Imagínese caminar de un lado a otro de una piscina. Cada paso requiere un gran esfuerzo; eso es lo que hace que los aeróbicos acuáticos sean un ejercicio físico tan efectivo.
La resistencia que siente es causada por la fricción del fluido, o arrastre, y es la misma fuerza que actúa sobre los botes y otros objetos cuando se mueven por el agua. Sin embargo, Los buques de navegación han evolucionado en formas destinadas a minimizar la resistencia, y los barcos están diseñados con potentes motores que superan la resistencia para propulsarlos más rápido y sin problemas a través del océano.
Más recientemente, Las superficies súper hidrofóbicas (SHS) han llamado la atención de los científicos que ven su potencial para reducir la fricción de los fluidos. Pero como señaló el profesor de ingeniería mecánica de UC Santa Bárbara, Paolo Luzzatto-Fegiz, mientras que la teoría básica de estas superficies es sólida, su desempeño en el mundo real deja mucho que desear.
Según Luzzatto-Fegiz, un experto en dinámica de fluidos, Los SHS combinan la química repelente al agua con patrones a microescala de una manera que esencialmente reduce el contacto de la superficie con el agua. Sin embargo, han demostrado ser poco fiables en el mejor de los casos, a menudo funciona de forma errática o no funciona en absoluto.
Y ahora, en investigaciones destacadas en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , Luzzatto-Fegiz y sus colegas de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Manchester han identificado una razón clave.
Teóricamente Las superficies súper hidrofóbicas son efectivas porque contienen pequeñas bolsas de aire. El aire es mucho menos viscoso que el agua, Luzzatto-Fegiz señaló, por lo que disminuir la cantidad de agua que entra en contacto con la superficie disminuirá el arrastre resultante.
Los beneficios de reducir el arrastre influyen directamente en el ahorro de combustible:la fricción menos fluida que experimenta un barco, menos combustible es necesario para superar la resistencia. Y como la resistencia aumenta con la velocidad, cuanto más rápido se mueve el barco, más combustible necesita para contrarrestar la resistencia resultante.
Sin embargo, al probar la hipótesis, Cual podría, En teoria, muestran una reducción significativa en la resistencia, Los resultados de otros investigadores a menudo no encontraron reducción alguna, y en algunos casos, demostró un rendimiento ligeramente peor.
Este era el problema que tenía a los científicos rascándose la cabeza, hasta que a Luzzatto-Fegiz se le ocurrió que los tensioactivos podían ser los culpables. Si bien los investigadores anteriores a él habían identificado esta posibilidad, él y su equipo fueron los primeros en demostrar el concepto. Según simulaciones numéricas y experimentos estrictamente controlados, Luzzatto-Fegiz, et al, descubrió que incluso pequeñas cantidades de surfactantes, compuestos que reducen la tensión superficial, como el jabón, fueron suficientes para causar un desequilibrio en el flujo de agua a lo largo de su interfaz con la superficie, resultando en arrastre.
Misterio resuelto. Pero, ¿se puede solucionar el problema?
"La idea clave es que ningún líquido es puro, ", Dijo Luzzatto-Fegiz. Los océanos y los ríos contienen multitud de tensioactivos naturales y artificiales. Pero puede ser posible diseñar una salida al problema cambiando el patrón del SHS, él dijo. Por ejemplo, creando surcos más largos en el patrón alineados con el flujo de agua, la acumulación de tensioactivo que evita la reducción del arrastre en la superficie se acumula más abajo en la línea de la interfaz, reduciendo parte del arrastre.
Los resultados de este experimento podrían proporcionar conocimientos valiosos a quienes diseñan embarcaciones oceánicas con miras a la eficiencia del combustible. Especialmente a la sombra de las regulaciones inminentes que requerirán que la flota mundial de buques mercantes compre combustible más caro pero de combustión más limpia, La reducción de la resistencia aerodinámica podría contribuir en gran medida a mantener bajos los costos de los barcos que surcan los océanos del mundo. así como reducir los subproductos contaminantes de la quema de combustibles fósiles.
"Reducir los recortes de arrastre en el consumo de combustible y, por lo tanto, en las emisiones, incluidos los compuestos de azufre y el CO2, "Dijo Luzzatto-Fegiz.
