Este avance de la física podría ayudar a salvar el mundo

Si los seres humanos quieren evitar hacer que los océanos hiervan, entonces tendremos que encontrar maneras de usar la energía de manera más eficiente. Esto, a su vez, requiere resolver un problema que las personas normalmente no relacionan con el cambio climático: la turbulencia creada cuando bombeamos aire, agua, petróleo, gas y otras sustancias para transportarlos a través de innumerables kilómetros de ductos y tuberías.

Gracias a estos confusos efectos se desperdicia casi 10% de la energía eléctrica producida en la Tierra, pero si se logran atenuar ayudarían a evitar el calentamiento global.

Afortunadamente, algunos avances recientes en el campo de la física podrían señalar el camino para llegar a una solución.

Desde hace mucho tiempo, los físicos han estado confundidos por la turbulencia: la forma en que los fluidos y los gases que se desplazan como un flujo laminar homogéneo, si se desplazan lo suficientemente rápido, inevitablemente se convierten en un caos desordenado de remolinos y torbellinos, dando lugar a lo que se conoce como flujo turbulento.

Estos son algo complicados teóricamente porque son erráticos e intermitentes, y su comportamiento a menudo no se puede capturar con las matemáticas suaves utilizadas en la mayoría de las ciencias.

Incluso el concepto de velocidad tiene poco sentido: los movimientos se vuelven una maraña y mezcla tan confusa que cualquier pequeña parte tiene a su vez  partes que fluyen en diferentes direcciones y a diferentes velocidades. Cuando Lewis Richardson, el pionero de la predicción meteorológica, escribió en la década de los veintes un artículo titulado “¿Tiene velocidad el viento?”, él se hizo esa pregunta muy en serio.

Sin embargo, incluso los problemas más difíciles pueden sucumbir a la investigación persistente, como lo demuestran dos descubrimientos recientes. Uno aclara cómo los flujos suaves se descomponen en turbulencias. El otro muestra cómo a veces se puede evitar ese problema de maneras ingeniosas y hasta algo extrañas.

Parece haber un umbral bastante agudo en el cual un fluido que corre suavemente en una tubería hasta que se vuelve turbulento, pero la mecánica precisa que identifica cuándo esto sucede ha sido un misterio durante mucho tiempo.

¿Sucede todo de manera repentina, o en etapas?

En una serie de experimentos emblemáticos, el físico alemán Bjorn Hof y sus colegas ofrecen una nueva visión: la turbulencia surge en forma de pequeñas bocanadas o caladas, pequeñas regiones de flujo confuso y desorganizado, que luego pueden dividirse, creando más bocanadas. Por debajo de cierta velocidad de flujo, las caladas se difuminan más rápido de lo que se separan: incluso si se crea una turbulencia colocando el dedo en el flujo en cuestión, ésta pronto desaparecerá. Pero por encima de una velocidad crítica, la división ocurre más rápido que la extinción, lo que hace que la turbulencia se extienda.

Extrañamente, la turbulencia parece crecer siguiendo exactamente las mismas matemáticas que siguen las enfermedades.

Este descubrimiento solo es un gran avance. Sin embargo, Hof y sus colegas fueron más allá y exploraron cómo se podía controlar la turbulencia. Por ejemplo, investigaron el efecto de la turbulencia adicional provocada por los rotores colocados dentro de una tubería, o mediante la inyección de chorros de fluido a lo largo de las paredes de la tubería.

La intuición sugeriría que esto aumentaría la turbulencia, y lo hace, pero en ambos casos el flujo “aguas abajo” regresa rápidamente al flujo normal. Más importante aún, las intervenciones pueden reducir la fricción general asociada con la turbulencia en hasta 90%, algo que pocos investigadores hubieran esperado.

Estos experimentos, que abordan un problema clásico de la física, son algunas de las ciencias más geniales que he visto en mucho tiempo. Por muy esotéricos que le parezcan, pueden tener grandes consecuencias prácticas, lo que eventualmente ayudaría a los ingenieros a evitar las turbulencias y las pérdidas de energía relacionadas con esta, en cualquier cosa, desde tuberías domésticas y alcantarillas urbanas hasta los enormes oleoductos transcontinentales.

Estos avances son más que emocionantes de ver y también pueden ser necesarios para la supervivencia de la raza humana.

Traducido por  Luis Felipe Cedillo

Editado por Michelle del Campo

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