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Investigadores revolucionan el diseño de tuberías eliminando las turbulencias

Destabilizing turbulence in pipe flow

Unos simples ajustes podrían reducir las entradas de energía de la bomba en un 95%

En todo el mundo la energía equivalente al 10% de la producción mundial de electricidad se gasta simplemente manteniendo los líquidos en movimiento a través de las tuberías.

Hasta ahora, este extraordinario gasto se consideraba inevitable, el costo de hacer negocios frente a la física, pero un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) ha encontrado una forma de reducir potencialmente el aporte de energía mediante tanto como un 95%.

Dejado a sus propios dispositivos, el líquido como el agua o el aceite que fluye a través de una tubería es un fenómeno ingobernable. El líquido que fluye a través del centro de la tubería se mueve más rápido, porque experimenta menos arrastre, que el líquido que toca los lados.

Turbulencias en Tuberias Turbulencias en Tuberias

El resultado de esta desigualdad, inevitablemente, es la turbulencia, con el líquido chocando consigo mismo caóticamente, formando vórtices, generando aún más fricción y por lo tanto requiriendo la entrada de aún más energía para mantenerle en movimiento.

Además, la turbulencia, una vez que comienza, se vuelve autosuficiente. Hasta ahora, las soluciones de ingeniería se han enfocado en reducir su severidad, pero la eliminación se consideraba imposible.

Hasta que Björn Hof y sus colegas de IST Austria, abordaron el problema desde un nuevo ángulo: en vez de tratar de amortiguar la turbulencia, trataron de desestabilizarla.

La teoría era indiscutible. Si elimina la turbulencia de un líquido que fluye, se convertirá en laminar. Es decir, se formará en capas, que se moverán suavemente en bloque, nunca colisionando entre sí.

El problema en el mundo real, sin embargo, es que el arrastre diferencial experimentado por el líquido en contacto con las paredes de la tubería en comparación con el líquido que fluye libremente significa que la turbulencia es inevitable.

El equipo de Hof se dio cuenta de que esto se debe a que la fricción influye en la velocidad: si el líquido en los extremos de la tubería se movía a la misma velocidad que el material en el medio, entonces se evitaría la turbulencia, se establecería el flujo laminar y todo se movería de manera mucho más eficiente.

Para lograr esto, los investigadores instalaron rotores en varios puntos a lo largo de una tubería. Las cuchillas giratorias redujeron la diferencia de velocidad entre el fluido en diferentes áreas. Los remolinos que iniciaron el inicio de la turbulencia se disolvieron rápidamente, lo que resultó en la creación de flujo laminar.

Mejor aún, los investigadores encontraron que el estado laminar, una vez inducido, era autosuficiente, permaneciendo constante, al menos en configuraciones experimentales, hasta que el líquido completaba su tránsito.

"Nadie sabía que era posible deshacerse de la turbulencia en la práctica", explica el miembro del equipo Jakob Kuhnen. "Ahora hemos demostrado que se puede hacer. Esto abre nuevas posibilidades para desarrollar aplicaciones para tuberías".

Hof y sus colegas reconocen que todavía hay un trabajo de desarrollo sustancial que se debe hacer para ampliar la prueba de concepto al despliegue industrial completo. Sin embargo, el equipo ya ha obtenido dos patentes sobre sus diseños, lo que probablemente fue un movimiento muy inteligente.

La investigación se publica en la revista Nature Physics: Destabilizing turbulence in pipe flow

Modificado por última vez enMartes, 09 Enero 2018 21:51