La dinámica de las gotas de líquido que caen de una superficie es un fenómeno cotidiano que, sorprendentemente, aún no se comprende completamente en el ámbito científico. Este conocimiento se vuelve crucial en diversas industrias, donde se requiere diseñar empaques estructurados en torres de enfriamiento que fomenten la formación de gotas en el flujo de fluidos, al tiempo que se buscan recubrimientos que mantengan una superficie lisa y sin impurezas.
Además, el diseño de mallas utilizadas para recolectar agua limpia a partir de niebla o rocío, donde este recurso es escaso, depende de la comprensión de cómo el agua se condensa sobre fibras y cae en tanques de recolección. En este contexto, Atefeh Pour Karimi, estudiante de doctorado en el Instituto de Transferencia de Calor y Masa de la Universidad de Aachen, Alemania, junto con sus supervisores y colaboradores, han analizado en detalle la dinámica de este tipo de flujo y han publicado sus hallazgos en The European Physical Journal Special Topics.
Interacción de fuerzas en la formación de gotas
Según Pour Karimi, «la formación de gotas en una película en flujo está controlada por una interacción de la gravedad, la tensión superficial, la inercia y las fuerzas viscosas». Este comportamiento, desde un punto de vista matemático, puede describirse como caótico, donde pequeñas variaciones en los parámetros pueden dar lugar a comportamientos impredecibles. Para estudiar este proceso, el equipo investigó el flujo de aceite por fibras inclinadas bajo la influencia de la gravedad, variando el grosor de la película y el ángulo de inclinación.
El aceite fluye por las fibras como una película plana antes de acumularse en gotas o perlas. Estas gotas pueden permanecer estables en las fibras, colisionar y fusionarse, o simplemente crecer hasta que sean lo suficientemente grandes como para desprenderse y caer. Pour Karimi y su equipo definieron una nueva relación angular, Φ, para caracterizar la forma de la gota y la utilizaron para predecir con precisión su comportamiento.
«Sugerimos que el valor de Φ, y por lo tanto el comportamiento de cada gota, está determinado por la fuerza dominante que influye en su formación», añade. «Ahora esperamos confirmar esta especulación utilizando modelos matemáticos derivados de la teoría».
Más información:
Atefeh Pour Karimi et al, Características de caída de la película en flujo sobre fibras inclinadas, The European Physical Journal Special Topics (2025). DOI: 10.1140/epjs/s11734-024-01457-z
