Al abrir el paso del agua en un grifo antiguo, sin rejilla, habrás observado que a veces se forma una burbuja, se trata de un chorro líquido anular. Estos chorros pueden utilizarse como reactores químicos para reacciones en las que se producen productos tóxicos, si el líquido es capaz de absorber o adsorber dichos productos. Además, el control del caudal del líquido permite hacer oscilar el chorro líquido anular lo que introduce un forzamiento en la presión y temperatura de la reacción química que permite, en ciertos casos, incrementar la velocidad de dicha reacción hasta en un factor de cien (aprovechando una bifurcación de Hopf supercrítica asociada a la transferencia de masa en este sistema para flujo isotérmico).
El gran inconveniente de los chorros líquidos anulares como reactores químicos heterogéneos es su inestabilidad ante forzamientos externos que puede hacer que se rompa la burbuja. Para controlarla se puede inyectar aire tanto en el interior como por la superficie exterior del chorro, el llamado control por co-flujo. Gracias a este procedimiento se pueden obtener chorros tan estables como el mostrado en el vídeo que abre esta entrada. Mi grupo de investigación trabaja en estos temas utilizando técnicas de dinámica de fluidos computacional y métodos asintóticos o de perturbaciones. El vídeo está extraído de la información suplementaria del artículo de Daniel Duke, Damon Honnery, Julio Soria, “Flow Visualisation of Annular Liquid Sheet Instability and Atomisation,” arXiv:1208.1796, Submitted on 9 Aug 2012. La descripción detallada del dispositivo experimental utilizado aparece en Daniel Duke, Damon Honnery and Julio Soria, “A cross-correlation velocimetry technique for breakup of an annular liquid sheet,” Experiments in Fluids 49: 435-445, 2010. Dos buenas referencias para empezar sobre el trabajo de mi grupo de investigación son Juan I. Ramos, “Annular liquid jets: Formulation and steady-state analysis,” Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik (ZAMM) 72: 565-589, 1992, y J. I. Ramos, “Hopf bifurcation in annular liquid jets with mass transfer,” International Journal for Numerical Methods in Fluids 20: 1293–1314, 1995.
Muchas veces un problema también es una virtud. La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz ante perturbaciones externas de los chorros líquidos anulares permite desarrollar sprays y vaporizadores. Como muestra este vídeo, la dinámica de esta inestabilidad es muy complicada. La hoja líquida se rompe formando gotas y estructuras difíciles de caracterizar. Las técnicas matemáticas y numéricas que utilizamos en mi grupo de investigación no son capaces de estudiar en detalle un fenómeno tan complejo, por lo que en la actualidad nos hemos concentrado en el estudio de las técnicas de estirado para la fabricación de fibras, con énfasis en las de polímeros. Más información sobre el estudio experimental de las inestabilidades en chorros líquidos anulares en D. Duke, D. Honnery and J. Soria, “Experimental investigation of nonlinear instabilities in annular liquid sheets,” Journal of Fluid Mechanics 691: 594-604, 2012. La verdad es que, en mi opinión, este tipo de vídeos tienen algo de hipnóticos. Por ello os dejo, sin más comentarios, todos los vídeos de la información suplementaria del artículo de Daniel Duke, Damon Honnery, Julio Soria, “Flow Visualisation of Annular Liquid Sheet Instability and Atomisation,” arXiv:1208.1796, Submitted on 9 Aug 2012.
Ya sabéis que he dicho en varias ocasiones que no me gusta hablar en mi blog de los temas en los que trabajo o en los que trabaja mi grupo de investigación. Sirva esta excepción como mi segunda entrada en la XXXIV Edición del Carnaval de la Física, alojada en esta ocasión en el blog colaborativo Hablando de Ciencia. Prometo que habrá al menos una tercera contribución sobre torres de estirado para la formación de perdigones.
