Los científicos han asumido que una vez que el flujo de un fluido se vuelve turbulento, persistiría la turbulencia. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria), incluyendo al profesor Björn Hof y los co-primeros autores Jakob Kühnen y Baofang Song, ahora han demostrado que este no es el caso. En sus experimentos, que publicaron en Física de la naturaleza , desestabilizaron la turbulencia en una tubería de modo que el flujo se convirtió en un estado laminar (no turbulento), y observaron que el flujo permaneció laminar a partir de entonces. La eliminación de la turbulencia puede ahorrar hasta un 95 por ciento de la energía necesaria para bombear un fluido a través de una tubería.

La cantidad de energía utilizada por la industria para bombear fluidos a través de tuberías es considerable y corresponde aproximadamente al 10 por ciento del consumo mundial de electricidad. Por tanto, no es de extrañar que los investigadores de todo el mundo estén buscando formas de reducir estos costes. La mayor parte de estas pérdidas de energía es causada por turbulencias, un fenómeno que conduce a un aumento drástico de la resistencia por fricción, requiriendo mucha más energía para bombear el fluido. Los enfoques anteriores han tenido como objetivo reducir localmente los niveles de turbulencia. Ahora, el grupo de investigación de Björn Hof en IST Austria ha adoptado un enfoque completamente nuevo, abordar el problema desde un lado diferente. En lugar de debilitar temporalmente la turbulencia, desestabilizaron la turbulencia existente para que el flujo se volviera laminar automáticamente.

En un llamado flujo laminar, un fluido fluye en capas paralelas que no se mezclan. Lo contrario de esto es un flujo turbulento, que se caracteriza por vórtices y cambios caóticos en la presión y la velocidad dentro del fluido. La mayoría de los flujos que podemos observar en la naturaleza y en la ingeniería son turbulentos, desde el humo de una vela apagada hasta el flujo de sangre en el ventrículo izquierdo de nuestro corazón. En tubos tanto los flujos laminares como los turbulentos pueden, en principio, existir y ser estable, pero una pequeña perturbación puede hacer turbulento un flujo laminar. Hasta ahora se suponía que la turbulencia en las tuberías era estable, y los esfuerzos para ahorrar costos de energía, por lo tanto, solo se enfocaron en reducir su magnitud pero no en extinguirla por completo. En su prueba de principio, Björn Hof y su grupo ahora han demostrado que esta suposición era incorrecta, y que un flujo turbulento puede, Por supuesto, transformarse en una laminar. El flujo a partir de entonces permanece laminar a menos que se perturbe de nuevo.

“Nadie sabía que era posible deshacerse de las turbulencias en la práctica. Ahora hemos demostrado que se puede hacer. Esto abre nuevas posibilidades para desarrollar aplicaciones para tuberías, "explica Jakob Kühnen.

El secreto está en el perfil de velocidad, es decir., en la variación de la velocidad del flujo al mirar diferentes posiciones en la sección transversal de la tubería. El flujo es más rápido en el medio de la tubería mientras que es mucho más lento cerca de las paredes. Al colocar rotores en el flujo que redujeron la diferencia entre el fluido en el centro y el cercano a la pared, los investigadores lograron obtener un perfil "más plano". Para tales perfiles de flujo, los procesos que sostienen y crean remolinos turbulentos fallan y el fluido regresa gradualmente a un movimiento laminar suave y permanece laminar hasta que llega al final de la tubería. Otra forma de obtener el perfil de velocidad plano era inyectar líquido desde la pared. Otra implementación más de la idea de un perfil de velocidad plano fue una parte móvil de la tubería:moviendo las paredes rápidamente sobre un tramo de la tubería, también obtuvieron el mismo perfil plano que restauró el flujo laminar.

El grupo ya ha registrado dos patentes para su descubrimiento. Sin embargo, Convertir este experimento de prueba de concepto en un sistema que pueda usarse en tuberías de agua o petróleo reales en todo el mundo requerirá algunos esfuerzos adicionales en el desarrollo. Hasta aquí, el concepto fue probado para velocidades relativamente pequeñas, pero para su uso en tuberías, será necesaria una aplicación que trabaje a mayor velocidad. En simulaciones por computadora, sin embargo, el perfil de velocidad plana siempre condujo a una eliminación exitosa de la turbulencia, lo cual es muy prometedor para desarrollos futuros.

"En simulaciones por computadora, hemos probado el impacto del perfil de velocidad plana para números de Reynolds hasta 100.000, y ha funcionado absolutamente en todas partes. El siguiente paso ahora es hacerlo funcionar también para altas velocidades en los experimentos, "dice Björn Hof.