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Investigadores de Israel descubren una oculta inestabilidad de los fluidos .

inestabilidad de los fluidos

Créditos de las imagenes: Technion Press Room.

Se sospecha desde hace mucho tiempo que el efecto Coanda es la razón de la ventilación desigual de los pulmones en pacientes intubados. Ahora investigadores de Israel descubren inestabilidad de los fluidos oculta. El descubrimiento tiene implicaciones de gran alcance para los ventiladores de intubación, los micromezcladores de laboratorio en un chip y los microvehículos aéreos.

Casi todo el mundo ha sido testigo del efecto Coanda. Esto es cuando un chorro de fluido sigue una superficie curva.

Una manera fácil de visualizar el efecto es colocar la parte posterior de una cuchara apuntando verticalmente hacia abajo debajo de un chorro de agua que fluye de un grifo.

Lo que la mayoría de la gente no sabe es que, hace más de cien años, Lord Rayleigh (1) demostró, teóricamente, que el chorro puede ser centrífugamente inestable.

En términos simples, esto significa que los mini tornados pueden estar incrustados en los chorros con sus embudos apuntando en la dirección del chorro. En la década de 1980, las condiciones críticas para su existencia se determinaron teóricamente (2), pero seguían siendo esquivas, aún por observar experimentalmente.

Todo esto cambió cuando el estudiante de doctorado Lev Dunaevich, comenzó a estudiar el problema bajo la supervisión del profesor David Greenblatt.

Al propulsar una corriente en chorro bidimensional sobre un cilindro circular, pudieron visualizar estos tornados estacionarios por primera vez.

En un artículo destacado en la revista Physics of Fluids, Dunaevich y el profesor Greenblatt determinaron experimentalmente las condiciones críticas para la existencia de los tornados. Estos se correspondían notablemente con la teoría.

También mostraron cómo los tornados pierden su forma y se vuelven ondulados, antes de convertirse en turbulencias incoherentes.

La formación de los tornados y su posterior ruptura tiene un efecto no lineal dramático en la ubicación en la que el chorro finalmente se desprende de la superficie.

Aplicaciones medicas de la inestabilidad de los fluidos.

El profesor Greenblatt se sorprendió de que esta inestabilidad nunca se hubiera visto antes en los flujos de Coand? y sugirió que podría estar generalizada en el flujo sanguíneo y en dispositivos médicos como ventiladores.

“Se sospecha desde hace mucho tiempo que el efecto Coanda es la razón de la ventilación desigual de los pulmones en pacientes intubados. Con la prevalencia de COVID-19, el descubrimiento de esta inestabilidad puede desempeñar un papel decisivo en el diseño de ventiladores más eficaces”.

El profesor Greenblatt también prevé un gran potencial para el diseño de mezcladores de microfluidos, microvehículos aéreos y sistemas de refrigeración electrónicos.

Dunaevich y el profesor Greenblatt están encontrando formas de manipular los tornados artificialmente con la intención de controlar el efecto Coanda y explotarlo para el diseño de dispositivos médicos y para aplicaciones industriales.

1. Lord Rayleigh, Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 93, No. 648, 1917, pp. 148-154.

2. J.M Floryan, The Physics of Fluids, Vol. 29, 1986, pp. 2380-2387.

 

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