Un estudio descubre que las turbulencias en tuberías se suavizan con el tiempo
Científicos alemanes y neerlandeses han demostrado que, al contrario de lo que suele creerse, el estado de turbulencia observado en líquidos y gases al fluir estos a gran velocidad no es permanente. El estudio demuestra con una precisión nunca alcanzada hasta ahora que la turbulencia producida en flujos dentro de tuberías desaparece con el tiempo. Los resultados se han publicado en la revista Physical Review Letters. En mecánica de fluidos, la turbulencia se describe como un estado de cambios caóticos y aleatorios. Los flujos no turbulentos o suaves se denominan laminares. Cuando aumenta la velocidad, se produce una transición de flujo laminar a turbulento. Esta transición se ve sometida hasta cierto punto a las fuerzas internas de las moléculas involucradas: cuando las fuerzas de aceleración son mayores que las internas que mantienen a las moléculas unidas, aparecen vórtices inestables, se forman remolinos y la resistencia al avance fluctúa. La velocidad es un factor importante para las turbulencias, pero el tamaño del objeto y la viscosidad también desempeñan un papel fundamental. Los científicos habían asumido hasta ahora que, una vez que se alcanza el estado de turbulencia, éste permanece constante siempre y cuando se mantenga la velocidad. No obstante, un estudio dirigido por el Dr. Björn Hof del «Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización» ha encontrado pruebas que demuestran lo contrario. La turbulencia reduce la eficiencia energética en equipamiento como por ejemplo conductos, tuberías y turbinas de gas, razón por la que se buscan con ahínco formas de reducirla. «Los flujos turbulentos consumen más energía que los laminares», informó el Dr. Hof. «Producen inconveniencias en muchas aplicaciones, por ejemplo en los oleoductos.» Los científicos crearon remolinos en una corriente de agua que fluía por unos tubos de vidrio de catorce metros de largo y distintos diámetros con una carga de presión constante. Se añadió al sistema una resistencia también constante para evitar fluctuaciones y se mantuvo la temperatura estrictamente invariable para no producir cambios en la viscosidad. A continuación observaron el movimiento de las «ráfagas de las turbulencias» en la tubería y calcularon la probabilidad de que cada ráfaga alcanzara la salida o bien perdiera fuerza. La velocidad de las ráfagas se midió mediante anemometría láser-Doppler. Los investigadores pudieron averiguar la «velocidad de reducción» de turbulencias con una precisión sin precedentes hasta ahora. «Para determinar si la turbulencia es estable o simplemente tiene una duración extremadamente prolongada, las mediciones que realizamos debían ser de una gran exactitud», explicó el Dr. Hof. «Nuestras mediciones muestran que todo flujo turbulento en una tubería acaba inevitablemente pasando a un estado laminar.» La transición no es rápida en absoluto, sino que puede tardar años en estabilizarse dependiendo de la geometría de la tubería, pero no hay duda de que es inevitable. La descripción completa y exacta de la turbulencia es uno de los retos pendientes de las ciencias físicas. Este estudio representa un avance en el área, a pesar de que no trata la naturaleza de la turbulencia fuera del entorno de una tubería. Sobre la base de estos nuevos conocimientos, los científicos piensan que puede ser posible acortar la duración de las turbulencias en tuberías, lo que comportaría ahorros energéticos.
Países
Alemania, Países Bajos