo se mantiene laminar.

El número de Reynolds y la transición a la turbulencia

La pregunta clave en hemodinámica es cuándo deja de ser laminar el flujo y se vuelve turbulento. El ingeniero irlandés Osborne Reynolds (1842-1912) demostró en 1883 que la transición depende de un cociente adimensional que hoy lleva su nombre. El número de Reynolds (Re) pone en relación las fuerzas de inercia del fluido (que tienden a desordenarlo) con las fuerzas viscosas (que tienden a mantenerlo ordenado):

Re = (velocidad x diámetro x densidad) / viscosidad

En conductos rígidos, valores de Re por debajo de 2 000 predicen flujo laminar estable. Por encima de 3 000-4 000 el flujo se vuelve plenamente turbulento, con formación de remolinos y un consumo energético mucho mayor. Entre ambos umbrales existe una franja de transición donde pequeñas perturbaciones pueden desencadenar turbulencias intermitentes.

El flujo laminar en la circulación sanguínea

En condiciones fisiológicas, la sangre circula en régimen laminar por la inmensa mayoría del territorio vascular. La viscosidad relativamente alta de la sangre (unas tres a cuatro veces la del agua) contribuye a mantener bajo el número de Reynolds. Solo en puntos concretos, como la raíz de la aorta durante la fase de eyección ventricular o las bifurcaciones de grandes arterias, se generan turbulencias transitorias que el sistema tolera sin mayor problema.

Hay situaciones que favorecen la turbulencia patológica. La anemia, al reducir el hematocrito, disminuye la viscosidad sanguínea y, en consecuencia, eleva el número de Reynolds. Un estrechamiento vascular (una estenosis valvular, una placa de ateroma que protruye hacia la luz del vaso) obliga a la sangre a acelerarse para atravesar una sección reducida, lo que también empuja el cociente por encima del umbral. En ambos casos el flujo turbulento genera vibraciones audibles con el estetoscopio: los soplos cardiovasculares.

De hecho, la auscultación clásica explota esta propiedad. Un flujo laminar es silencioso. La aparición de un soplo indica, casi por definición, que en algún punto la sangre ha dejado de moverse en capas ordenadas.

Implicaciones del perfil parabólico

El perfil de velocidades del flujo laminar tiene consecuencias que van más allá de la mecánica pura. En los vasos de pequeño calibre, los elementos formes de la sangre (eritrocitos, leucocitos, plaquetas) no se distribuyen de modo uniforme: la corriente axial, más rápida, arrastra preferentemente a los eritrocitos hacia el centro del vaso, mientras que los leucocitos y las plaquetas tienden a circular en capas más periféricas. Este fenómeno, llamado migración axial, facilita que los leucocitos rueden sobre el endotelio y detecten señales inflamatorias en la pared vascular, un paso previo a su extravasación hacia los tejidos.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama «laminar»?

El adjetivo procede del latín lamina, «lámina» o «capa delgada». Describe la imagen de un fluido que avanza como si estuviera formado por láminas cilíndricas concéntricas, cada una deslizándose sobre la contigua sin mezclarse con ella.

¿Es siempre mejor el flujo laminar que el turbulento?

Desde el punto de vista energético, sí: el flujo laminar disipa menos energía por fricción interna. Pero la turbulencia no es siempre indeseable. En la técnica esfigmomanométrica, por ejemplo, el manguito de presión provoca deliberadamente turbulencia al comprimir la arteria braquial, y los ruidos que genera (ruidos de Korotkoff) permiten medir la presión arterial.

¿Puede el ejercicio físico intenso generar turbulencia?

Sí. Durante el ejercicio vigoroso, el aumento del gasto cardíaco eleva la velocidad de la sangre en la aorta y las grandes arterias. Si esa velocidad sobrepasa el umbral del número de Reynolds, aparecen turbulencias fisiológicas que explican los soplos funcionales detectados a veces en deportistas sanos.

¿Qué relación tiene con la ley de Poiseuille?

Directa. La ley de Poiseuille calcula el caudal de un fluido newtoniano que circula por un tubo rígido y recto, y su validez se limita estrictamente a condiciones de flujo laminar. Cuando el flujo se torna turbulento, la relación lineal entre gradiente de presión y caudal se pierde y se necesitan modelos más complejos.

Referencias

1. Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina, UNAM. Hemodinámica. https://fisiologia.facmed.unam.mx
2. OpenCourseWare, Universidad de Cantabria. Tema 5: Hemodinámica o física del flujo sanguíneo. https://ocw.unican.es
3. Osmosis. Flujo laminar y número de Reynolds. https://www.osmosis.org
4. Sonitusacusticus. Unidad 2: Viscosidad sanguínea y perfiles de flujo. https://sonitusacusticus.wordpress.com