Hasta ahora se suponía que, una vez que el flujo de un fluido se volviera turbulento, la turbulencia persistiría. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria, incluidos el profesor Björn Hof y los primeros autores Jakob Kühnen y BaofangSong ha demostrado que este no es el caso. En sus experimentos, que publicaron en Física de la naturaleza , lograron desestabilizar la turbulencia en una tubería para que el flujo se convirtiera en un estado laminar no turbulento, y observaron que el flujo seguía siendo laminar a partir de entonces. Eliminar la turbulencia puede ahorrar hasta el 95% de la energía requerida parabombear un fluido a través de una tubería
Del agua al petróleo y al gas natural se transporta una enorme cantidad de fluidos a través del mundo a través de tuberías. La cantidad de energía utilizada para bombear estos fluidos es considerable y corresponde aproximadamente al 10% del consumo mundial de electricidad. Por lo tanto, noEs sorprendente que los investigadores de todo el mundo estén trabajando intensamente para encontrar formas de reducir estos costos. La mayor parte de estas pérdidas de energía es causada por la turbulencia, un fenómeno que conduce a un aumento drástico del arrastre por fricción y, por lo tanto, se requiere mucha más energía para bombearel fluido. Los enfoques anteriores han tenido como objetivo reducir localmente los niveles de turbulencia. Ahora el grupo de investigación de Björn Hof en IST Austria ha adoptado un enfoque completamente nuevo, abordando el problema desde un lado diferente: en lugar de debilitar temporalmente la turbulencia, lograron desestabilizar la turbulencia existentepara que el flujo se convierta automáticamente en laminar.
En un denominado flujo laminar, un fluido fluye en capas paralelas que no se mezclan. Lo opuesto a esto es un flujo turbulento que se caracteriza por vórtices y cambios caóticos en la presión y la velocidad dentro del fluido. La mayoría de los flujos que podemosobservar en la naturaleza y en la ingeniería son turbulentos, desde el humo de una vela apagada hasta el flujo de sangre en el ventrículo izquierdo de nuestro corazón. En las tuberías, los flujos laminar y turbulento pueden, en principio, existir y ser estables, pero ya son una pequeña perturbaciónpuede hacer que un flujo laminar sea turbulento. Hasta ahora se suponía que la turbulencia en las tuberías era estable y, por lo tanto, los esfuerzos para ahorrar costos de energía solo se centraron en reducir su magnitud pero no en extinguirla por completo. En su prueba de principio, Björn Hof y su grupo hanahora se muestra que esta suposición era errónea y que un flujo turbulento puede transformarse en uno laminar. El flujo a partir de entonces sigue siendo laminar a menos que se vuelva a perturbar.
"Nadie sabía que era posible deshacerse de la turbulencia en la práctica. Ahora hemos demostrado que se puede hacer. Esto abre nuevas posibilidades para desarrollar aplicaciones para tuberías", explica Jakob Kühnen.
El secreto radica en el perfil de velocidad, es decir, en la variación de la velocidad del flujo cuando se observan diferentes posiciones en la sección transversal de la tubería. El flujo es más rápido en el medio de la tubería mientras que es mucho más lento cerca de las paredes.colocando rotores en el flujo que redujeron la diferencia entre el fluido en el centro y el que está cerca de la pared, los investigadores lograron obtener un perfil "más plano". Para tales perfiles de flujo, los procesos que sostienen y crean remolinos turbulentos fallan y el fluido gradualmentevuelve a un movimiento laminar suave y se mantiene laminar hasta llegar al final del tubo. Otra forma de obtener el perfil de velocidad plana era inyectar líquido desde la pared. Otra implementación de la idea de un perfil de velocidad plana era una parte móvil dela tubería: al mover las paredes rápidamente sobre un tramo de la tubería, también obtuvieron el mismo perfil plano que restableció el flujo laminar.
El grupo ya ha registrado dos patentes para su descubrimiento. Sin embargo, convertir este experimento de prueba de concepto en un sistema que pueda usarse en oleoductos o oleoductos reales en todo el mundo requerirá algunos esfuerzos más en desarrollo. Hasta ahora, elEl concepto se probó para velocidades relativamente pequeñas, pero para su uso en tuberías, será necesaria una aplicación que funcione a mayor velocidad. Sin embargo, en las simulaciones por computadora, el perfil de velocidad plana siempre condujo a una eliminación exitosa de la turbulencia, lo cual es muy prometedor para futuros desarrollos..
"En simulaciones por computadora, hemos probado el impacto del perfil de velocidad plana para números de Reynolds de hasta 100,000, y ha funcionado absolutamente en todas partes. El siguiente paso ahora es hacerlo funcionar también a altas velocidades en los experimentos", diceBjörn Hof.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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